[发明专利]一种低温制备金属表面涂层的方法

说明书

本发明公开了一种低温制备金属表面涂层的方法，所述方法包括金属件表面预烧，主材料浆料配置，辅助材料浆料配置，涂层预烧和涂层烧制过程。所述主材料颗粒尺度为0.5～10微米，辅助材料的颗粒尺度为1～50纳米，主材料和辅助材料的摩尔比为1∶0.6～0.05，制备的涂层厚度为0.5～10微米。所述方法可以在低温700℃下得到致密度高的金属表面涂层，特别适用于固体氧化物电解池或固体氧化物燃料电池的双极板或集电件表面防护。

技术领域

本发明涉及燃料电池及电解池领域，具体涉及一种低温制备金属表面涂层的方法。

背景技术

固体氧化物电池包含固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)，两者互为逆过程，可实现高效的发电和制氢。电堆是固体氧化物电池的核心部件，电堆由若干个膜电极串联或并联组成，集成过程中必须使用双极板将膜电极连接起来。为了降低固体氧化物电池的成本，近年，铁素体不锈钢成为双极板的主要材料，如SUS430、ZML232L、Crofer22 APU等。但是这些双极板材料含有Cr元素，Cr元素高温挥发会导致氧电极中毒，导致电池性能衰减，同时这些不锈钢材料也很容易在表面形成氧化层，导致双极板或集电件电阻增加。因此，需要在双极板表面制备涂层，防止双极板在高温下氧化以及阻止Cr挥发。

双极板表面涂层制备方法包括电泳沉积、等离子喷涂、磁控溅射等方法，但是存在成本高、工艺复杂等问题。传统的浆料涂覆法制备涂层具有工艺简单、成本低的优势，但是涂覆法制备的涂层很难在低温下致密，如果烧结温度提高到1000℃以上后，会加速双极板氧化。

发明内容

基于以上技术问题，本发明公开一种低温制备金属表面涂层的方法，其特征在于，所述涂层制备过程包括如下步骤：

(1)金属件表面预烧：将金属件在马弗炉中预烧，预烧温度为600～850℃，预烧时间为2～50h，预烧气氛为静态空气；

(2)主材料浆料配置，将涂层的主材料MnCo₂O₄与粘结剂、分散剂，有机溶剂按照混合，在60～80℃水浴中加热2～10h，然后超声处理5～100h，得到主材料浆料1，其中，粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素中一种，分散剂为聚乙二醇、鱼油中一种，有机溶剂为乙醇、正丁醇、松油醇中一种；

(3)辅助材料浆料配置，将涂层的辅助材料与正丁醇、鱼油、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和聚乙烯醇缩丁醛混合研磨5～50h，得到辅助材料浆料2，其质量比为100∶100～200∶1～5∶3～6∶3～6∶6～8；

(4)涂层预烧结：金属件降到室温10～30℃后，将步骤(2)得到的涂层浆料1涂敷在预烧后的金属表面，在60℃干燥2～50h，在马弗炉中焙烧，烧结温度为300～700℃，烧结时间为2～10h；

(5)涂层烧制：金属件降到室温10～30℃后，将步骤(3)得到的涂层浆料2涂敷在步骤(4)得到预烧结涂层表面，在60～80℃干燥2～50h，在马弗炉中焙烧，烧结温度为700～850℃，烧结时间为2～50h，得到金属表面涂层。

进一步地，在上述技术方案中，所述将步骤(1)中，金属件预烧温度优选为700～800℃，预烧时间优选为2～10h。

进一步地，在上述技术方案中，所述将步骤(2)得到的涂层浆料1涂敷在预烧后的金属表面，优选烧结温度为350～500℃，烧结时间优选为2～4h。

进一步地，在上述技术方案中，所述方法中涂层的辅助材料为氧化物MOx，M为Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Bi、Ce、Ti中的一种或两种，优选为Co、Bi、Cu、Ti中的一种或两种；涂层的辅助材料与正丁醇、鱼油、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和聚乙烯醇缩丁醛按照质量比为100∶100～200∶1～5∶3～6∶3～6∶6～8混合研磨。