[发明专利]一种具有高温导电性能的复合氧化物涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，涉及一种涂层，更具体地说，是涉及一种具有高温导电性能的复合氧化物涂层及其制备方法。

背景技术

在固体氧化物燃料电池中，连接板应满足下列要求：良好的导电性能，可接受的面比电阻应当低于0.1Ωcm²；在约800℃工作温度下，无论在氧化气氛还是还原气氛中，尺寸、微结构，化学组成和相组成都能维持稳定达40000h；优良的阻隔性能防止氧化剂和燃料直接结合；热膨胀系数要与电极，电解质材料相匹配；连接板与SOFC组件间不能有反应和内扩散；良好的抗氧化、抗硫化和抗碳黏固性能；在高温下具有足够的强度和抗缓慢塑性变形的能力；价格低廉，易于加工和成形。

高能微弧合金化技术是将电源储存的高能量电能在金属电极(阳极)与金属母材(阴极)间以高频脉冲形式释放，使母材表面产生瞬间高温、高压微区，同时离子态的电极材料在强电场的作用下熔渗到母材基体形成冶金结合。与常规表面化学热处理，高能束表面强化，等离子喷涂等表面强化工艺相比，具有工艺设备简单，携带方便，使用灵活，设备投资和运行费用低；局部沉淀，也可对一般几何形状的平面或曲面进行沉淀；不会使工件退火或热变形；沉积层与基体的结合非常牢固，不会发生剥落；可以通过调节沉积参数和控制沉积时间来获得不同的工艺效果。

氧化物涂层可以抑制铬的向外扩散,从而抑制氧化铬层增长，主要有以下三种：活性元素氧化物涂层，主要包括La₂O₃、Y₂O₃和Nd₂O₃；导电钙钛矿氧化物涂层，主要包括LaCrO₃、LaMnO₃、LaCoO₃和LaFeO₃；导电尖晶石氧化物涂层，主要包括Co-Mn尖晶石和Cu-Mn尖晶石。其中钙钛矿涂层具有良好的导电性，但是加工困难。

尖晶石的导电性能普遍被认为是由八面体间电荷转移造成的，因此在八面体间隙位置阳离子的不同价态对导电是很有利的。许多Mn_1+δCo_2-δO₄尖晶石都是良好的导体。MnCo₂O₄尖晶石具有良好的中温导电性能，其导电率比MnCr₂O₄尖晶石高约2个数量级，比Cr₂O₃氧化膜高3个数量级以上。对于尖晶石的热膨胀行为来说，相变是不容忽视的。随着温度在20-800℃区间变化Mn_1.5Co_1.5O₄的热膨胀行为表现出良好的线性。另外，尖晶石热膨胀同铁素体不锈钢基体及钙钛矿阴极材料相匹配。浆涂Mn_1+δCo_2-δO₄尖晶石涂层在6个月125次热循环测试后，涂层仍良好地粘附于基体之上，没有剥落现象发生。截面的进一步EDS线性分析，可以发现在基体和尖晶石保护层间内表面上有一尖锐的Cr峰，并且在尖晶石保护层中没有铬化物。

本发明采用高能微弧合金化技术沉积制备具有高温导电性和抑制铬化物挥发的Co-Mn复合氧化物涂层，致力于优化固体氧化物燃料电池金属连接体的性能，以实现商业化。

发明内容

本发明的目的是为了减小固体氧化物燃料电池金属连接体在长期服役期间的接触电阻，并防止阴极气氛下CrO₂(OH)₂的挥发，提供一种具有高温导电性能的复合氧化物涂层及其制备方法，本发明的复合氧化物涂层粘附性强，用于固体氧化物燃料电池金属连接体，可增加金属连接体的使用寿命。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种具有高温导电性能的复合氧化物涂层，是在金属基体表面沉积厚度为5～15μm的Co-(35～45)Mn合金涂层，所述合金涂层转化为(Co,Mn)₃O₄尖晶石氧化物。

一种具有高温导电性能的复合氧化物涂层的制备方法，步骤如下：

第一步：金属基体和合金电极的表面预处理，所述金属基体为不锈钢或高温合金材料，所述合金电极为Co-(35～45)Mn固溶体，对金属基体采用水磨砂纸打磨，再丙酮清洗，吹干，对合金电极进行打磨、除油脂和氧化物并清洗；