一种表面包覆Mn-Co尖晶石涂层的合金连接体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种在合金连接体表面制备Mn‑Co尖晶石涂层的方法，属于合金表面改性领域。本发明专利技术采用金属粉体原料首先在合金连接体表面制备Mn‑Co合金涂层，再通过氧化处理将合金涂层转化为尖晶石结构的陶瓷涂层。由于以合金涂层为中间产物，Mn‑Co合金与合金连接体基体材料均为金属材料，电子结构特征和化学键特性相似，二者界面相对于金属‑陶瓷界面更容易形成良好的化学结合，从而改善涂层与合金连接体基体间的界面结合强度，同时，通过烧成处理，Mn‑Co合金比Mn‑Co尖晶石更易形成致密涂层，在此基础上进行氧化处理容易获得致密的、力学性能好的Mn‑Co尖晶石涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种表面包覆Mn-Co尖晶石涂层的合金连接体及其制备方法
本专利技术涉及合金表面改性
，尤其涉及一种表面包覆Mn-Co尖晶石涂层的合金连接体及其制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(Solidoxidefuelcell，SOFC)具有全固态结构以及环保、高效、燃料适用性广和体功率密度高等优点。连接体是平板式SOFC电池堆中基本的力学支撑框架，起到收集电流、电连接、阻隔燃料气和氧化气以及分配气流等作用。对于中低温SOFC，常采用加工性能好、制造成本低的合金连接体材料，主要包括Ni基合金、Cr基合金和铁素体不锈钢等。铁素体不锈钢具有热膨胀系数(TEC)适中、含Cr量较低、加工性能好等优点，而且价格便宜，是最受关注的连接体材料之一。但是铁素体不锈钢连接体材料普遍存在高温抗氧化能力不足的问题，同时也存在一定程度的Cr挥发。SOFC电池堆长期运行过程中，表面氧化会导致铁素体不锈钢连接体与单电池之间的接触电阻大幅增大，同时连接体内部挥发出的Cr元素会与阴极材料发生化学反应造成阴极材料活性降低，直接导致SOFC电池堆电化学输出性能衰减。在合金连接体表面制备合适的保护涂层可以达到改善其化学稳定性、抑制Cr挥发和降低合金氧化后的面比电阻的目的。Mn-Co尖晶石涂层((Mn,Co)3O4)具有较好的导电性能和Cr挥发抑制能力，是目前常用的合金连接体涂层材料。目前合金连接体尖晶石涂层的制备方法主要有等离子喷涂、热喷涂、溶胶-凝胶法、冷喷涂等。等离子喷涂、热喷涂方法制备的涂层致密度不高，内应力大造成涂层易开裂，且生产效率较低，不利于大规模工业生产。溶胶-凝胶法工艺简单，生产成本低，但烧结过程中有机物的挥发导致涂层的致密性较差，同时还存在涂层与合金基体的界面结合不好、涂层的厚度难以控制、涂层易开裂等问题。冷喷涂方法指直接采用涂层材料粉体制备浆料，涂覆于基体表面烧成获得涂层。该方法具有工艺简单、成本低、效率高的优点，适于大规模工业生产。但是冷喷涂工艺也存在严重的不足。尖晶石陶瓷的烧结温度一般在1200℃以上，而常用的合金连接体基体的耐受温度通常在1000℃以下，如SUS430不锈钢在950℃下就会发生软化变形。受基体耐受温度的制约，采用冷喷涂方法直接制备合金连接体Mn-Co尖晶石涂层时，涂层的实际烧成温度远低于其烧结温度，导致涂层致密度低和机械性能差以及涂层与基体界面结合不好等问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种表面包覆Mn-Co尖晶石涂层的合金连接体及其制备方法。本专利技术将冷喷涂方法与粉末合金化方法相结合，以合金涂层为中间产物，所制得的Mn-Co尖晶石涂层与合金连接体界面结合良好，且致密度和机械强度性能优异。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种在合金连接体表面制备Mn-Co尖晶石涂层的方法，包括以下步骤：将合金连接体进行预处理，得到预处理合金连接体；将Mn粉、Co粉以及松油醇混合后球磨，得到冷喷涂浆料；将所述冷喷涂浆料喷涂到所述预处理合金连接体表面后依次经烘干和烧成，在预处理合金连接体表面得到Mn-Co合金涂层；将所述Mn-Co合金涂层氧化，在合金连接体表面形成Mn-Co尖晶石涂层。优选地，所述合金连接体的材质包括ZMG系列和APU系列不锈钢以及SUS430铁素体不锈钢。优选地，所述预处理依次包括打磨、酸洗和无水乙醇洗涤。优选地，所述Mn粉与Co粉的总体积与松油醇的体积比为1:1～1:3。优选地，所述球磨的转速为200～400r/min，球磨的时间为8～24h。优选地，所述喷涂的厚度为10～80μm。优选地，所述烧成在N2和H2混合气氛中进行，所述混合气氛的流量为0.1～1L/min，所述混合气氛中H2的体积含量为2～10％。优选地，所述烧成的温度为700～1000℃，烧成的保温时间为1～5h。优选地，所述氧化的温度为700～900℃，氧化的时间为2～24h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的表面包覆Mn-Co尖晶石涂层的合金连接体，所述Mn-Co尖晶石涂层的厚度为12～100μm。本专利技术提供了一种在合金连接体表面制备Mn-Co尖晶石涂层的方法，包括以下步骤：将合金连接体进行预处理，得到预处理合金连接体；将Mn粉、Co粉以及松油醇混合后球磨，得到冷喷涂浆料；将所述冷喷涂浆料喷涂到所述预处理合金连接体表面后依次经烘干和烧成，在预处理合金连接体表面得到Mn-Co合金涂层；将所述Mn-Co合金涂层进行氧化，在合金连接体表面形成Mn-Co尖晶石涂层。本专利技术采用金属粉体原料首先在合金连接体表面制备Mn-Co合金涂层，再通过氧化处理将合金涂层转化为尖晶石结构的陶瓷涂层。由于以合金涂层为中间产物，Mn-Co合金与合金连接体基体材料均为金属材料，电子结构特征和化学键特性相似，二者界面相对于金属-陶瓷界面更容易形成良好的化学结合，从而改善涂层与合金连接体基体间的界面结合强度，同时，通过烧成处理，Mn-Co合金比Mn-Co尖晶石更易形成致密涂层，在此基础上进行氧化处理容易获得致密的、力学性能好的Mn-Co尖晶石涂层。较高的致密度以及与合金连接体基体间的良好界面结合，保证了涂层具有优良的抗氧化性能、抑制Cr元素挥发性能和抗热震性能，同时也改善了涂层的电子电导性能，降低了涂层的面接触电阻，解决了冷喷涂方法存在的涂层致密度低和力学性能差以及涂层与基体结合不好的问题，提供了一种适于产业化生产、工艺流程简单的合金连接体尖晶石涂层制备方法。实施例的数据表明，本专利技术制得的表面包覆Mn-Co尖晶石涂层的合金连接体在800℃下于空气中氧化10000小时氧化增重量不大于2mg/cm2，面接触电阻小于25mΩ·cm2；经过35次热循环冲击，涂层无明显开裂和脱落现象。进一步地，本专利技术可以通过控制喷涂厚度获得不同厚度的Mo-Co尖晶石涂层。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例1制得的Mn-Co尖晶石涂层XRD衍射谱图；图2为本专利技术实施例1制得的Mn-Co尖晶石涂层不同放大倍数下的SEM谱图；图3为本专利技术实施例1制得的Mn-Co尖晶石涂层SEM断面形貌谱图；图4为本专利技术实施例1制得的Mn-Co尖晶石涂层氧化增重测试曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种在合金连接体表面制备Mn-Co尖晶石涂层的方法，包括以下步骤：将合金连接体进行预处理，得到预处理合金连接体；将Mn粉、Co粉以及松油醇混合后球磨，得到冷喷涂浆料；将所述冷喷涂浆料喷涂到所述预处理合金连接体表面后依次经烘干和烧成，在预处理合金连接体表面得到Mn-Co合金涂层；将所述Mn-Co合金涂层进行氧化，在合金连接体表面形成Mn-Co尖晶石涂层。本专利技术将合金连接体进行预处理，得到预处理合金连接体。在本专利技术中，所述合金连接体的材质优选包括ZMG系列和APU系列不锈钢以及SUS430铁素体不锈钢。在本专利技术中，所述合金连接体的厚度优选为2～3mm，所述合金连接体的大小优选为100mm×100mm。在本专利技术中，所述预处理优选依次包括打磨、酸洗和无水乙醇洗涤。在本专利技术中，所述打磨优选使用1500#砂纸打磨。在本专利技术中，所述酸洗优选为采用5～20wt.％的盐酸溶液进行腐蚀1～5分钟，更优选为采用10～15wt.％的盐酸溶液进行腐蚀2～3分钟。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在合金连接体表面形成Mn‑Co尖晶石涂层的方法，包括以下步骤：将合金连接体进行预处理，得到预处理合金连接体；将Mn粉、Co粉以及松油醇混合后球磨，得到冷喷涂浆料；将所述冷喷涂浆料喷涂到所述预处理合金连接体表面后依次经烘干和烧成，在预处理合金连接体表面得到Mn‑Co合金涂层；将所述Mn‑Co合金涂层氧化，在合金连接体表面形成Mn‑Co尖晶石涂层。

【技术特征摘要】
1.一种在合金连接体表面形成Mn-Co尖晶石涂层的方法，包括以下步骤：将合金连接体进行预处理，得到预处理合金连接体；将Mn粉、Co粉以及松油醇混合后球磨，得到冷喷涂浆料；将所述冷喷涂浆料喷涂到所述预处理合金连接体表面后依次经烘干和烧成，在预处理合金连接体表面得到Mn-Co合金涂层；将所述Mn-Co合金涂层氧化，在合金连接体表面形成Mn-Co尖晶石涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述合金连接体的材质包括ZMG系列和APU系列不锈钢以及SUS430铁素体不锈钢。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述预处理依次包括打磨、酸洗和无水乙醇洗涤。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Mn粉与Co粉的总体积与松油醇的体积比为1:1～1:3。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐序，罗凌虹，吴也凡，程亮，余永志，王乐莹，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：江西,36