一种Y掺杂Co-Mn尖晶石涂层、其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Y掺杂Co

【技术实现步骤摘要】
一种Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层、其制备方法及应用，属于表面涂层材料制备


技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池具有洁净度高、模块化、能量转换效率高、比功率和功率密度高等优点，具有广阔的应用前景。单个的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)主要由阴极、阳极和电解质组成，连接体在电池堆中主要起着支撑和连接单电池、导通电流和隔绝燃料气体等作用。随着SOFC工作温度向中温化发展(600℃
‑
800℃)，铁素体不锈钢(Ferritic Stainless Steel，简称FSS)因具有良好的导电导热性、成本低廉和加工性能好等优点，已成为最理想的SOFC连接体材料之一。但在SOFC工作环境下，FSS表面极易被氧化，产生的氧化膜会使电池堆的接触电阻增大；同时，基体中的Cr与氧反应生成的Cr化物会向阴极迁移并沉积，使电池电性能严重衰减，甚至导致电池堆失效，严重制约了SOFC商业化发展和应用。为了解决这一问题，最有效的方法就是在FSS表面涂覆一层尖晶石保护涂层，以改善FSS工作中抗氧化能力不足及Cr挥发等问题，提升SOFC电池服役性能。
[0003]FSS表面尖晶石涂层常用的制备方法存在设备昂贵、工艺复杂、绕镀性差、涂层厚度较难控制且不均匀、表面易产生气孔和裂纹等弊端，难于适应复杂的连接体形状，成本较高，且制备的涂层与基体的结合强度有待进一步提高。
[0004]鉴于此，有必要提供一种新的铁素体不锈钢表面保护涂层的制备方法，以克服现有技术的不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一，是提供一种Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层的制备方法。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：预处理
[0008]提供一铁素体不锈钢基体，打磨后，先浸泡在NaOH溶液中，取出后清洗，再浸泡在H2SO4溶液中，取出后清洗，然后进行电解腐蚀处理，得到预处理后的基体；
[0009]步骤2：制备Co
‑
Y2O3‑
Mn3O4复合前驱涂层
[0010]以步骤1得到的预处理后的基体为阴极，以双钴板为双阳极，置于沉积液中，通入直流电，沉积得到Co
‑
Y2O3‑
Mn3O4复合前驱涂层；其中，所述沉积液中，含有80g/L
‑
160g/L的Mn3O4、5g/L
‑
15g/L的Y2O3、300g/L的CoSO4·
7H2O、50g/L的CoCl2·
6H2O、15g/L的H3BO3、10g/L的葡萄糖酸钠和0.03g/L的十二烷基硫酸钠，pH值为3
‑
5；
[0011]步骤3：制备Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层
[0012]将步骤2得到的Co
‑
Y2O3‑
Mn3O4复合前驱涂层，经热处理转化为Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层。
[0013]本专利技术的原理是：
[0014]本专利技术先对铁素体不锈钢基体进行预处理，以增加后续涂层与铁素体不锈钢基体的结合力；然后采用复合电沉积的方法在预处理后的基体表面制备Co
‑
Y2O3‑
Mn3O4复合前驱涂层，使Mn元素和稀土元素Y在多场耦合作用下嵌入沉积的Co基质中；最后采用热处理的方法使复合前驱层均匀转化而得到Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层。
[0015]本专利技术的Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层的制备方法，采用复合电沉积和热处理转化相结合，具有工艺简单、成本低廉、涂层牢固且致密均匀、绕镀性好等优点，解决了现有制备方法工艺冗长、难以适应复杂的连接体形状、涂层性能差和制造成本高等缺点，对铁素体不锈钢表面尖晶石保护涂层的开发与制备具有重要的意义。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]1、采用本专利技术的方法，制备得到铁素体不锈钢表面保护涂层更加平整致密，与基体结合更加牢固，绕镀性更好，具有优异的阻Cr性能及良好的导电性能。
[0018]2、本专利技术的制备方法，仅需1
‑
5V的电压，设备简单，工艺流程短、操作简便、成本低廉、市场前景广阔，适合规模化推广应用。
[0019]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0020]进一步，步骤1中，所述铁素体不锈钢的型号为SUS430、E
‑
brite和Crofer22中的任意一种。
[0021]采用上述进一步的有益效果是：上述型号的铁素体不锈钢导电导热性能好，耐热疲劳，具有优异的抗氧化性和冷加工性能，适合作为基体，用于后续制备Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层。
[0022]进一步，步骤1中，所述打磨是指依次使用200目、400目和800目砂纸对所述铁素体不锈钢基体进行打磨。
[0023]采用上述进一步的有益效果是：可以去除基体表面杂质和污渍。
[0024]进一步，步骤1中，所述浸泡的时间均为10min，所述NaOH溶液和所述H2SO4溶液的浓度均为1mol/L，所述清洗均采用去离子水。
[0025]采用上述进一步的有益效果是：避免基体钝化，并使其活化。
[0026]进一步，步骤1中，所述电解腐蚀处理是指将清洗后的基体置于电解腐蚀溶液中，于室温，腐蚀5min，其中，所述电解腐蚀溶液中，含有50g/L的CoCl2·
6H2O和1mol/L的HCl，pH值为5。
[0027]采用上述进一步的有益效果是：采用上述操作，可以实现基体的电解腐蚀，增强后续涂层与基体的结合力。
[0028]进一步，步骤2中，所述阴极和所述双阳极在沉积液中的间距均为35mm，呈等边三角形布置。
[0029]采用上述进一步的有益效果是：可以保证复合电沉积的效率，减小搅拌对涂层均匀性的影响。
[0030]进一步，步骤2中，所述直流电的电流密度为10mA/cm2‑
30mA/cm2，施加电压为1V
‑
5V。
[0031]采用上述进一步的有益效果是：采用上述参数，所需设备成本低、沉积的效果更好。
[0032]进一步，步骤2中，所述沉积采用的电磁搅拌速率为700r/min
‑
900r/min，时间为10min
‑
20min。
[0033]采用上述进一步的有益效果是：采用上述参数，涂层更加均匀、厚度适中，Mn含量高。
[0034]进一步，步骤3中，所述热处理转化温度为800℃，升温速率为1℃/min
‑
5℃/min，热处理转化时间为60mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：预处理提供一铁素体不锈钢基体，打磨后，先浸泡在NaOH溶液中，取出后清洗，再浸泡在H2SO4溶液中，取出后清洗，然后进行电解腐蚀处理，得到预处理后的基体；步骤2：制备Co
‑
Y2O3‑
Mn3O4复合前驱涂层以步骤1得到的预处理后的基体为阴极，以双钴板为双阳极，置于沉积液中，通入直流电，沉积得到Co
‑
Y2O3‑
Mn3O4复合前驱涂层；其中，所述沉积液中，含有80g/L
‑
160g/L的Mn3O4、5g/L
‑
15g/L的Y2O3、300g/L的CoSO4·
7H2O、50g/L的CoCl2·
6H2O、15g/L的H3BO3、10g/L的葡萄糖酸钠和0.03g/L的十二烷基硫酸钠，pH值为3
‑
5；步骤3：制备Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层将步骤2得到的Co
‑
Y2O3‑
Mn3O4复合前驱涂层，经热处理转化为Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层。2.根据权利要求1所述的Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述铁素体不锈钢的型号为SUS430、E
‑
brite和Crofer22中的任意一种；所述打磨是指依次使用200目、400目和800目砂纸对所述铁素体不锈钢基体进行打磨。3.根据权利要求1所述的Y掺杂Co
‑
Mn尖晶石涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述浸泡的时间均为10min，所述NaOH溶液和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋建丽，邓佳，李云逸，童伟，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：