一种Mn基尖晶石涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及应用电沉积技术制备涂层领域，具体涉及一种Mn基尖晶石涂层的制备方法。本发明专利技术采用电沉积技术在不锈钢基体表面先构筑MnO

【技术实现步骤摘要】
一种Mn基尖晶石涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及应用电沉积技术制备涂层领域，具体涉及一种Mn基尖晶石涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是将燃料中的化学能直接转化为电能的全固态发电装置，具有燃料选择灵活及中高温运行过程中无需贵金属作催化剂等优点。SOFC单体电池输出功率有限，为了提高SOFC实际应用的可能，需用连接体将若干个单电池串联组成电池堆来提高输出功率。随着阳极支撑以及电解质薄膜化技术的发展，SOFC工作温度下降到600～800 ℃，这使得不锈钢等合金取代陶瓷材料作为连接体的候选材料。
[0003]尽管铁素体不锈钢综合性能优异，但应用过程中仍然存在高温抗氧化力不足以及Cr挥发导致阴极Cr中毒等问题。解决以上问题最简单有效的方法是在铁素体不锈钢连接体表面涂覆高温抗氧化且导电的保护涂层。适用于SOFC铁素体不锈钢连接体的涂层材料目前主要包括有活性稀土元素及其氧化物（REO）、稀土钙钛矿类材料、尖晶石类材料等，其中尖晶石涂层具有优越的阻Cr能力，因此在连接体上施加无 Cr 尖晶石涂层不仅可以解决Cr挥发的问题，而且能提高连接体的高温抗氧化性。研究表明，Mn基尖晶石具有最为优异的导电性和与不锈钢基体相匹配的热膨胀系数，是一种非常有效的尖晶石涂层材料。
[0004]尖晶石涂层常用的制备方法主要有溶胶
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凝胶法、料浆法、磁控溅射法、电化学方法等。溶胶
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凝胶以及料浆法制备的涂层通常存在致密性和结合性差的问题；磁控溅射法沉积涂层成本较为昂贵；Mn的电势较负，应用电镀方法难以实现与其它金属共同沉积；复合电镀法获得的复合涂层中颗粒含量相对较少，而颗粒的含量对氧化后生成的尖晶石含量有显著影响，为了提高分散到金属基质中的颗粒含量，增加镀液中颗粒的浓度是一种常用的手段，但这无疑会导致制备成本大大增加。本专利技术首先采用电沉积技术在不锈钢基体表面构筑锰氧化物（MnO
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）纳米片阵列，然后将金属通过MnO
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纳米片阵列间隙电镀沉积到基体上，再进行热处理或氧化实现致密尖晶石涂层的制备。该方法成本低廉，同时可以提高涂层中MnO
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含量，有利于Mn基尖晶石涂层的转化，是一种非常有潜力的涂层制备方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种制备Mn基尖晶石涂层的方法，通过两步电沉积的方法，解决了现有技术工艺复杂，成本高以及复合涂层中氧化物颗粒含量低等问题。
[0006]具体技术方案如下：一种Mn基尖晶石涂层的制备方法，包括以下步骤： (1) 采用电沉积技术在不锈钢基体表面构筑MnO
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纳米片阵列； (2) 采用电镀沉积技术使金属镶嵌进入步骤(1)中制得纳米阵列的间隙； (3) 高温氧化步骤(2)中制备的金属/MnO
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涂覆不锈钢，使表面纳米复合涂层直
接热转化为相应的Mn基尖晶石涂层。
[0007]用于制备铜铁尖晶石涂层的方法，所述方法工艺如下：步骤(1)中用于电沉积的溶液组成和工艺如下：醋酸锰15
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20 g/L，醋酸钠5
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10 g/L，沉积时间为5～20 min，温度为室温，沉积电流密度为2.5 mA/cm2；步骤(3)中高温氧化条件为模拟SOFC阴极气氛环境。
[0008]本专利技术有益效果：本专利技术采用两步电沉积方法在基体表面制备金属/MnO
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纳米复合涂层，经模拟SOFC阴极气氛环境直接热转化为Mn基尖晶石涂层。本专利技术的工艺简单、成本低廉，制备出的纳米复合涂层MnO
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含量高，均匀平整，且与基体的结合力良好。后续热转化形成的尖晶石涂层能通过延缓基体内金属离子向外扩散以及O向基体内部扩散阻止Cr2O3膜的生长，有效提高基体在模拟SOFC阴极气氛环境下的高温抗氧化性能和导电性能。
附图说明
[0009]图1为实施例2制备的MnO
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纳米片表面形貌图。
[0010]图2为实施例2制备的Ni/MnO
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纳米复合涂层表面形貌图。
具体实施方式
[0011]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的保护范围不受附图和实施例所限。
[0012]实施例11.基体预处理本实验首先利用水磨砂纸对SUS 430基体不锈钢进行机械整平。接下来将样品置于盛有丙酮的烧杯中，超声清洗10 min去除表面油污。然后将样品浸入到60 ℃质量分数为20%的Na2CO3溶液中进行化学除油，碱洗10 min后取出样品，用去离子水反复冲洗干净、吹干。最后室温下将样品浸入到质量分数为15%的H2SO4溶液中除去待镀样品表面氧化膜，使其表面活化，酸洗30 s后取出基体，用去离子水反复洗净、吹干；2.基体表面构筑MnO
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纳米片阵列涂层本实验在双阳极，单阴极的电镀装置中进行。电镀液的组成为醋酸锰15 g/L，5 g/L醋酸钠。沉积时间为20 min，温度为室温，沉积电流密度为2.5 mA/cm2；3.电镀沉积Cu镶嵌进入纳米阵列的间隙电镀沉积Cu的电镀液的组成如下：硫酸铜30 g/L,氯化铜0.1 g/L,硼酸15 g/L，十二烷基硫酸钠0.1 g/L；4. Cu/MnO
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涂覆不锈钢高温氧化将Cu/MnO
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涂覆不锈钢在模拟SOFC阴极气氛环境高温氧化1周，得到CuMn2O4尖晶石涂层。
[0013]实施例21.基体预处理本实验首先利用水磨砂纸对SUS 430基体不锈钢进行机械整平。接下来将样品置于盛有丙酮的烧杯中，超声清洗10 min去除表面油污。然后将样品浸入到60 ℃质量分数为
20%的Na2CO3溶液中进行化学除油，碱洗10 min后取出样品，用去离子水反复冲洗干净、吹干。最后室温下将样品浸入到质量分数为15%的H2SO4溶液中除去待镀样品表面氧化膜，使其表面活化，酸洗30 s后取出基体，用去离子水反复洗净、吹干；2.基体表面构筑MnO
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纳米片阵列涂层本实验在双阳极，单阴极的电镀装置中进行。电镀液的组成为醋酸锰17.5 g/L，8 g/L醋酸钠。沉积时间为10 min，温度为室温，沉积电流密度为2.5 mA/cm2；3.电镀沉积Ni镶嵌进入纳米阵列的间隙电镀沉积Ni的电镀液的组成如下：硫酸镍60 g/L,氯化镍15 g/L,硼酸15 g/L，糖精钠2 g/L，十二烷基硫酸钠0.1 g/L；4. Ni/MnO
x
涂覆不锈钢高温氧化将Ni/MnO
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涂覆不锈钢在模拟SOFC阴极气氛环境高温氧化1周，得到NiMn2O4尖晶石涂层。
[0014]实施例31.基体预处理本实验首先利用水磨砂纸对SUS 430基体不锈钢进行机械整平。接下来将样品置于盛有丙酮的烧杯中，超声清洗10 min去除表面油污。然后将样品浸入到60 ℃质量分数为20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mn基尖晶石涂层的制备方法，其特征在于，所述方法具体包含以下步骤：(1)采用电沉积技术在金属基体表面构筑MnO
x
纳米片阵列；(2)采用电镀沉积技术使金属镶嵌进入步骤(1)中制得纳米阵列的间隙；(3)高温氧化步骤(2)中制备的金属/MnO
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涂覆不锈钢，使表面纳米复合涂层直接热转化为相应的Mn基尖晶石涂层。2.根据权利要求1所述的用于制备Mn基尖晶石涂层的方法，其特征在于，步骤(1)所得到的MnO
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纳米片为垂直于基体生长。3.根据权利要求1所述的用于制备Mn基尖晶石涂层的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱会敏，张钧，
申请(专利权)人：沈阳大学，
类型：发明
国别省市：