[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及合金表面改性技术领域，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。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell，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。

发明内容

鉴于此，本发明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。本发明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。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

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。