SOFC合金连接体Y掺杂CuMn2O4涂层制备工艺研究

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Fe-Cr合金由于其优异的综合性能被称为最具发展潜力的固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体材料。然而,Fe-Cr合金连接体在长期工作(600800℃)过程中存在表面氧化膜增长引起的电阻增加,Cr挥发引起的阴极“Cr中毒”和抗氧化性能变差等问题。在Fe-Cr合金表面制备尖晶石涂层成为解决上述问题最高效的方法之一。在诸多尖晶石涂层中,Cu-Mn尖晶石涂层与连接体热膨胀系数匹配,具有较好的导电性和阻止Cr挥发等优点,被认为是一种有研究意义的连接体涂层。但Cu-Mn尖晶石涂层在长时间氧化后,仍存在氧化层剥离及增厚而导致电阻增加的问题。研究表明,稀土元素的掺杂可有效改善尖晶石涂层与连接体的粘附性,从而降低合金连接体的面比电阻。但是,目前关于稀土掺杂CuMn2O4尖晶石涂层的研究尚鲜有报道。本文采用浸渍提拉法和丝网印刷法在SUS430 Fe-Cr不锈钢表面制备了Y掺杂CuMn2O4尖晶石涂层,研究了工艺参数对涂层组织、结构和性能的影响规律,分析了Y掺杂对CuMn2O4尖晶石涂层高温抗氧化性能和导电性能的影响机理。研究发现,采用硝酸铜和硝酸锰为原材料,在干燥温度为90℃、干燥时间为15 h、烧结温度为800℃、稀土Y元素掺杂量为0.02 mol·L-1时,可以获得物相结构稳定,结晶度较好,且颗粒间团聚现象较少的稀土Y掺杂CuMn2O4尖晶石粉体;采用优化后的浸渍提拉工艺和丝网印刷工艺均可在SUS430基体上制得组织结构均匀且与基体结合良好的Y掺杂CuMn2O4尖晶石涂层,但浸渍提拉工艺所制备的尖晶石涂层的组织结构更加致密;与未掺杂CuMn2O4尖晶石涂层试样相比,浸渍提拉工艺制备的Y掺杂涂层试样在800℃空气气氛中循环氧化168h后具有更低的氧化速率常数(2.37326×10-5mg2cm-4h-1)和面比电阻值(22.7mΩ·cm2)。
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