高能微弧合金化Co-Mn复合氧化物涂层在SOFC连接体上的应用及性能分析

发布时间：2017-12-30 14:22

  本文关键词：高能微弧合金化Co-Mn复合氧化物涂层在SOFC连接体上的应用及性能分析　出处：《江苏科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着全球能源需求日益增加,可替代能源技术成为了研究热点,如燃料电池。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的优点有能量转化效率高、污染低及燃料适应性广,并且既可以应用在移动电源上也可以应用在固定电站中。较高的材料成本及有限的使用寿命仍然阻碍着SOFC的广泛使用。为了产生足够大的电压,人们使用连接板将平面SOFC连接成电池堆。连接板既分隔又连接每一个电池单体,其作用为分离气流和导通电流。对于工作在800℃以下的SOFC,金属合金被选择作为连接板材料,尤其是铁素体不锈钢。为了提高表面导电性能并显著降低不锈钢中Cr的挥发,人们开始探究陶瓷涂层。另外,涂层的热膨胀系数必须与电池其他组件相匹配,并且与电极与密封材料相兼容。当前,最具潜力的涂层为(Co,Mn)3O4尖晶石,该涂层已通过各种技术被制得,并且厚度、成分及微观结构都有所差异。本文首先采用高能微弧合金化技术(high energy micro-arc alloying,HEMAA)在304SS表面制备Co-10Mn、Co-40Mn、Co-10Mn/Co、Co-40Mn/Co、Co-8Mn-2Dy/Co、Co-38Mn-2Dy/Co涂层,然后在800℃空气中预氧化2h制得尖晶石保护层,最后研究了涂层在800℃空气中及空气-10H2O中的氧化行为。主要研究结果如下:通过反复试验优化获得最佳沉积参数,并分析了各参数对沉积增重的影响。SEM显示单沉积点形貌为中心凹陷边缘凸起的泼溅状,沉积层为沉积点无数次反复堆叠而成。沉积层XRD结果为立方结构的Co晶体。结合截面形貌及EDS分析得出Mn以条状或块状分布在Co金属中。通过反复试验优化获得最佳预氧化参数,氧化温度过高涂层剥落严重,氧化时间不足涂层不够致密;分别探讨了Co过渡层、不同CoMn比例及稀土元素Dy对涂层预氧化结果的影响。添加Co过渡层是表面涂层中的基体元素含量降低,最重要的是减少表面涂层与基体热膨胀系数之间的差异。沉积层中Mn浓度过高会生成富锰氧化物,使涂层抗剥落性能降低。稀土元素Dy可以提高涂层的粘附性能并阻止氧向内扩散。高温测试阶段,测得了各涂层及基体的氧化动力学曲线,发现氧化初期涂层增重速率比基体的快,说明涂层氧化生成了尖晶石保护层。随着氧化时间进一步增加,氧化增重逐渐变缓,最后停止,说明此时涂层具有良好的抗氧化性能。在SOFC阴极环境模拟测试,发现涂层在潮湿的空气中的粘附性比在干燥空气中好,预氧化处理可以提高涂层的抗腐蚀能力。
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【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：1355322