CN111146486A - 一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体及其制备方法，所述双层涂层由内层NiO和外层的(Ni,Fe)3O4尖晶石组成；所述金属连接体的制备方法包括以下步骤：对金属连接体进行前处理；然后采用磁控溅射法在金属连接体表面依次沉积Ni层和Ni‑Fe合金层；最后沉积在金属连接体表面的Ni层和Ni‑Fe合金层被氧化，得到表面附有双层涂层的金属连接体。本发明的有益效果是：可以获得均匀、致密的双层涂层，该双层涂层能够有效抑制金属连接体中所含的Cr元素向外迁移，并降低Cr2O3膜的生长速率，提高不锈钢连接体的工作性能。另外本发明的工艺简单，成本较低，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体及其制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能够在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的全固态发电装置，具有能量转化效率高、清洁、安静等优点。然而固体氧化物燃料电池的单体电池只能产生1V左右的电压，功率有限。为了使得固体氧化物燃料电池满足实际需要，通常需要用连接板将若干固体氧化物燃料电池单体串联形成电池堆。
连接体是固体氧化物燃料电池堆的重要部件，它连接一个单电池的阴极与相邻另一个单电池的阳极构成固体氧化物燃料电池堆，来提高电池的输出功率。同时连接体还能够把阴极侧的氧化气和阳极侧的燃料气隔开，在电池堆中起着至关重要的作用，其性能将直接影响电池堆的稳定性和功率。
随着电池技术的发展，固体氧化物燃料电池电池的工作温度降低到600-800℃，使得高温抗氧化合金可以代替传统的钙钛矿陶瓷材料作连接体。其中铁素体不锈钢具有良好的抗氧化性能和氧化膜导电性，而且价格低廉、热膨胀系数与固体氧化物燃料电池其他组元匹配最好等优点，是目前最具希望的连接体材料。
然而，由于铁素体不锈钢含有Cr元素，在固体氧化物燃料电池阴极侧的氧化气氛下，Cr2O3膜会释放挥发性的CrO3和/或Cr(OH)2O2，引起阴极Cr中毒。此外，长期工作中，Cr2O3膜会逐渐增厚，导致电阻持续增大，甚至还会引起氧化膜开裂和剥落，这些都将严重影响电池的性能。因此，如何有效抑制Cr挥发并提高铁素体不锈钢抗氧化性能是固体氧化物燃料电池领域急需解决的关键问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体及其制备方法，以解决现有技术中固体氧化物燃料电池的连接体存在的阴极Cr中毒、Cr2O3膜增厚导致电阻持续增大，甚至引起氧化膜开裂和剥落问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，包括金属连接体和金属连接体表面的双层涂层；所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石层。
所述制备方法包括：S1、沉积金属Ni层：采用磁控溅射法在经过预处理的金属连接体表面沉积金属Ni层；
S2、沉积Ni-Fe合金层：采用磁控溅射法在步骤S1得到的沉积有金属Ni层的金属连接体表面沉积Ni-Fe合金层；
S3、制备双层涂层：将步骤S1-S2沉积的金属Ni层和Ni-Fe合金层分别氧化为NiO层和(Ni,Fe)3O4尖晶石层，使金属连接体表面形成NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层。
所述步骤S1之前，对金属连接体进行预处理，其具体步骤为：首先选用砂纸对金属连接体进行打磨抛光，然后在0.3-0.5MPa的压强下对金属连接体进行喷砂；最后将打磨、喷砂后的金属连接体置于丙酮溶液中超声清洗5-30min；
所述金属连接体为铁素体不锈钢。
所述步骤S1具体包括：
选用金属Ni作为溅射靶材，对真空室抽真空至5×10-3Pa，打开Ar流量阀，保持真空室压力为0.1-0.25Pa，溅射温度为100-200℃；打开直流电源，溅射功率为1-1.5kw，溅射时间为60-120min；
所述步骤S2具体包括：
选用Ni-Fe合金作为溅射靶材，所述Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为0.5:1-1:1；对真空室抽真空至5×10-3Pa，打开Ar流量阀，保持真空室压力为0.1-0.25Pa，溅射温度为100-200℃；打开直流电源，溅射功率为1-1.5kw，溅射时间为60-120min。
所述步骤S1得到的金属连接体表面沉积的金属Ni层厚度为2-4μm；所述步骤S2得到的金属连接体表面沉积的Ni-Fe合金层厚度为2-8μm。
所述步骤S3具体包括：将沉积金属Ni层和Ni-Fe合金层的金属连接体悬空放置于刚玉坩埚，然后在空气电阻炉中氧化，使得金属Ni层和Ni-Fe合金层分别氧化为NiO层和(Ni,Fe)3O4尖晶石层，氧化温度为600-800℃。
所述步骤S3得到的双层涂层中，NiO层厚度为2-4μm，(Ni,Fe)3O4尖晶石层厚度为4-16μm。
在所述步骤S1沉积金属Ni层之后、步骤S2沉积Ni-Fe合金层之前，还可以先氧化金属连接体表面的金属Ni层，使得沉积的金属Ni层转化为NiO层，其氧化过程与步骤S3相同。
一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，其包括金属连接体和金属连接体上的双层涂层，所述金属连接体由上述制备方法制备得到；所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石层。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
通过本发明的制备方法，可以获得表面附有均匀、致密的双层涂层的金属连接体，该双层涂层能够有效抑制金属连接体所含的Cr元素向外迁移，并降低Cr2O3膜的生长速率，提高不锈钢连接体的工作性能。另外本发明的工艺简单，成本较低，得到的双层涂层的成分和厚度能够进行精确控制，易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例2中金属连接体、金属Ni层和Ni-Fe合金层断面形貌图；
图2为本发明实施例2中金属连接体、金属Ni层和Ni-Fe合金层断面元素线扫描图；
图3为本发明实施例2中具有双层涂层的金属连接体处于固体氧化物燃料电池阴极工作环境中10周后的断面形貌图；
图4为本发明实施例2中具有双层涂层的金属连接体处于固体氧化物燃料电池阴极工作环境中10周后的断面元素线扫描图；
图5为本发明实施例2中具有双层涂层的金属连接体处于固体氧化物燃料电池阴极工作环境中10周后的相结构分析(XRD)谱图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石；所述固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法包括如下步骤：
一、连接体前处理：采用尺寸为15mm×11mm×2mm的固体氧化物燃料电池的金属连接体，对其进行打磨、喷砂、除油等处理。所述金属连接体优选SUS430，Crofer22APU，E-Brite或ZMG232等铁素体不锈钢；
打磨、喷砂、除油的具体操作为：用水磨砂纸对铁素体不锈钢连接体进行机械抛光整平，依次取240#、400#、600#水磨砂纸进行打磨；之后喷砂，采用0.3Mpa的压强进行喷砂；接着进行除油，采用无水丙酮除油，将样品置于盛丙酮的烧杯中，超声清洗10min，最后取出风干。经过打磨、喷砂、除油后的金属连接体，与其表面的双层涂层的结合更加牢固。
二、沉积金属Ni层：采用磁控溅射法在预处理之后的铁素体不锈钢材质的连接体表面沉积金属Ni层；其具体过程为：选用高纯金属Ni作为溅射靶材，对真空室抽真空至5×10-3Pa，然后打开Ar流量阀，然后通入0.1Pa的Ar气，保持溅射温度为200℃；打开直流电源，溅射功率为1.2kw，溅射时间为120min。
三、沉积Ni-Fe合金层：选用高纯的Ni-Fe合金作为靶材，所述Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为0.5：1；溅射温度、溅射压力、溅射功率、溅射时间与步骤二保持一致，在沉积有金属Ni层的连接体表面沉积Ni-Fe合金层。
四、双层涂层氧化：将沉积金属Ni和Ni-Fe合金双层涂层的金属连接体在固体氧化物燃料电池阴极工作环境(600～800℃空气)中氧化，表面金属Ni层和Ni-Fe合金层分别氧化为NiO层和(Ni,Fe)3O4尖晶石层，形成NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层。
需要说明的是，Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为0.5:1-1:1，在Ni-Fe合金氧化形成尖晶石层后，当原子比为0.5:1时，对应尖晶石层的化学式为NiFe2O4，当原子比为0.5:1-1:1之间(包括0.5:1与1:1)的任何范围时，形成的尖晶石层化学式都可以用(Ni,Fe)3O4来表示，为统一表述，本发明实施例将Ni-Fe合金氧化形成的尖晶石层化学式统一为(Ni,Fe)3O4。此外，由于固体氧化物燃料电池阴极工作环境为600～800℃空气气氛，因此为表征涂层对连接体抗氧化性能的影响和抑制Cr向外迁移的能力，本发明实施例的氧化测试均在600～800℃的空气中进行。
实施例2：
本实施例提供一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石；所述固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法包括如下步骤：
一、连接体前处理：采用尺寸为15mm×11mm×2mm的固体氧化物燃料电池的金属连接体，对其进行打磨、喷砂、除油等处理。所述金属连接体优选SUS430，Crofer22APU，E-Brite或ZMG232等铁素体不锈钢；
打磨、喷砂、除油的具体操作为：用水磨砂纸对铁素体不锈钢连接体进行机械抛光整平，依次取240#、400#、600#水磨砂纸进行打磨；之后喷砂，采用0.5Mpa的压强进行喷砂；接着进行除油，采用无水丙酮除油，将样品置于盛丙酮的烧杯中，超声清洗10min，最后取出风干。经过打磨、喷砂、除油后的金属连接体，与其表面的双层涂层的结合更加牢固。
二、沉积金属Ni层：采用磁控溅射法在预处理之后的铁素体不锈钢材质的连接体表面沉积金属Ni层；其具体过程为：选用高纯金属Ni作为溅射靶材，对真空室抽真空至5×10-3Pa，然后打开Ar流量阀，然后通入0.12Pa的Ar气，保持溅射温度为100℃；打开直流电源，溅射功率为1.2kw，溅射时间为120min。
三、沉积Ni-Fe合金层：选用高纯的Ni-Fe合金作为靶材，所述Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为0.5：1；溅射温度为200℃，溅射压力、溅射功率、溅射时间与步骤二保持一致，在沉积有金属Ni层的连接体表面沉积Ni-Fe合金层。
四、氧化得到双层涂层：将沉积金属Ni和Ni-Fe合金双层涂层的金属连接体在800℃空气中氧化，表面金属Ni层和Ni-Fe合金层分别氧化为NiO层和(Ni,Fe)3O4尖晶石层，形成NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层。
为了测试上述方法制备得到的金属连接体表面的双层涂层对Cr元素向外迁移的抑制能力和抗氧化性能的影响，本实施例将涂覆金属Ni层和Ni-Fe合金层的不锈钢连接体悬挂于刚玉坩埚中，并在800℃箱式电阻炉中氧化10周。最终，不锈钢连接体表面形成三层氧化物结构，最内层主要是Cr2O3，中间层NiO，最外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石层。
实施例3：
本实施例提供一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石；所述固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法包括如下步骤：
一、连接体前处理：采用尺寸为15mm×11mm×2mm的固体氧化物燃料电池的金属连接体，对其进行打磨、喷砂、除油等处理。所述金属连接体优选SUS430，Crofer22APU，E-Brite或ZMG232等铁素体不锈钢；
打磨、喷砂、除油的具体操作为：用水磨砂纸对铁素体不锈钢连接体进行机械抛光整平，依次取240#、400#、600#水磨砂纸进行打磨；之后喷砂，采用0.5Mpa的压强进行喷砂；接着进行除油，采用无水丙酮除油，将样品置于盛丙酮的烧杯中，超声清洗10min，最后取出风干。经过打磨、喷砂、除油后的金属连接体，与其表面的双层涂层的结合更加牢固。
二、沉积金属Ni层并氧化形成NiO层：采用磁控溅射法在预处理之后的铁素体不锈钢材质的连接体表面沉积金属Ni层；其具体过程为：选用高纯金属Ni作为溅射靶材，对真空室抽真空至5×10-3Pa，然后打开Ar流量阀，然后通入0.2Pa的Ar气，保持溅射温度为200℃；打开直流电源，溅射功率为1.2kw，溅射时间为120min。然后将沉积的金属Ni层的不锈钢连接体悬挂于刚玉坩埚中，并在800℃箱式电阻炉中将金属Ni层氧化为NiO得到的连接体表面形成双层氧化物结构，其内层为Cr2O3，外层为NiO。
三、沉积Ni-Fe合金层：选用高纯的Ni-Fe合金作为靶材，所述Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为1：1；所述Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为1：1；溅射温度为200℃，溅射时间为90min，溅射压力为0.2Pa(Ar)、溅射功率为1.2kw，在步骤二制得的表面附有NiO层的金属连接体表面沉积Ni-Fe合金涂层。
四、氧化得到双层涂层：将沉积在NiO表面的Ni-Fe合金层氧化为(Ni,Fe)3O4尖晶石层，得到表面附有NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层的金属连接体。
为了测试上述方法制备得到的金属连接体表面的双层涂层对Cr元素向外迁移的抑制能力和抗氧化性能的影响，将沉积有金属Ni层的不锈钢连接体先氧化再沉积Ni-Fe合金层后，悬挂于刚玉坩埚中，并在800℃箱式电阻炉中进行氧化，持续氧化时间为10周。最终，不锈钢连接体表面形成三层氧化物结构，最内层主要是Cr2O3，中间层NiO，最外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石层。
本实施例在连接体表面沉积金属Ni层后，即将其氧化为NiO层。由于高温环境下金属Ni层与不锈钢基体会发生互扩散，进而会导致NiO层厚度减小，而且Ni内扩散至不锈钢连接体中会降低该区域的Cr含量从而可能影响氧化膜的保护性。因此，本实施例将连接体涂覆Ni层后先进行氧化，能够减少Ni向连接体中扩散，从而增加NiO层厚度的可控性，并维持氧化膜的保护性。
实施例4：
本实施例提供一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石；所述固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法包括如下步骤：
一、连接体前处理：采用尺寸为15mm×11mm×2mm的固体氧化物燃料电池的金属连接体，对其进行打磨、喷砂、除油等处理。所述金属连接体优选SUS430，Crofer22APU，E-Brite或ZMG232等铁素体不锈钢；
打磨、喷砂、除油的具体操作为：用水磨砂纸对铁素体不锈钢连接体进行机械抛光整平，依次取240#、400#、600#水磨砂纸进行打磨；之后喷砂，采用0.5Mpa的压强进行喷砂；接着进行除油，采用无水丙酮除油，将样品置于盛丙酮的烧杯中，超声清洗10min，最后取出风干。经过打磨、喷砂、除油后的金属连接体，与其表面的双层涂层的结合更加牢固。
二、沉积金属Ni层并氧化形成NiO层：采用磁控溅射法在预处理之后的铁素体不锈钢材质的连接体表面沉积金属Ni层；其具体过程为：选用高纯金属Ni作为溅射靶材，对真空室抽真空至5×10-3Pa，然后打开Ar流量阀，然后通入0.25Pa的Ar气，保持溅射温度为200℃；打开直流电源，溅射功率为1.0kw，溅射时间为60min。然后将沉积的金属Ni层的不锈钢连接体悬挂于刚玉坩埚中，并在800℃箱式电阻炉中将金属Ni层氧化为NiO，得到的连接体表面形成双层氧化物结构，其内层为Cr2O3，外层为NiO。
三、沉积Ni-Fe合金层：选用高纯的Ni-Fe合金作为靶材，所述Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为0.5：1；溅射温度为200℃，溅射时间为120min，溅射压力为0.25Pa(Ar)、溅射功率为1.0kw，在步骤二制得的表面附有NiO层的金属连接体表面沉积Ni-Fe合金涂层。
四、氧化得到双层涂层：将沉积在NiO表面的Ni-Fe合金层氧化为(Ni,Fe)3O4尖晶石层，得到表面附有NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层的金属连接体。
为了测试上述方法制备得到的金属连接体表面的双层涂层对Cr元素向外迁移的抑制能力和抗氧化性能的影响，将沉积有金属Ni层的不锈钢连接体先氧化再沉积Ni-Fe合金层后，悬挂于刚玉坩埚中，并在600℃箱式电阻炉中进行氧化，氧化时间为10周。最终，不锈钢连接体表面形成三层氧化物结构，最内层主要是Cr2O3，中间层NiO，最外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石层。
实施例5：
本实施例提供一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石；所述固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法包括如下步骤：
一、连接体前处理：采用尺寸为15mm×11mm×2mm的固体氧化物燃料电池的金属连接体，对其进行打磨、喷砂、除油等处理。所述金属连接体优选SUS430，Crofer22APU，E-Brite或ZMG232等铁素体不锈钢；
打磨、喷砂、除油的具体操作为：用水磨砂纸对铁素体不锈钢连接体进行机械抛光整平，依次取240#、400#、600#水磨砂纸进行打磨；之后喷砂，采用0.5Mpa的压强进行喷砂；接着进行除油，采用无水丙酮除油，将样品置于盛丙酮的烧杯中，超声清洗10min，最后取出风干。经过打磨、喷砂、除油后的金属连接体，与其表面的双层涂层的结合更加牢固。
二、磁控溅射法沉积金属Ni层并氧化形成NiO层：在连接体表面沉积金属涂层的过程具体为：选用高纯金属Ni作为溅射靶材，对真空室抽真空至5×10-3Pa，然后打开Ar流量阀，然后通入0.12Pa的Ar气，保持溅射温度为100℃；打开直流电源，溅射功率为1.5kw，溅射时间为60min。然后将沉积的金属Ni层的不锈钢连接体悬挂于刚玉坩埚中，并在800℃箱式电阻炉中将金属Ni层氧化为NiO，得到的连接体表面形成双层氧化物结构，其内层为Cr2O3，外层为NiO。
三、磁控溅射法沉积Ni-Fe合金层：选用高纯的Ni-Fe合金作为靶材，所述Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为0.5；溅射温度为100℃，溅射时间为120min，溅射压力为0.12Pa(Ar)、溅射功率为1.5kw，在步骤二制得的表面附有NiO层的金属连接体表面沉积Ni-Fe合金涂层。
四、氧化得到双层涂层：将沉积在NiO表面的Ni-Fe合金层氧化为(Ni,Fe)3O4尖晶石层，得到表面附有NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层的金属连接体。
为了测试上述方法制备得到的金属连接体表面的双层涂层对Cr元素向外迁移的抑制能力和抗氧化性能的影响，将沉积有金属Ni层的不锈钢连接体先氧化再沉积Ni-Fe合金层后，悬挂于刚玉坩埚中，并在800℃箱式电阻炉中进行氧化测试。最终，不锈钢连接体表面形成三层氧化物结构，最内层为富Cr氧化物，主要是Cr2O3，中间层NiO，最外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石层。
上述磁控溅射法沉积后的得到的连接体表面沉积的金属Ni层厚度为2-4μm，Ni-Fe合金层厚度为2-8μm；
加热氧化后形成双层氧化物涂层的厚度分别为：NiO层为2-4μm；(Ni,Fe)3O4尖晶石层为4-16μm。
由于氧化物涂层需要具备抑制Cr向外迁移的能力、提高抗氧化性能、高温导电性和结构稳定性，因此对其厚度需要严格控制。若制备得到的涂层太薄，则不能有效抑制Cr迁移以及提高抗氧化性能，若涂层太厚则会降低导电性能且可能导致氧化膜发生开裂甚至剥落。
对于NiO/(Ni,Fe)3O4双层氧化物涂层，NiO层的热膨胀系数比内层Cr2O3和外层(Ni,Fe)3O4的大，且NiO的高温导电性能有限，因此上述各个实施例通过控制磁控溅射法的各个条件参数控制金属Ni层厚度为2～4μm，氧化后形成的NiO层厚度范围在2～4μm，既能够抑制Cr向外迁移，又能降低热膨胀性能的不匹配性。控制Ni-Fe合金层为2～8μm，氧化形成的(Ni,Fe)3O4尖晶石层厚度为4～16μm，能够减少氧向内迁移而提高抗氧化性能。
在得到表面沉积有金属Ni层和Ni-Fe合金层的金属连接体后、获得表面具有双层涂层的金属连接体后，对前述每个阶段的不锈钢连接体及其表面附有的金属层和双层涂层进行分析，以实施例2为例，分析结果如下：
图1是实施例2中金属连接体及其表面的金属Ni层和Ni-Fe合金层的断面形貌图；图2是实施例2中金属连接体及其表面的金属Ni层和Ni-Fe合金层断面的EDS线扫描图。由图1以及图2可知，其内层为金属Ni层，外层为NiFe2合金层。
图3和图4是实施例2中具有双层涂层的不锈钢连接体热暴露在固体氧化物燃料电池阴极工作环境中10周后的断面形貌图及其元素线扫描分析结果图。图3和图4表明最终得到的双层涂层提高了不锈钢的抗氧化性能并阻止了Cr向外迁移。
图5是实施例2中具有双层涂层的不锈钢连接体热暴露在固体氧化物燃料电池阴极工作环境中10周后的相结构分析图。图3、图4以及图5表明Ni/Ni-Fe涂层氧化后形成了NiO/(Ni,Fe)3O4尖晶石双层涂层结构，NiO层和不锈钢连接体之间为热生长形成的Cr2O3层。
从图3和图4可以看出，Cr2O3内层与不锈钢连接体以及NiO层均结合良好。氧化10周后，内层Cr2O3层厚度只有约1.5μm，而且NiO与Cr2O3层之间界线明显，NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层中Cr元素含量几乎为0。这表明了采用溅射法制备的金属Ni层和Ni-Fe合金层热转后形成的NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层，能够提高不锈钢连接体的抗氧化性能，并且有效阻止了Cr2O3层中的Cr元素向外迁移。
因此，通过本发明的制备方法，可以在获得表面具有均匀、致密的双层涂层的金属连接体，金属连接体表面的双层涂层能够有效抑制连接体表面Cr2O3层中Cr元素向外迁移，并降低Cr2O3膜的生长速率，提高金属连接体的工作性能。另外本发明的双层涂层的成分和厚度能够通过改变磁控溅射的具体条件参数进行精确控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，其特征在于，其包括金属连接体和金属连接体表面的双层涂层；所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石层。
2.一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1、沉积金属Ni层：采用磁控溅射法在经过预处理的金属连接体表面沉积金属Ni层；
S2、沉积Ni-Fe合金层：采用磁控溅射法在步骤S1得到的沉积有金属Ni层的金属连接体表面沉积Ni-Fe合金层；
S3、制备双层涂层：将步骤S1-S2沉积的金属Ni层和Ni-Fe合金层分别氧化为NiO层和(Ni,Fe)3O4尖晶石层，使金属连接体表面形成NiO/(Ni,Fe)3O4双层涂层。
3.如权利要求2所述的具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法，其特征在于，
所述步骤S1之前，对金属连接体进行预处理，其具体步骤为：
首先选用砂纸对金属连接体进行打磨抛光，然后在0.3-0.5MPa的压强下对金属连接体进行喷砂；最后将打磨、喷砂后的金属连接体置于丙酮溶液中超声清洗5-30min；
所述金属连接体为铁素体不锈钢。
4.如权利要求2所述的具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
选用金属Ni作为溅射靶材，对真空室抽真空至5×10-3Pa，打开Ar流量阀，保持真空室压力为0.1-0.25Pa，溅射温度为100-200℃；打开直流电源，溅射功率为1-1.5kw，溅射时间为60-120min；
所述步骤S2具体包括：
选用Ni-Fe合金作为溅射靶材，所述Ni-Fe合金中Ni和Fe的原子比为0.5:1-1:1；对真空室抽真空至5×10-3Pa，打开Ar流量阀，保持真空室压力为0.1-0.25Pa，溅射温度为100-200℃；打开直流电源，溅射功率为1-1.5kw，溅射时间为60-120min。
5.如权利要求2所述的一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1得到的金属连接体表面沉积的金属Ni层厚度为2-4μm；所述步骤S2得到的金属连接体表面沉积的Ni-Fe合金层厚度为2-8μm。
6.如权利要求2所述的一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：将沉积金属Ni层和Ni-Fe合金层的金属连接体悬空放置于刚玉坩埚，然后在空气电阻炉中氧化，使得金属Ni层和Ni-Fe合金层分别氧化为NiO层和(Ni,Fe)3O4尖晶石层，氧化温度为600-800℃。
7.如权利要求2所述的一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法，其特征在于，所述步骤S3得到的双层涂层中，NiO层厚度为2-4μm，(Ni,Fe)3O4尖晶石层厚度为4-16μm。
8.如权利要求2所述的一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体的制备方法，其特征在于，
在所述步骤S1沉积金属Ni层之后、步骤S2沉积Ni-Fe合金层之前，还可以先氧化金属连接体表面的金属Ni层，使得沉积的金属Ni层转化为NiO层，其氧化过程与步骤S3相同。
9.一种具有双层涂层的固体氧化物燃料电池金属连接体，其特征在于，其包括金属连接体和金属连接体上的双层涂层，所述金属连接体由权利要求2-8任一项制备方法制备得到；所述双层涂层的内层为NiO，外层为(Ni,Fe)3O4尖晶石层。
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