CN116023808A - 一种防护涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固体氧化物燃料连接体防护涂层材料，通过利用还原性气氛，得到了可直接应用的还原态固体氧化物燃料连接体防护涂层材料，从而实现了固体氧化物燃料连接体的简易高效防护。
Description
技术领域
本发明属于能源技术领域，尤其涉及一种防护涂层及其制备方法，具体为一种固体氧化物燃料连接体防护涂层材料。
背景技术
固体氧化物燃料(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)属于第三代燃料，是一种在中高温下直接将化学能转化成电能的全固态化学发电装置。SOFC单体主要组成部分由电解质、阳极或燃料极、阴极或空气极和连接体或双极板组成。由于单体只能产生1V左右电压，功率有限，为了使得SOFC具有实际应用可能，需要大大提高SOFC的功率。为此，可以将若干个单以各种方式(串联、并联、混联)组装成组。对平板式SOFC而言，通常需要将阴极侧与下一个连接体连接。出于对成本及机械性能的考虑，金属连接体被大量采用。然而，金属材料在高温氧化气氛中使用不可避免的会发生氧化反应，从而在连接体表面形成氧化膜，使得串联结构的之间接触电阻增大，整个电堆输出效率下降。目前常用的连接体防护材料或技术，存在工艺较为繁琐或者生产成本较高的问题。因此，开发一种新型的固体氧化物燃料连接体防护材料对于解决以上问题是非常有意义的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防护涂层及其制备方法，本发明提供的防护涂层工艺简单，成本低，具有较好的性能。
本发明提供了一种防护涂层，包括：
尖晶石结构物质。
优选的，所述尖晶石结构物质的通式为：
AxByO4；
其中，A选自锰、铁中的一种；
B选自钴、镍中的一种；
x+y＝3。
优选的，所述尖晶石结构物质选自立方尖晶石结构相和/或四方尖晶石结构相。
优选的，所述防护涂层的厚度为30～120微米。
本发明提供了一种上述技术方案所述的防护涂层的制备方法，包括：
在基体表面喷涂粉末，得到防护涂层；
所述粉末的成分为：
AxByO4；
其中，A选自锰、铁中的一种；
B选自钴、镍中的一种；
x+y＝3。
优选的，所述基体的成分为：
铁素体不锈钢或铁铬合金
优选的，所述喷涂的方法为低压等离子喷涂。
优选的，所述喷涂的压力为100～5000Pa。
优选的，所述喷涂的功率为30～65kw。
优选的，所述喷涂之后还包括：
进行加热；
所述加热的温度为700～800℃。
本发明提供了一种固体氧化物燃料连接体防护涂层材料，能够更好地实现固体氧化物燃料连接体的防护作用，从而维持电堆的稳定性及输出效率。本发明利用低压等离子喷涂技术在固体氧化物燃料连接体表面制备一层还原态的尖晶石结构物质。本发明制备的还原态的防护涂层经过运行后，可转变为致密的尖晶石结构组织，从而实现对连接体的防护。本发明提供的保护涂层是通过低压等离子喷涂技术制备而成的，能够使制备的连接体防护工作大大简化。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的喷涂态的防护涂层的SEM图；
图2为本发明实施例1制备的氧化处理后致密结构的防护涂层SEM图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种防护涂层，包括：
尖晶石结构物质。
在本发明中，所述尖晶石结构物质的通式优选为：
AxByO4；
其中，A选自锰、铁中的一种；
B选自钴、镍中的一种；
x+y＝3。
在本发明中，所述x和y的原子比优选为(0.5～1)：1，更优选为1：2。
在本发明中，所述尖晶石结构物质优选选自立方尖晶石结构相和/或四方尖晶石结构相。
在本发明中，尖晶石结构物质AxByO4通式的A+B原子比例保持一定(为3)，但A与B的比例可以发生变化，且当A与B原子比例不同时，其结构可能为立方尖晶石结构相或者四方尖晶石结构相。
在本发明中，所述防护涂层优选为全部或部分疏松的还原态尖晶石结构物质；所述防护涂层的孔隙率优选为5～10％，更优选为6～9％，最优选为7～8％。
在本发明中，还原态的防护涂层经过氧化后，可转变为气密的致密的尖晶石结构组织，从而实现对连接体的防护。
在本发明中，所述防护涂层的厚度优选为30～120微米，更优选为40～110微米，更优选为50～100微米，更优选为60～90微米，最优选为70～80微米。
本发明提供了一种上述技术方案所述的防护涂层的制备方法，包括：
在基体表面喷涂粉末，得到防护涂层。
在本发明中，所述基体优选为固体氧化物燃料连接体；更优选为平板式固体氧化物燃料连接体；所述表面优选为连接体的阴极侧表面。在本发明中，所述基体的成分优选为铁素体不锈钢或铁铬合金。
在本发明中，所述粉末的成分优选为：
AxByO4；
其中，A选自锰、铁中的一种；
B选自钴、镍中的一种；
x+y＝3。
在本发明中，所述x和y的原子比的范围与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述粉末的粒度优选为20～70微米，更优选为30～60微米，最优选为40～50微米。
在本发明中，所述喷涂的方法优选为低压等离子喷涂；所述喷涂过程中的环境压力优选为100～5000Pa，更优选为500～4000Pa，更优选为1000～3000Pa，最优选为2000Pa；所述喷涂过程中的功率优选为30～65kw，更优选为40～60kw，最优选为50kw。
在本发明中，所述喷涂之后优选还包括：
将喷涂后的固体氧化物燃料连接体进行电堆装配。
在本发明中，所述喷涂之后优选还包括：
进行加热。
在本发明中，所述加热的温度优选为700～800℃，更优选为730～770℃，最优选为750℃；所述加热的保温时间优选为1～3小时，更优选为2小时。
在本发明中，尖晶石结构物质成分的粉末进行低压喷涂形成还原态的尖晶石结构物质(A元素的氧化物和B元素的单质)，然后再进行后续加热进行氧化，再次形成尖晶石结构的物质。
本发明利用低压等离子喷涂技术在固体氧化物燃料连接体表面制备一层还原态的尖晶石结构物质，制备的还原态的防护涂层经过运行后，可转变为致密的尖晶石结构组织，从而实现对连接体的防护，能够使制备的连接体防护工作大大简化。
本发明的核心是提供一种固体氧化物燃料连接体防护涂层材料，以期更好地达到电堆稳定高效地运行。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
在500Pa的工作压力，45kW喷涂功率的条件下，在平板式固体氧化物燃料连接体(铁素体不锈钢)的阴极侧表面喷涂80微米厚的防护粉末，防护粉末为粒度20～70微米的Mn1.5Co1.5O4(锰钴氧MCO)，得到防护涂层，如图1所示。
之后将其用到电堆中进行装配；待堆装配完成后，加热升温，在750℃，保温2小时，连接体防护涂层材料最终形成致密结构防护涂层，如图2所示。
本发明利用低压等离子喷涂技术在固体氧化物燃料连接体表面制备一层还原态的尖晶石结构物质，制备的还原态的防护涂层经过运行后，可转变为致密的尖晶石结构组织，从而实现对连接体的防护，能够使制备的连接体防护工作大大简化。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。
Claims (10)
1.一种防护涂层，包括：
尖晶石结构物质。
2.根据权利要求1所述的防护涂层，其特征在于，所述尖晶石结构物质的通式为：
AxByO4；
其中，A选自锰、铁中的一种；
B选自钴、镍中的一种；
x+y＝3。
3.根据权利要求1所述的防护涂层，其特征在于，所述尖晶石结构物质选自立方尖晶石结构相和/或四方尖晶石结构相。
4.根据权利要求1所述的防护涂层，其特征在于，所述防护涂层的厚度为30～120微米。
5.一种权利要求1所述的防护涂层的制备方法，包括：
在基体表面喷涂粉末，得到防护涂层；
所述粉末的成分为：
AxByO4；
其中，A选自锰、铁中的一种；
B选自钴、镍中的一种；
x+y＝3。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基体的成分为：
铁素体不锈钢或铁铬合金。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述喷涂的方法为低压等离子喷涂。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述喷涂的压力为100～5000Pa。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述喷涂的功率为30～65kw。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述喷涂之后还包括：
进行加热；
所述加热的温度为700～800℃。
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