本文關鍵詞：鈷錳復合材料的制備及其高溫耐腐蝕性研究

  更多相關文章： 鈷錳尖晶石 溶膠凝膠法 等離子熱壓燒結(jié)法 合金涂層

【摘要】：固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高溫,高效且無污染的新能源電池,應用前景廣泛,鈷錳尖晶石材料具有優(yōu)異的耐高溫腐蝕性,是最佳的SOFC內(nèi)部連接體保護涂層材料,本論文分別探討了鈷錳尖晶石材料的制備方法及其在空氣或純氧氣氛條件下的高溫耐腐蝕性。采用溶膠凝膠法(Sol-Gel),分別以鈷、錳的硝酸鹽或乙酸鹽為原料,并加入絡合劑和穩(wěn)定劑,生成鈷和錳的絡合離子,在一定溫度下干燥、分解、煅燒,得到鈷錳尖晶石粉末,溶膠凝膠法是典型的細化晶粒的材料制備方法,且由此得到鈷錳尖晶石粉末具有很好的物理分散性。采用等離子熱壓燒結(jié)法(SPS)分別將鈷錳尖晶石復合粉末或鈷和錳氧化物混合粉末燒結(jié)成電極棒樣品,結(jié)合金相觀測法,排水測密度法,掃描電鏡技術(shù)等進行分析。研究結(jié)果表明,當選用鈷錳尖晶石粉末為原料,選定工藝參數(shù)在1050℃、50MPa下燒結(jié)30min可制得微觀組織較為理想的Co-Mn尖晶石復合電極材料。Co-Mn合金涂層的制備采用高能微弧合金化技術(shù)(High Energy Micro-arc Alloying,HEMAA),基體金屬為SUS304。合金涂層組分分別為Co-10Mn和Co-40Mn,HEMMA工藝中電極向基體金屬中的沉積量取決于其相對熱流量,相對熱流量越大,電極過渡到基體上的熔滴也就越多,在高能微弧合金化技術(shù)中,電極棒與基體金屬之間存在著一種相互擴散的關系,微區(qū)的熱變形也不可避免,為減小涂層表面缺陷,本實驗在大參數(shù)沉積后再次采用小參數(shù)沉積。合金涂層首先在750℃和850℃、105Pa氧分壓下進行預氧化,不同的涂層組分和不同的預氧化溫度生成內(nèi)外氧化層差異明顯,高Mn合金在高溫(850℃)和高氧壓下更趨向生成鈷錳尖晶石復合氧化物層,所得復合氧化物層在模擬固體氧化物燃料電池工作溫度800℃進行性能測試,具有較好的高溫抗氧化性和導電性。高溫測試結(jié)果顯示,由低功率參數(shù)沉積的鈷錳合金在100h氧化之后形成的涂層剝落較少,具有更好的粘附性;鈷錳合金在高溫氧化100h后的ASR值遠小于應用所要求值的上限。EDS測試結(jié)果顯示,涂層均表現(xiàn)出抑制Cr元素向外擴散的能力,且在鈷錳尖晶石與基體金屬之間形成了一層薄的致密的Cr2O3層。
【關鍵詞】：鈷錳尖晶石 溶膠凝膠法 等離子熱壓燒結(jié)法 合金涂層
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB331
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 課題研究的背景及意義12-14
• 1.2 鈷錳尖晶石材料14-15
• 1.2.1 鈷錳尖晶石材料應用背景14-15
• 1.2.2 鈷錳尖晶石材料簡介15
• 1.3 等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)15-16
• 1.3.1 等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)簡介15-16
• 1.4 合金化涂層對基體不銹鋼抗氧化性能的影響16-17
• 1.4.1 氧化動力學16
• 1.4.2 氧化熱力學16-17
• 1.4.3 氧化層導電性17
• 1.5 本課題研究的內(nèi)容及研究目的17-18
• 第2章 實驗材料及實驗設計18-23
• 2.1 引言18
• 2.2 實驗材料及設備18-21
• 2.2.1 實驗材料18-19
• 2.2.2 實驗設備及儀器19-21
• 2.3 實驗設計21-22
• 2.3.1 合成鈷錳尖晶石粉末21
• 2.3.2 燒制鈷錳尖晶石材料21
• 2.3.3 制備鈷錳尖晶石涂層21-22
• 2.4 成分，形貌及物理性能分析22-23
• 第3章 等離子熱壓燒結(jié)法制備鈷錳尖晶石材料23-42
• 3.1 溶膠凝膠法（Sol-Gel）制備鈷錳尖晶石粉末23-29
• 3.1.1 實驗設計23-27
• 3.1.2 粉末性能測試分析27-29
• 3.2 鈷錳尖晶石成品的制備29-41
• 3.2.1 等離子熱壓燒結(jié)法制備鈷錳尖晶石成品30-31
• 3.2.2 燒結(jié)參數(shù)的選擇及其對成品性能的影響31-36
• 3.2.3 燒結(jié)成品性能測試分析36-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第4章 鈷錳尖晶石涂層的制備42-70
• 4.1 鈷錳合金化涂層的制備42-51
• 4.1.1 Co-Mn合金涂層形貌分析44-46
• 4.1.2 基體金屬與Co/Mn合金的質(zhì)量交換46-49
• 4.1.3 合金層試樣截面成分及結(jié)構(gòu)分析49-51
• 4.2 鈷錳合金層高溫空氣環(huán)境腐蝕研究51-59
• 4.2.1 一步涂層的制備及其耐腐蝕性研究51-53
• 4.2.2 梯度涂層的制備及其耐腐蝕性研究53-59
• 4.3 高溫空氣中的氧化動力學和Co-Mn涂層鋼的特點59-68
• 4.3.1 Co-Mn合金層的氧化動力學59-60
• 4.3.2 鈷錳合金層的氧化性研究60-65
• 4.3.3 Co-Mn氧化層的面比電阻（ASR）65-66
• 4.3.4 討論66-68
• 4.4 本章小結(jié)68-70
• 第5章 結(jié)論70-72
• 參考文獻72-79
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文79-80
• 致謝80

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