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电泳沉积（Mn,Co）3O4涂层制备及其特性的研究

作　者: 张卫伟
导　师: 詹肇麟
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: SOFC 金属连接体 304不锈钢 电泳沉积 (Mn,Co)3O4涂层
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


固体氧化物燃料电池(SOFC)是能把化学能直接转化为电能的发电装置,具有高效、清洁等优点,被誉为当今的绿色能源。目前,随着SOFC的工作温度逐渐变低,低廉成本的金属材料用以SOFC连接体材料成为可能。但是关键问题是,SOFC工作环境中金属材料连接体的氧化是不可避免的,因此,必须提高金属材料连接体的抗高温氧化性。本文系统地探索研究了锰钴氧无水乙醇悬浮液特性,沉积电压和沉积时间对锰钴氧涂层和高温烧结形成的(Mn,Co)3O4涂层的结构、成分以及微观形貌的影响。在制备锰钴氧悬浮液过程中,通过激光粒度分析仪来观察影响其悬浮液特性的因素。研究结果表明：当锰钴氧无水乙醇悬浮液质量分数5%,Co、Mn原子比为1：1时,超声波处理2h后,可以制备出性能较好的锰钴氧悬浮液,其平均粒径约为0.89μm。在高压电泳沉积法制备锰钴氧涂层过程中,最为重要的影响因素为沉积电压和沉积时间。当沉积电压400V和沉积时间10s时可制备性能良好的锰钴氧涂层。从锰钴氧涂层样品的SEM图像可以看出,涂层平均厚度约为125.1μm,涂层较致密平整,孔隙、块状和棒状结构少,颗粒状形态多。通过观察锰钴氧涂层样品的EDS图像发现,增加沉积电压或减少沉积时间,Co/Mn原子比会变大,涂层均匀性较好。从锰钴氧涂层样品XRD图像可知,锰钴氧涂层构成物相主要是Mn3O4和C0304。锰钴氧涂层样品经过800℃保温2小时热处理随炉冷却后,可制备出微观特性较好的(Mn,Co)3O4尖晶石涂层。从SEM图像可知,涂层表面致密平整,几乎没有孔隙出现。从XRD图像可以看出,涂层主要是由MnCo2O4相构成,并有少量的MnFe2O4相生成。从EDS图像可知,涂层含有Fe、O元素,这表明基体中的铁元素向涂层外和O元素向涂层内进行了扩散。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-24
  1.1 引言  8
  1.2 SOFC金属连接体涂层研究的背景和意义  8-15
    1.2.1 SOFC的特点  8-9
    1.2.2 SOFC的工作原理  9-11
    1.2.3 SOFC电池构型  11-12
    1.2.4 SOFC关键部件  12-14
    1.2.5 SOFC国内外发展状况  14-15
  1.3 SOFC金属连接体  15-18
    1.3.1 Cr基金属连接体  16-17
    1.3.2 Ni基金属连接体  17
    1.3.3 Fe基金属连接体  17-18
  1.4 SOFC金属连接体涂层  18-22
    1.4.1 氧化物涂层  19
    1.4.2 氮化物涂层  19
    1.4.3 钙钛矿涂层  19-21
    1.4.4 尖晶石涂层  21-22
  1.5 本论文的研究目的和内容  22-24
第2章 实验材料与方法  24-32
  2.1 实验工艺方案  24-26
  2.2 实验材料与仪器设备  26-27
    2.2.1 实验材料与试剂  26-27
    2.2.2 实验仪器  27
  2.3 实验方法  27-29
    2.3.1 制备样品和组装实验装置  27-28
    2.3.2 高压电泳沉积法  28-29
  2.4 涂层微观特性表征  29-32
第3章 锰钴氧悬浮液特性分析  32-52
  3.1 溶剂对悬浮液特性的影响  32-36
  3.2 超声波处理时间对锰钴氧无水乙醇悬浮液特性影响  36-42
  3.3 悬浮液质量分数对锰钴氧无水乙醇悬浮液特性影响  42-46
  3.4 Co与Mn原子比对锰钴氧无水乙醇悬浮液特性影响  46-49
  3.5 本章小节  49-52
第4章 高压电泳沉积法制备锰钴氧涂层  52-68
  4.1 沉积电压对制备锰钴氧涂层的影响  52-61
    4.1.1 沉积电压对锰钴氧涂层厚重的影响  52-55
    4.1.2 沉积电压对锰钴氧涂层微观特性的影响  55-61
  4.2 沉积时间对制备锰钴氧涂层的影响  61-66
    4.2.1 沉积时间对锰钴氧涂层厚重的影响  61-62
    4.2.2 沉积时间对锰钴氧涂层微观特性的影响  62-66
  4.3 本章小节  66-68
第5章 (Mn,Co)_3O_4涂层的高温烧结性能  68-76
  5.1 (Mn,Co)_3O_4涂层高温烧结的形貌分析  68-72
  5.2 (Mn,Co)_3O_4涂层高温烧结的物相成分分析  72-75
  5.3 本章小节  75-76
第6章 总结与展望  76-78
致谢  78-80
参考文献  80-86
附录A 攻读硕士期间发表文章目录  86-88

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术
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