【摘 要】
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固体氧化物燃料电池（SOFC）因具有能效高、绿色环保、燃料来源广等优点成为新一代发电装置的研究热点。其中连接体作为SOFC关键部件之一,起到连接阴、阳极,隔绝气氛及支撑部件等重要作用。铁素体不锈钢因可加工性强,抗氧化性能高和加工成本低等优点被广泛用于连接体,但其在长期服役过程中,会发生连接体表面含Cr层不断增厚引发的抗氧化性能下降和Cr向外挥发沉积导致的阴极“Cr中毒”问题。因此,为了改善连接体服
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固体氧化物燃料电池（SOFC）因具有能效高、绿色环保、燃料来源广等优点成为新一代发电装置的研究热点。其中连接体作为SOFC关键部件之一,起到连接阴、阳极,隔绝气氛及支撑部件等重要作用。铁素体不锈钢因可加工性强,抗氧化性能高和加工成本低等优点被广泛用于连接体,但其在长期服役过程中,会发生连接体表面含Cr层不断增厚引发的抗氧化性能下降和Cr向外挥发沉积导致的阴极“Cr中毒”问题。因此,为了改善连接体服役性能,研究者提出在连接体表面制备涂层以减缓SOFC电池性能衰减。当前不锈钢表面应用较多的Ni基、Co基等涂层在长期服役过程中易出现面比电阻增长过快导致连接体导电性下降,而Cu基涂层由于具有稳定的高温导电性被广泛关注。此外,研究发现在涂层中引入稀土元素可降低含Cr层生长速率,减缓面比电阻增长,进一步提高涂层的高温导电性。基于以上分析,本课题以Cu基涂层为研究对象,采用电沉积-氧化二步法在SUS 430不锈钢基体表面制备Cu O及Cu-Mn-O涂层,系统研究电沉积工艺参数和Ce改性量对Cu基涂层微观组织结构的影响,探究Ce改性对Cu基涂层高温抗氧化性和导电性的影响规律,阐明Ce改性对Cu基抗氧化涂层的作用机理,主要结论如下:（1）研究电沉积工艺参数和Ce改性量对Cu O涂层微观组织结构的影响,当沉积时间为20 min、沉积温度为30℃和占空比为40%时Cu O涂层表面均匀致密,颗粒呈胞状结构,涂层厚度约6mm。Ce改性后Cu O涂层颗粒由胞状结构转变为球状结构,颗粒尺寸减小及分布均匀性提高,确定最佳Ce改性量为0.02mol/L。对比分析了高温（800℃）氧化168 h后Ce改性前后Cu O涂层的微观组织结构变化,结果显示,Ce改性Cu O涂层试样未出现Cr2O3、Cu Fe2O4等物质,表面致密性更高,含Cr过渡层厚度更小。（2）研究电沉积工艺参数和Ce改性量对Cu-Mn-O涂层微观组织结构的影响,当沉积时间为20 min、沉积温度为40℃和占空比为60%时Cu-Mn-O涂层组织结构致密,主要物相为Cu1.5Mn1.5O4并存在少量Cu O,涂层厚度约10mm。研究发现适量Ce掺杂可以促进Cu-Mn-O涂层结晶,减少Cu O剩余相的生成,确定最佳Ce改性量为0.03 mol/L。对比分析了高温氧化168 h后,Ce改性前后Cu-Mn-O涂层物相组成及微观形貌变化,结果显示,Ce改性Cu-Mn-O涂层试样未出现含Cr、Mn等元素的氧化物,对Cr扩散具有更好的阻碍能力。（3）对比分析了Ce改性前后Cu基涂层试样高温抗氧化性及导电性。研究发现,Ce改性后的涂层试样氧化增重、氧化速率常数及ASR值均小于未改性涂层试样,其中Ce改性Cu-Mn-O涂层氧化增重最少为0.0953 mg·cm-2,氧化速率常数最低为5.1099×10-5 mg~2·cm-4·h-1,ASR值最小为13.5 mΩ·cm~2。
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