关键词:电镀;不锈钢;铁镍合金;高温氧化;氧化产物
固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)被誉为21世纪的绿色能源,已被美国、欧洲、澳大利亚及日本等发达国家广泛关注,投进了大量的人力和物力进行研发。然而,一些关键技术包括电池(堆)材料等仍然制约着SOFC的贸易化进程。对于平板型SOFC,连接体是电池堆的关键部件。它一方面把单电池连接起来,进步电池的输出功率;另一方面将阴极的氧化气氛和阳极的还原气氛隔开。因此,它的热膨胀行为应与电池堆的其他组元相近,在阴、阳极两侧具有足够的稳定性,而且应具有良好的导热性和导电性。
随着SOFC的制备技术和材料的发展,SOFC的操纵温度由原来的1000℃降低到现在的600~800℃,这使金属及合金作为连接体材料成为可能。由于铁素体不锈钢的热膨胀性与电池其他组元相近,本钱低廉,所形成的Cr2O3膜具有良好的导电性,目前被以为是合适的金属连接体材料。但是,铁素体不锈钢的弱点是Cr2O3膜的挥发会使阴极发生Cr中毒,进而导致电池堆电性能下降。为了解决这一题目,在铁素体不锈钢表面施加导电的防护涂层可以有效阻止Cr2O3的挥发。研究表明:Fe-Ni合金的热膨胀行为与铁素体不锈钢的相近,而且Fe-60Ni合金热暴露后天生以(Fe,Ni)3O4尖晶石为主的氧化物层。该尖晶石的热膨胀性能与SOFC的组元接近,具有较高的电导率。假如在铁素体不锈钢上沉积Fe-60Ni合金层,使其氧化后转化成(Fe,Ni)3O4尖晶石层,不仅可以阻挡基体不锈钢上形成的Cr2O3层挥发,而且还能降低表面氧化膜电阻。因此,本文将采用电镀方法在铁素体不锈钢表面沉积Fe-60Ni合金层,研究电镀不同时间的样品在SOFC阴极环境下(800℃空气中)的氧化行为,分析表面氧化产物的结构和形貌,为SOFC不锈钢连接体涂层的发展提供技术支持。
1、实验
1.1 样品制备
将铁素体不锈钢(Cr质量分数为16.4%)样品(15mm×10mm×1mm)用砂纸打磨抛光至1000号,用丙酮超声清洗5min后,用往离子水冲洗样品。接下来进行碱性除油,碱性化学除油选用的是质量分数为20%的碳酸钠溶液,温度为60℃,时间15min,然后取出样品用往离子水冲洗样品表面。用质量分数为10%的硫酸溶液在60℃清洗样品30s,除往表面氧化膜,取出后用往离子水冲洗样品表面,然后吹干。将