高温应用钼及钼合金表面改性研究进展

钼及钼合金因具有高熔点、高硬度、力学性能优异等优点,被广泛应用于军工、航空和航天等领域。但钼及钼合金在高温使用时存在抗氧化、抗烧蚀和耐磨损性能较差等缺陷,严重影响了钼及钼合金的高温使用性能。研究发现,通过表面改性能有效解决上述问题。首先提出了高温应用钼及钼合金表面改性涂层需满足的基本要求,系统地综述了改性涂层在改善高温应用钼及钼合金抗氧化、抗烧蚀和耐磨损性能方面的研究进展,介绍了常见改性涂层的制备方法,并指出了目前该研究领域存在的问题及今后的发展方向。

电泳沉积法在SOFC关键材料制备中的研究进展

固体氧化物燃料电池（SOFC）是直接将化学能转化为电能的全固态装置,因其绿色、环保、高效等特点而备受广大科研人员的关注。近年来,电池工作温度的降低对SOFC电解质、连接体和电极材料均提出了新的更高的要求。目前主要通过制备电解质薄膜、连接体保护涂层和电极材料涂膜等来实现SOFC在中低温工作环境下良好的电化学性能。电泳沉积法（EPD）具有设备简单、易涂覆、操作方便等优点,因而其在上述材料制备方面得到了广泛应用。综述了近年来国内外EPD技术在SOFC各关键组件（电解质薄膜、合金连接体涂层、电极材料涂膜）中应用的研究进展,指出了今后的发展方向,这对提升电池性能和应用具有实际意义。

丝网印刷法制备Y改性CuMn2O4尖晶石涂层研究

目的提高SOFC金属连接件CuMn2O4尖晶石涂层高温抗氧化性能和导电性能。方法采用溶胶-凝胶法制备Y改性CuMn2O4尖晶石粉末,采用丝网印刷技术在SUS430合金表面制备Y改性CuMn2O4尖晶石涂层。利用XRD、SEM表征Y改性CuMn2O4尖晶石粉体及涂层的物相结构及微观形貌。利用氧化增重实验研究Y改性前后CuMn2O4尖晶石涂层试样在800℃空气中氧化168 h的高温氧化行为,通过“四点法”测量涂层在高温氧化过程中的面比电阻值。结果CuMn2O4尖晶石粉末的晶格常数随着稀土Y含量的增大而增大,当Y元素的含量为0.02 mol/L时,晶格常数增幅趋于平缓,此时所得粉体物相结构稳定,结晶程度较好,晶粒尺寸细小且颗粒间团聚现象较少。Y改性前后CuMn2O4尖晶石涂层试样的氧化动力学曲线均遵循抛物线氧化定律,其氧化速率常数分别为9.39×10^−5、6.31×10^−5 mg^2/(cm^4·h)。Y改性CuMn2O4尖晶石涂层试样在800℃氧化168 h时的面比电阻值约为26.2 mΩ·cm^2,低于未改性涂层试样的面比电阻值(约27.3 mΩ·cm^2)。结论Y改性CuMn2O4尖晶石涂层能有效改善金属连接体的高温抗氧化性能和导电性能。

CeO2掺杂Si-B复合涂层的制备及氧化行为

采用两步包埋渗的方法在钼基体表面制备了不同CeO 2掺杂量的Si-B复合涂层,通过XRD、EDS和SEM分析了CeO 2掺杂对Si-B复合涂层在1150℃氧化前后表面物相和截面形貌的影响,并采用失重法研究了CeO 2掺杂前后Si-B复合涂层在1150℃下氧化160 h的氧化动力学行为。结果表明:适量CeO 2的掺杂对Si具有一定的催渗效果,当CeO 2掺杂量为1%(质量分数)时,所制备的Si-B复合涂层的厚度最大且均匀致密,但随着CeO 2掺杂量的增加,涂层厚度有所减小。CeO 2掺杂Si-B复合涂层在1150℃下氧化前70 h的氧化速率常数值(1.48×10-4 mg 2/(cm 4·h))较未掺杂时明显降低,这表明CeO 2掺杂Si-B复合涂层的高温抗氧化性能较好。

金属连接体表面Y改性NiFe_2O_4尖晶石涂层的制备与性能

通过柠檬酸-硝酸盐法制备了Y掺杂的NiFe_2O_4尖晶石粉末,采用电泳沉积法在SUS 430铁素体不锈钢连接体上制备了Y改性的NiFe_2O_4尖晶石涂层。采用XRD和SEM分析了粉末和涂层的物相构成与组织形貌;采用循环氧化实验和"四探针"法测试了涂层的高温抗氧化性能和导电性能。结果表明,当Y的掺杂量为0.05 mol·L^(-1)时,可获得物相结构稳定、结晶度良好的NiFe_2O_4尖晶石粉末;所制备的Y改性NiFe_2O_4尖晶石涂层保护合金在800℃循环氧化168 h后,氧化速率常数Kw为7.55×10^(-4)mg^2·cm^(-4)·h^(-1),面比电阻值ASR为15.4 mΩ·cm^2。

Y改性的MoSi2-MoBx复合涂层制备及氧化行为

通过两步包埋法在钼表面制备了Y改性的MoSi2/MoBx复合涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了渗剂中Y添加对渗B过程影响及Y改性的MoSi2/MoBx复合涂层的组织结构与氧化行为。结果表明：在渗B过程中,涂层表层的主要物相为β-MoB2;添加稀土Y能增强B元素的向内扩散,并起到催渗作用;Y改性的MoSi2/MoBx外层为固溶了部分MoB的MoSi2,内层为MoB与Mo2B混合相;在1150℃下循环氧化20h后,Y改性的MoSi2/MoBx复合涂层的外层生成了SiO2层,且MoSi2发生了扩散,生成了Mo5Si3,但MoBx层能有效阻止MoSi2的扩散。

包埋工艺对钼表面Si-B-Y复合涂层氧化行为的影响

在纯钼基体表面分别采用共渗包埋法和两步包埋法两种工艺制备了Si-B-Y复合涂层。采用XRD和SEM分析了两种包埋工艺制备的Si-B-Y复合涂层的物相组成及截面形貌;评价了涂层在1150℃大气环境下的循环抗氧化性能。结果表明:两种包埋工艺制备的Si-B-Y复合涂层与基体结合紧密,且两步包埋工艺制备的涂层更加致密;经1150℃循环氧化275 h后,两步包埋法制备的涂层孔洞层厚约10μm,仅为共渗涂层孔洞层厚的1/5,具有良好的抗热震性能;两种复合涂层在1150℃循环氧化前105 h过程中均遵循抛物线氧化规律,其中两步包埋法制备的Si-B-Y复合涂层的氧化速率常数为1.20×10^(-4)mg^2/(cm^4·h),较共渗包埋涂层(5.60×10^(-4)mg^2/(cm^4·h))低近78%,这说明两步包埋法所得Si-B-Y复合涂层的高温抗氧化性能较共渗包埋法的优异。