电沉积法制备Mn–Ni合金层的组织结构及高温氧化行为

摘要

本文在不锈钢表面电沉积Mn–Ni二元合金镀层,研究改变络合剂浓度、电流密度、主盐浓度对镀层的形貌和组成的影响。研究双络合剂的使用对镀层中锰含量的影响,通过对镀层进行预氧化组织和形貌分析得到优化工艺,在此工艺下进行氧化实验,并进行高温氧化后的性能的测试,通过增重法表征抗氧化性能,采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪表征氧化后的组织结构和形貌,初步解释了镀层的氧化机制,通过高温下的电导率测试来表征镀层氧化后的导电性能,最终综合高温氧化条件下的导电性能、抗氧化性能来分析其作为固体氧化物燃料电池连接材料的可行性。
　　实验表明,单一络合剂葡萄糖酸钠的浓度必须高于主盐浓度之和才能得到均一的合金镀层,低于主盐浓度的络合剂镀液不稳定,改变主盐浓度发现通过增加低还原电位元素的浓度,减少高还原电位元素的离子浓度并不能有效的改变镀层的元素组成。通过改变电流密度能大幅提高阴极极化,得到的镀层中锰含量高达30％,电流密度较高时,析氢反应加剧,造成镀液的不稳定,且电流效率降低。采用双络合剂,使得镀液中的高还原电位元素络合程度加大,低还原电位元素的络合程度减小,最终能显著提高合金镀层中的锰含量。
　　通过预氧化实验后的形貌和组织结构得到电沉积的优化工艺参数,在此工艺下可得到30%锰含量的合金镀层。对此镀层进行后续的高温氧化,研究其800℃抗高温氧化性,并且对其高温下的电导率进行测试,发现抗氧化性能得到大幅的提高,氧化速率常数为3.2631×10–8g2·cm–4·h–1。对氧化后的形貌和组织结构分析发现镀层经过高温氧化后的氧化物层主要是外侧镍锰尖晶石层,内层氧化铬层的双层氧化物,氧化物截面能谱分析后发现外侧不含铬元素,此双层氧化物层可以阻止铬元素挥发至表面。最后对氧化物层在800℃下的面比电阻进行测定,发现高温氧化200h后,面比电阻 ASR为13Ω·cm2,小于燃料电池连接材料的电阻要求,通过高温下的抗氧化性能,导电性能分析,最终认为通过电沉积得到的镍锰合金镀层,可以作为燃料电池的连接材料使用。

目录

电沉积法制备Mn–Ni合金层的组织结构及高温氧化行为

MICROSTRUCTURE AND HIGH TEMPERATURE OXIDATION BEHAVIOR OF Mn–Ni COATINGS FABRICATED BY ELECTRODEPOSITION

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2SOFC的组成及结构

1.3SOFC的工作机理

1.4SOFC各组元的组成

1.5金属连接材料体系的研究现状

1.6国内外对不锈钢作为连接材料的研究现状

1.7本论文的主要研究内容

第2章实验材料与研究方法

2.1试验用原材料

2.2分析测试方法

第3章电沉积工艺的研究

3.1实验中电沉积反应的分析

3.2基础镀液组成及其作用

3.3电沉积阳极的确定

3.4镀液中各组分的作用

3.5电沉积的前处理工艺

3.6葡萄糖酸钠体系电沉积

3.7柠檬酸钠–EDTA双络合剂体系电沉积

3.8电沉积镀层的预氧化组织结构

3.9本章小结

第4章电沉积镀层高温氧化行为的研究

4.1抗氧化性能的表征

4.2镍锰镀层氧化后的高温电学性能

4.3氧化物层与阴极材料La0.7Sr0.3MnO3化学相容性分析

4.4本章小结

结论

参考文献

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致谢