摘要
固体氧化物燃料电池（SOFC）因具有能效高、污染小以及燃料适应性强等优点而引起广泛关注。连接体作为SOFC重要部件之一，起着阻隔阴阳极气氛、导通电流等重要作用。与其他材料连接体相比，铁素体不锈钢因具有导电导热性好、制造成本低等优点而被广泛应用。但铁素体不锈钢中Cr元素向外扩散形成含Cr氧化层导致电阻增大，同时引起阴极“Cr中毒”。目前，解决上述问题的主要方法是在铁素体不锈钢连接体表面制备高温抗氧化涂层。与其他类型涂层相比，尖晶石涂层因较高的电导率和出色的抑制Cr扩散能力而备受关注。当前研究较为广泛的Ni基尖晶石涂层导电性较差，Cu基尖晶石涂层抗氧化性较差，均无法有效保护连接体，而Co基尖晶石涂层因具有较好的抗氧化性和热稳定性备受青睐，但其在长期服役过程中仍面临含Cr氧化层不断增厚、导电性能下降等诸多问题。研究发现，在尖晶石涂层中掺杂CeO2可减缓Cr元素的扩散，提高涂层与连接体的结合力，进而提高连接体的高温抗氧化性和导电性。 基于以上分析，本文采用电沉积法制备CeO2改性Co基尖晶石涂层，系统研究电沉积工艺参数及CeO2改性量对Co基尖晶石涂层微观组织结构的影响，并讨论其高温抗氧化和导电性能，阐明CeO2改性对Co基尖晶石涂层高温性能的作用机理。主要研究结论如下： （1）通过调整电沉积占空比为40%、沉积温度为50℃以及电解液pH值为4时可在SUS430基体表面制备出平整、致密且晶粒大小均匀的Co3O4尖晶石涂层，其厚度约为16μm，与基体结合紧密。在Co3O4尖晶石涂层中掺杂适量的CeO2可以细化晶粒，但CeO2含量过高时反而会抑制晶粒结晶，最终确定CeO2最佳改性量为6g/L。Co3O4及其改性涂层经800℃氧化168h后其物相成分未发生改变。相比于Co3O4尖晶石涂层，其改性涂层氧化后含Cr氧化层厚度明显更小。 （2）通过调整电沉积占空比为60%、沉积温度为40℃以及电解液pH值为3时可在SUS430基体表面成功制备出厚度约为7μm，表面致密均匀的Co-Fe-Ni尖晶石涂层，其主要物相为(Co,Fe,Ni)3O4和Co3O4尖晶石。掺杂适量CeO2可以提高Co-Fe-Ni尖晶石涂层的致密性，在细化晶粒的同时促进尖晶石结晶，确定CeO2最佳改性量为10g/L。Co-Fe-Ni及其改性涂层经长时间氧化后仍然保持着致密且厚度较小的含Cr氧化层。 （3）高温抗氧化性及导电性能测试结果表明，在Co基尖晶石涂层中掺杂CeO2可以有效提升涂层的抗氧化性能和导电性能。其中，CeO2改性Co-Fe-Ni尖晶石涂层氧化速率常数（2.0095×10-14g2·cm-4·s-1）及面比电阻（14.6mΩ?cm2）均低于Co-Fe-Ni尖晶石和Co3O4及其改性涂层，具有最佳的高温抗氧化性能和导电性能。
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