陶瓷涂层对固体氧化物燃料电池连接体材料表面改性的研究

铁素体不锈钢是应用前景最好的中温固体氧化物燃料电池（SOFC）连接体材料之一,然而高温抗氧化能力不足和Cr元素的挥发严重了影响铁素体不锈钢连接体材料的长期稳定性。解决该问题的最有效的途径是在铁素体不锈钢连接体表面制备陶瓷保护涂层,达到改善铁素体不锈钢的高温抗氧化性能和抑制Cr元素的挥发的目的。本文概述了采用陶瓷涂层对铁素体不锈钢连接体材料进行表面改性的研究现状。     

固体氧化物燃料电池合金连接体表面改性研究进展

铁素体不锈钢是目前用作固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体最理想的合金材料。但问题在于铁素体不锈钢在SOFC工作环境下易被氧化,尤其是在阴极侧Cr向外扩散,易导致阴极Cr中毒问题。为了克服以上弊端,国内外很多学者对合金表面改性做了大量研究,本文综述了近些年在该领域的研究成果。     

HVOF制备的WC-10Co4Cr涂层性能及其在硬密封球阀上的应用

为提高金属硬密封球阀的抗磨损和耐腐蚀性能,采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺,在1Cr13不锈钢钢基体上制备了WC-10Co4Cr涂层。测试了涂层与基体的结合强度以及涂层的显微硬度、气孔率、抗磨损和腐蚀等性能。结果表明:WC-10Co4Cr涂层与粉末的相结构基本一致,涂层的显微硬度高,组织结构致密且与基体的结合强度高;另外,WC-10Co4Cr涂层还表现出较好的抗腐蚀性能和优异的抗磨粒磨损性能。生产实践表明,这些球阀密封性能好,开关灵活且耐磨和耐腐蚀性能良好。     

新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究

研制兼有优良的导电性能和合适的热膨胀性能的阴极材料是中温固体氧化物燃料电池(SOFC)发展中的关键问题之一。本论文阐述了近年来中温SOFC阴极材料的发展,介绍了新型阴极材料La2NiO4 δ混合导体的合成与制备和性能方面的研究,并对中温SOFC阴极材料的研究方向进行了探讨。     

LSM/SUS430复合连接体材料的溶胶-凝胶法制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了SUS430金属连接体的La0.8Sr0.2MnO3抗氧化涂层。通过X射线衍射分析研究了烧结过程和中温氧化处理对LSM涂层的物相组成、微观应力的影响;通过LSM涂层的SEM表面形貌和断面形貌表征对比研究了涂层在氧化处理前后的亚微观结构特征。结果表明,采用溶胶-凝胶法在SUS430金属连接体表面制得了均匀、致密、与基体结合良好的LSM导电涂层;长时间的中温氧化处理有利于降低LSM涂层的内部微观应力,同时也会导致涂层微裂纹的出现;LSM涂层可以有效地抑制Cr2O3相的形成,减缓Mn-Cr尖晶石的生长。     

金属涂层光纤制备方法与性能研究进展

金属涂层光纤适用于极端环境下的探测与信息传输。目前,金属涂层光纤研究主要聚焦于:(1)不同制备方法,包括化学镀法、电镀法、溅射法、蒸镀法和熔融金属法的具体制备工艺,比较不同工艺参数对金属涂层质量的影响;(2)金属涂层光纤涂层质量、力学性能和宏弯损耗性能的表征评价方法;(3)金属涂层光纤的应用场景。本文综述了金属涂层光纤制备方法和性能的研究进展,总结了金属涂层光纤目前存在的问题,为金属涂层光纤今后的科学研究和发展提供参考。     

SOFC氧离子导体电解质材料的研究进展及性能优化策略

典型的固体氧化物燃料电池(SOFC)由致密电解质、多孔阴极和阳极三部分构成。其中,电解质介于阴极和阳极之间,是一种具有全固态结构的氧化物陶瓷材料。电解质是SOFC的核心部件之一,是电池工作温度和电池性能的决定性因素。目前,对于高温电解质材料的研究与应用已经相对成熟。但是,在电池高温运行条件下,会导致电极和电解质界面反应、密封困难及使用寿命变短等问题。因此,SOFC电解质的发展逐渐趋向于中温化。但随着工作温度的降低,电解质欧姆阻抗(Ro)势必增大,使得电池的电导率下降。基于此,电解质在中温下的性能提升以及优化近年来备受关注。文中综述了几种不同类型的氧离子导体电解质最新研究进展,并论述了SOFC中低温运行条件下电解质性能提升的主要优化策略。     

退火处理对TiSiCN、TiCrSiCN及CrSiCN涂层结构和机械性能的影响

用等离子体增强磁控溅射(PEMS)方法制备了Ti Si CN、Ti Cr Si CN和Cr Si CN涂层,并在空气中进行700°C退火处理。利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪表征了退火处理前后涂层的断面形貌、成分和微结构。研究了退火处理对3种涂层的硬度、韧性和膜基结合性能的影响以及它们的高温抗氧化性能。结果表明:退火处理后,Ti Si CN涂层表面形成了一层均匀且较厚(1.50μm)的富氧层;Cr Si CN涂层的氧化层不均匀且富氧层较薄(0.50μm);Ti Cr Si CN涂层较致密,未检测到氧化物存在。3种涂层的韧性和硬度在退火后都出现不同程度的降低,硬度分别降低了20 GPa(Ti Si CN涂层)、9 GPa(Cr Si CN涂层)和5 GPa(Ti Cr Si CN涂层)。退火后,Ti Si CN涂层与基体的结合性能有较明显的提高,Ti Cr Si CN涂层的膜基结合性能变化不大,Cr Si CN涂层的结合性能则出现一定减弱。Ti Si CN和Cr Si CN涂层的脆性氧化层易产生分层和剥离,而Ti Cr Si CN涂层表现出最佳的高温抗氧化性能。     

金属支撑固体氧化物燃料电池研究进展

与传统全陶瓷结构的燃料电池不同,金属支撑固体氧化物燃料电池利用多孔金属来支撑功能阳极层–电解质层–阴极层,具有结构稳定性高、抗热快速热循环能力强,电堆组装简单,材料成本低等优势。本文分析了金属支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)材料的选择和电池制备过程中的关键问题,并概述了金属支撑SOFC技术的研究进展。     

铋离子掺杂固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置,具有燃料选择灵活、效率高、环境友好等优点。基于SOFC运行成本和长期稳定性的要求,降低工作温度已成为当前研究的热点。传统阴极较低的催化活性制约了SOFC的技术发展,因此开发具有良好催化性能的阴极材料至关重要。大量的研究表明,铋离子的掺杂能够有效提高材料的电导率和氧催化活性。从铋离子掺杂的角度出发,综述了铋离子掺杂对阴极材料的制备、结构、电导率和电化学性能的影响,并对掺铋SOFC阴极材料未来的发展趋势进行了展望。     

纳/微异构型钙钛矿氧化物电极在固体氧化物燃料电池的研究进展

开发高效、稳定、廉价的钙钛矿氧化物电极材料是固体氧化物燃料电池(SOFC)进一步商业化发展的关键。目前,研究重点仍集中在解决阳极积碳、硫毒化以及阴极氧还原(ORR)低温性能不佳等问题。最近,有研究报道,一些易还原过渡金属元素掺杂的钙钛矿可以在还原气氛中原位析出该金属并以纳米颗粒的形式"镶嵌"在钙钛矿表面形成"纳米金属–钙钛矿"复合结构。该方法制备的材料具有性能高、抗积碳能力强、可再生性好等优点。从钙钛矿氧化物本体的选择、A/B位掺杂、缺陷调整、以及拓扑离子交换、相变诱发等方面,总结了近年来关于构建纳米(析出金属颗粒)微米(钙钛矿氧化物母体)异质结构(统称纳微异构)钙钛矿氧化物纳米纤维复合电极的研究。此外,总结了具有纳米纤维状形貌的钙钛矿氧化物电极及其结构对于SOFC性能、稳定性的影响,最后提出了该类纳微异构材料的优势、不足和展望。     

等离子喷涂碳纤维增强氧化铝涂层制备及性能研究

以短切碳纤维和纳米氧化铝为原料,采用喷雾干燥方法制备了氧化铝和氧化铝-5 wt%碳纤维喷涂喂料;利用等离子喷涂工艺制备了氧化铝和氧化铝-5 wt%碳纤维涂层,并对所制备的涂层进行了力学性能和摩擦学性能对比分析;利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对喷涂喂料﹑涂层微观形貌及磨损形貌进行了表征。结果表明,运用喷雾干燥所制备的陶瓷喂料粒度分布均匀,且碳纤维存在于复合喂料中;所制备涂层各层间界面结合良好,且复合涂层中碳纤维与涂层结合良好。与无碳纤维的氧化铝涂层相比,碳纤维的加入使得涂层力学性能得到大幅度提高,且有效降低了涂层的摩擦系数﹑明显提高了涂层的耐磨性。     

全氢聚硅氮烷衍生法制备耐高温抗氧化SiON涂层

以全氢聚硅氮烷为原料,经加热固化在金属表面制备得到致密均匀、厚度为2μm左右的SiON涂层。研究了全氢聚硅氮烷的固化过程,发现随固化温度升高,水解氧化反应程度提高,随之结构中Si—N、Si—H及N—H强度下降,Si—O强度升高。所得到的涂层硬度达到9H以上,与金属基材之间结合良好,附着力0级。随固化温度升高,涂层表面润湿性能也随之变化,400℃固化得到的涂层表现为亲水性。SiON涂层具备较好的防腐蚀性能和耐高温抗氧化性能,对金属基材具有良好的保护作用,且随着固化温度升高,防腐蚀性能和耐高温性能随之增强。     

三元硼化物陶瓷涂层的制备及其力学性能研究

笔者采用的是在Q235钢基体表面用固相反应法制备三元硼化物陶瓷涂层,因为固相反应法制备陶瓷消耗的能源少、污染小、工艺简单,相对传统的制备工艺所需成本较低,所以研究固相反应型三元硼化物陶瓷涂层有很高的科学价值和实用价值。笔者采用Fe-B、Mo、Fe、Al、Cr为陶瓷骨料,使用无机粘结剂磷酸二氢铝作为陶瓷涂层的粘结剂来制备三元硼化物陶瓷涂层,对这种制备陶瓷涂层的工艺做基础性的研究。研究主要有:陶瓷涂层配比研究,陶瓷骨料配比,陶瓷骨料与磷酸二氢铝粘结剂最佳配比;固相反应法制备三元硼化物陶瓷涂层工艺:Q235钢基体表面预处理,固化温度,固化工艺等;涂层结构与性能研究:对涂层的致密性、显微组织、相组成、涂层与基体的结合强度、涂层抗热震性能、涂层的耐磨性进行了研究。     

阴极电弧制备AlTiN和TiAlSiN涂层的性能及铣削性能

采用阴极电弧离子镀技术在YG10硬质合金试片及铣刀上分别制备了厚度为为2.604μm和2.798μm的纳微米AlTiN和TiAlSiN涂层,采用实验方法研究涂层的微观结构、力学性能,以及涂层刀具铣削HT200时的铣削性能。实验研究结果表明:制备的AlTiN及TiAlSiN涂层的硬度分别为29.14 GPa及38.94 GPa,Si元素的添加细化涂层组织结构,TiAlSiN涂层的断面结构更为致密,涂层的硬度及耐磨性显著增加。AlTiN及TiAlSiN涂层与基体的结合强度等级分别满足工业等级的HF3、HF1要求,TiAlSiN涂层表现出较好的膜基结合性能。相较于AlTiN涂层,TiAlSiN涂层刀具表现出较小的切削力。此外,TiAlSiN涂层比AlTiN涂层拥有较好的抵抗磨损的能力。     

金属表面等离子喷涂玄武岩涂层的腐蚀性能研究

采用玄武岩废料经烧结水淬和未烧结两种不同方法制备喷涂材料,并利用等离子喷涂技术,在45#钢基体表面制备了涂层.利用XRD观察了涂层的组成,采用扫描电镜(SEM)观察涂层的结构特征,采用全浸泡腐蚀实验、电化学测试方法评价了涂层的耐蚀性能.结果表明,涂层以非晶态为主,生成少量晶体,烧结涂层的玻璃化程度增加.玄武岩涂层可以提高金属的耐腐蚀性能,耐碱腐蚀性优于耐酸腐蚀性,采用烧结粉体制备的涂层,涂层组织结构和性能都有了一定的改善,涂层致密度提高,涂层耐蚀性大大提高.     

医用金属硬组织植入物表面纳米涂层研究

细胞与人工植入物之间的相互作用是诱导形成骨整合界面的关键因素,然而这种相互作用大多取决于种植体表面的材料特性和表面形貌特征,纳米结构的表面已被证明能够增强细胞的黏附、增殖与分化。文章介绍了医用金属硬组织植入物表面纳米涂层的研究意义,综述了生物纳米涂层的主要制备方法及其物化性能特点,重点分析和讨论了生物纳米涂层对金属植入物的生物学性能影响和改善规律,最后介绍了生物纳米涂层研究与应用方面的最新进展。     

耐阴极剥离有机涂层的研究进展

简介了水环境中有机涂层保护、阴极保护及其联合用于金属防护的机理,综述了有机涂层阴极剥离机理,分析了影响有机涂层阴极剥离的因素,综述了耐阴极剥离有机涂层的设计原则,最后指出了耐阴极剥离有机涂层的研究方向。     

炭纤维表面原位反应制备TaC涂层及其形成机理研究

以金属钽粉为钽源,采用原位反应法在炭纤维表面成功制备出连续的TaC涂层,研究了涂层炭纤维的相组成、微观形貌和抗氧化性能,并探究了炭纤维表面连续TaC涂层的形成机理。结果表明,在温度为1000~1400℃时能在炭纤维表面制备出TaC涂层,反应温度和时间显著影响涂层厚度以及涂层与炭纤维基体的结合性能;反应温度为1200℃时制备的涂层均匀致密,与炭纤维基体结合较好,涂覆TaC涂层后炭纤维的起始氧化温度提高了200℃。从动力学角度分析了TaC涂层的生长机理,结果表明Ta原子沿炭纤维轴向发生表面扩散,Ta原子的表面扩散行为是连续TaC涂层形成的关键因素。     

碱处理法制备钛合金表面羟基磷灰石涂层

采用碱处理法制备钛基羟基磷灰石涂层,考察了碱液处理中有关钛合金表面活化参数对其诱导羟基磷灰石沉积速度的影响,采用X射线衍射和扫描电镜对样品的化学组成、结构和性能进行了表征,确定了钛合金表面活化处理的最优参数.结果表明,钛基体经10 mol/L氢氧化钠,饱和硝酸钙预钙化处理,模拟体液中培养后,羟基磷灰石沉积速度快,14 d就可形成致密﹑均匀﹑裂纹少的涂层;碱液处理后饱和硝酸钙溶液预钙化可得到片状的羟基磷灰石生物矿化层;且钛基体在600 ℃的热处理是HAP涂层沉积的重要条件之一.与相关研究相比较,该方法的优点在于可在形状复杂的植入体上形成均匀的涂层,工艺简单,并且涂层与基体结合牢固.