ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ La–Mn–Cu–O НА СТАЛИ-ИНТЕРКОННЕКТОРЕ 08Х17Т ДЛЯ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ НЕВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Разработан новый метод формирования защитного покрытия на нержавеющей стали марки 08Х17Т, используемой для изготовления интерконнекторов твердооксидных топливных элементов. Он основан на электрокристаллизации металлов из неводных растворов электролитов на поверхности интерконнектора из нержавеющей стали с последующей термической обработкой. Химический состав электролита подбирался из расчета получения на поверхности оксидного слоя состава LaMn0,9Cu0,1O3. В результате на поверхности нержавеющей стали-интерконнера сформировался сплошной оксидный слой, защищающий сталь от высокотемпературного окисления, ведущего к деградации функциональных свойств интерконнектора. Полученные покрытия исследованы методами рентгенофазового анализа в геометрии скользящего пучка, рентгенофотоэлектронной спектроскопии и растровой электронной микроскопии с поверхности и в поперечном сечении. Анализ элементного и фазового составов покрытия показал, что основными его компонентами являются соединения со структурой перовскита и шпинели. В контакте с катодным материалом на основе манганита лантана–стронция защитное покрытие показало заметное ухудшение проникновения хрома из стали в результате диффузионного обжига по сравнению с образцом без покрытия. Соединение интерконнектора с покрытием не показывает заметной деградации в течение не менее 500 ч при температуре 850 °C в воздушной атмосфере.

сталь-интерконнектор, защитное покрытие, твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ), электрокристаллизация, рентгеноспектральный анализ, деградация

1. Shaigan N., Qu W., Ivey D.G., Chen W. A review of recent progress in coatings, surface modifications and alloy developments for solid oxide fuel cell ferritic stainless steel interconnects. J. Power Sources. 2010. No. 195. P. 1529—1542.

2. ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. М.: Изд-во стандартов, 1997; GOST 5632-72. Stali vysokolegirovannye i splavy korrozionno-stoikie, zharostoikie i zharoprochnye. Marki [There were high-alloy also alloys corrosion resistant, heat-resistant and heat resisting. Brands]. Moscow: Izdatel’stvo standartov, 1997.

3. Gannon P., Amendola R. High-temperature, dual-atmosphere corrosion of solid-oxide fuel cell interconnects. JOM. 2012. No. 64. P. 1470—1476.

4. Lin Ch. K., Liu Y. A., Wu S. H., Liu C.K., Lee R.Y. Joint strength of a solid oxide fuel cell glass—ceramic sealant with metallic interconnect in a reducing environment. J. Power Sources. 2015. No. 280. P. 272—288.

5. Qu W., Jian L., Hill J.M., Ivey D.G. Electrical and microstructural characterization of spinel phases as potential coatings for SOFC metallic interconnects. J. Power Sources. 2006. No. 153. P. 114—124.

6. Petric A., Ling H. Electrical conductivity and thermal expansion of spinels at elevated temperatures. J. Amer. Ceram. Soc. 2007. No. 90. P. 1515—1520.

7. Magdefrau N.J. Evaluation of solid oxide fuel cell interconnect coatings: Reaction layer microstructure, chemistry and formation mechanisms: Abstr. Dis. of PhD. Storrs: University of Connecticut, 2013.

8. Yang Z., Xia G.G., Maupin G.D., Stevenson J.W. Evaluation of perovskite overlay coatings on ferritic stainless steels for SOFC interconnect applications. J. Electrochem. Soc. 2006. No. 153. P. 1852—1858.

9. Johnson C., Orlovskaya N., Coratolo A., Cross C., Wu J., Gemmen R., Liu X. The effect of coating crystallization and substrate impurities on magnetron sputtered doped LaCrO3 coatings for metallic solid oxide fuel cell interconnects. Int. J. Hydrogen Energy. 2009. No. 34. P. 2408—2415.

10. Park B.K., Song R.H., Lee S.B., Lim T.H., Park S.J., Jung W., Lee J.W. Conformal bi-layered perovskite/spinel coating on a metallic wire network for solid oxide fuel cells via an electrodeposition-based route. J. Power Sources. 2017. No. 348. P. 40—47.

11. Przybylski K., Brylewski T., Durda E., Gawel R., Kruk A. Oxidation properties of the Crofer 22 APU steel coated with La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 for IT-SOFC interconnect applications. J. Therm. Anal. Calorimetr. 2014. No. 116. P. 825—834.

12. Huang W., Gopalan S., Pal U.B., Basu S.N. Evaluation of electrophoretically deposited CuMn1.8O4 spinel coatings on Crofer 22 APU for solid oxide fuel cell interconnects. J. Electrochem. Soc. 2008. No. 155. P. 1161—1667.

13. Lee S.I., Hong J., Kim H., Son J.W., Lee J.H., Kim B.K., Lee H.W., Yoon K.J. Highly dense Mn-Co spinel coating for protection of metallic interconnect of solid oxide fuel cells. J. Electrochem. Soc. 2014. No. 161. P. 1389—1394.

14. Yoon J.S., Lee J., Hwang H.J., Whang C.M., Moon J.W., Kim D.H. Lanthanum oxide-coated stainless steel for bipolar plates in solid oxide fuel cells (SOFCs). J. Power Sources. 2008. No. 181. P. 281—286.

15. Lim D.P., Lim D.S., Oh J.S., Lyo I.W. Influence of posttreatments on the contact resistance of plasma-sprayed La0.8Sr0.2MnO3 coating on SOFC metallic interconnector. Surf. Coat. Technol. 2005. No. 200. P. 1248—1251.

16. Mikkelsen L., Chen M., Hendriksen P.V., Persson A., Pryds N., Rodrigo K. Deposition of La0.8Sr0.2Cr0.97V0.03O3 and MnCr2O4 thin films on ferritic alloy for solid oxide fuel cell application. Surf. Coat. Technol. 2007. No. 202. P. 1262—1266.

17. Johnson C., Gemmen R., Orlovskaya N. Nano-structured self-assembled LaCrO3 thin film deposited by RF-magnetron sputtering on a stainless steel interconnect material. Composites. Pt. B: Engineering. 2004. No. 35. P. 167—172.

18. Bateni M.R., Wei P., Deng X.H., Petric A. Spinel coatings for UNS 430 stainless steel interconnects. Surf. Coat. Technol. 2007. No. 201. P. 4677—4684.

19. Fontana S., Amendola R., Chevalier S., Piccardo P., Caboche G., Viviani M., Molins R., Sennour M. Metallic interconnects for SOFC: Characterization of corrosion resistance and conductivity evaluation at operating temperature of differently coated alloys. J. Power Sources. 2007. No. 171. P. 652—662.

20. Ebrahimifar H., Zandrahimi M. Influence of oxide scale thickness on electrical conductivity of coated AISI 430 steel for use as interconnect in solid oxide fuel. Ionics. 2012. No. 18. P. 615—624.

21. Ананьев М.В., Еремин В.А., Солодянкин А.А., Яскельчик В.В. Электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора: Пат. 2016139988 (РФ). 2016; Anan’ev M.V., Eremin V.A., Solodyankin A.A., Yaskel’chik V.V. Elektrokhimicheskii sposob naneseniya elektroprovodyashchego oksidnogo zashchitnogo pokrytiya interkonnektora [Electrochemical way of drawing an electroconductive oxidic sheeting of an interkonnektor]: Pat. 2016139988 (RF). 2016.

22. Сухотин А.М. (ред.). Справочник по электрохимии. Л.: Химия. 1981; Sukhotin A.M. (Ed.) Spravochnik po elektrokhimii [Reference book on electrochemistry]. Leningrad: Khimiya, 1981.