Funkcjonalne układy warstwowe stal/ceramika w roli interkonektorów dla elektrochemicznych urządzeń do konwersji energii

Abstract

W pracy opracowano i scharakteryzowano dwie nowe grupy materiałów powłokowych bazujących na spinelu o składzie Cu1,3Mn1,7O4 (CM). Pierwszą grupą otrzymanych materiałów były kompozyty spinel CM/perowskit LNF. Drugą z kolei grupą materiałów były spinele układu Cu- Mn-0 domieszkowane różną zwartością Ni lub Fe. Do otrzymania układów warstwowych z badanych materiałów na stali ferrytycznej Nirosta 4016/1,4016 wykorzystano metodę elektroforetycznego osadzania (EPD) w połączeniu z dwuetapową obróbką termiczną. Analiza kinetyk utleniania badanych próbek po 3000 godz. w 750°C w powietrzu potwierdziła, że naniesienie na powierzchnię stali powłoki ceramicznej prowadzi do znacznego podwyższenia jej odporności korozyjnej. Wśród badanych układów, próbki z powłokami CM10LNF i CM20LNF, wykazały się najwolniejszą kinetyką utleniania. Układy z powłokami na bazie spinelu CM domieszkowanego Ni posiadały lepszą odporność korozyjną niż ta powłoka z czystego CM oraz jako jedyne wykazywały od niej niższy ASR poniżej 600°C. W temperaturze pomiaru wynoszącej 750°C, wartości ich ASR z odpowiednimi powłokami układają się w kolejności: CM03Ni < CM03Fe < CMO1Ni < CM < CM10LNF < CMO1Fe < CM20LNF.

This doctoral dissertation was developed of new materials based on copper-manganese spinel that could find application in IT-SOFC or IT-SOEC. In the presented work, two new groups of coating materials based on Cu1.3Mn1.7O4 spinel (CM) have been developed and characterized. The first group of materials obtained were spinel CM/perovskite LNF composites. The second group of materials were spinels of the Cu-Mn-0 system doped with various amounts of Ni or Fe. The electrophoretic deposition (EPD) method combined with two-stage thermal treatment was used to obtain layered systems of the studied materials on ferritic steel Nirosta 4016/1,4016. Analysis of the oxidation kinetics of the studied samples after 3000 h at 750°C in air confirmed that the application of ceramic coating to the steel surface leads to a signifies increase in its corrosion resistance. Among the studied systems, samples with CM10LNF and CM20LNF composite coatings showed the slowest oxidation kinetic The systems with spinel-based CM coatings doped with Ni had better corrosion resistance than the one with pure CM coating, and were the only ones to show lower ASR than below 600°C. At the measurement temperature of 750°C the values of their ASR with the corresponding coatings arranged in the order: CM03Ni < CM03Fe < CMO1Ni < CM < CM10LNF < CM01Fe < CM20LNF.