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为了推进实施绿色交通发展,固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)作为新一代清洁、高效能源转换的发电技术,在船舶电力推进等绿色交通领域的应用引起了足够的重视。随着SOFC技术进步运行温度逐渐向低温化发展,不锈钢材料取代传统陶瓷材料作为新一代连接体材料而成为可能。本文针对性地研究不锈钢在高温下面临的氧化膜快速增长、接触电阻增加和基体内Cr向外扩散引起的电池阴极Cr“中毒”等问题,提出采用等离子表面合金化-预氧化工艺(Plasma Surface Alloying-Preoxidation Process,PASA-PP)在AISI430不锈钢(Stainless Steel,SS)表面制备Co-M-O(M=Ni、Cu、Mn)尖晶石保护层,并研究其抗氧化性、导电性等性能,并探索了 Co-M合金层向Co-M-O尖晶石层的转化机制以及尖晶石层的导电机理。主要工作内容与结果如下:(1)采用电沉积-预氧化处理工艺,在AISI 430 SS表面制备了 Co-Ni-O尖晶石氧化物涂层。由电沉积工艺制备Co-Ni合金层,再通过预氧化工艺将合金层转变为Co-Ni-O尖晶石涂层,并探索了其转化机制。结果表明,Co-Ni-O涂层由NiCo2O4和NiO相组成。Co-Ni-O涂层能有效地提高基体的抗氧化性,降低氧化膜增长速率;Co-Ni-O尖晶石涂层能明显阻碍基体内的Cr向外扩散,但在尖晶石层中仍能检测到微量Cr,表明该涂层不能完全抑制Cr向外扩散;Co-Ni-O尖晶石涂层能改善基体的导电性,但是在长期氧化阶段(大于100 h)其导电性无法满足美国能源署(Department of Energy,DOE)的目标要求。(2)基于Co-Ni合金层转变为Co-Ni-O尖晶石涂层原理,为了改善电沉积-预氧化工艺制备尖晶石涂层在长期氧化环境中存在导电性不足以及无法完全抑制Cr向外扩散的问题,提出采用等离子体表面合金化法-预氧化处理工艺,先采用等离子体表面合金化工艺在430 SS表面制备外层Co-Ni合金层和内扩散层的合金化层,再预氧化转化。结果表明,Co-Ni合金层转变为由NiCo2O4单相组成的尖晶石涂层,内扩散层转化为含有混合尖晶石相的内扩散氧化物层;该尖晶石涂层与基体保持冶金结合;该涂层在抗氧化性、抑制Cr挥发、长期氧化后导电性等方面都明显优于电沉积-预氧化工艺制备的Co-Ni-O 430 SS 样品。(3)鉴于Co与多种过渡金属原子均能形成尖晶石氧化物,以等离子表面合金化法-预氧化处理工艺为涂层制备基础,在AISI 430 SS表面制备Co-Cu-O尖晶石涂层。结果表明,该涂层的微观结构致密,并且与基板保持冶金结合;Co-Cu-O 430 SS样品的导电性得到极大的改善,其ASR值为0.089Ωcm2@408 h;该涂层能够有效地抑制基体内的Cr向外扩散;但是,Co-Cu-O 430 SS样品的抗氧化性低于相同工艺制备的Co-Ni-O 430 SS样品,认为是Co-Cu-O尖晶石涂层在高温分解所致。(4)基于Mn在尖晶石氧化物中存在多种价态利于电子传导的机理,采用等离子表面合金化法-预氧化处理工艺,在AISI 430 SS表面制备Co-Mn-O尖晶石涂层。结果表明,该涂层的微观结构致密,并且与基体保持冶金结合;与其他上述几种尖晶石涂层相比,Co-Mn-O 430 SS样品具有最优的抗氧化性,氧化动力学常数最低(9.0929×10-4 mg2 cm4 h-1);该涂层也能有效地抑制基体内的Cr向外扩散;70次冷热循环氧化后该涂层无开裂和脱落现象产生;其具有最高的导电性,最低的ASR值(0.029Ωcm2@408 h)。(5)为考察等离子表面合金化工艺应用于质子交换膜燃料电池的金属连接体表面改性,采用不同渗扩改性时间在430 SS表面制备Nb改性层,x Nb 430 SS样品(x=0.5 h,1 h,1.5 h,2 h,2.5 h)。研究考察了渗扩合金化时间对涂层表面形貌、微观组织的影响,同时考察了 x Nb 430 SS样品的耐蚀性、导电性以及疏水性。优选出的1.5 h Nb 430 SS样品具有良好的连接体性能。