STUDY OF THE PROPERTIES OF COATINGS BASED ON COBALT-MANGANESE SPINEL OBTAINED BY THE METHOD OF NON-STATIONARY ELECTROLYSIS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Coatings based on cobalt-manganese spinel (Mn, Co)·(Mn, Co)2O4 were obtained on the surface of stainless steel by polarization with alternating asymmetric current. The study of the mechanical properties showed that the coatings are characterized by a sufficiently high adhesion to the substrate, their thickness is about 30 μm, and the microhardness value is 40 HV, which is comparable to similar oxide materials. The study of thermal stability in air shows their stability at temperatures up to 1000 °C, and the study of corrosion-protective properties - about the stability of the resulting coatings in a solution of 3.5% (wt.) NaCl.

About the authors

A. V. Khramenkova

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Email: anna.vl7@yandex.ru
Novocherkassk, Russia

A. A. Yakovenko

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Email: anna.vl7@yandex.ru
Novocherkassk, Russia

K. R. Yuzhakova

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Email: anna.vl7@yandex.ru
Novocherkassk, Russia

V. I. Mishurov

Don State Technical University

Email: anna.vl7@yandex.ru
Rostov-on-Don, Russia

K. G. Abdulvakhidov

Southern Federal University

Email: anna.vl7@yandex.ru
Rostov-on-Don, Russia

O. E. Polozhentsev

Southern Federal University

Author for correspondence.
Email: anna.vl7@yandex.ru
Rostov-on-Don, Russia

References

  1. Агаркова, Е.А., Агарков, Д.А., Бурмистров, И.Н., Задорожная, О.Ю., Яловенко, Д.В., Непочатов, Ю.К., Бредихин, С.И. Трехслойные мембраны для планарных твердооксидных топливных элементов электролит-поддерживающей конструкции: характеристики и применение. Электрохимия. 2020. Т. 56. С. 141. [Agarkova, E.A., Agarkov, D.A., Burmistrov, I.N., et al., Three-Layered Membranes for Planar Solid Oxide Fuel Cells of the Electrolyte-Supported Design: Characteristics and Applications, Russ. J. Electrochem., 2020, vol. 56, p. 132.]
  2. Tan, K.H., Rahman, H.A., and Taib, H., Coating layer and influence of transition metal for ferritic stainless steel interconnector solid oxide fuel cell: A review, Intern. J. Hydrogen Energy, 2019, vol. 4, no. 58, p. 30591.
  3. Zanchi, E., Talic, B., Sabato, A.G., Molin, S., Boccaccini, A.R., and Smeacetto, F., Electrophoretic co-deposition of Fe2O3 and Mn1,5Co1,5O4: Processing and oxidation performance of Fe-doped Mn–Co coatings for solid oxide cell interconnects, J. Eur. Ceram. Soc., 2019, vol. 39, p. 3768.
  4. Деменева, Н.В., Бредихин, С.И. Формирование оксидных пленок и диффузионные процессы в приповерхностных слоях токовых коллекторов твердооксидных топливных элементов. Электрохимия. 2014. Т. 50. С. 725. [Demeneva, N.V. and Bredikhin, S.I., Oxide film formation and diffusion processes in near-surface layers of current collectors in solid oxide fuel cells, Russ. J. Electrochem., 2014, vol. 50, p. 725.]
  5. Frangini, S., Della Seta, L., and Paoletti, C., Preparation and Electrical Properties of Sr-Doped LaFeO3 Thin-Film Conversion Coatings for Solid Oxide Cell Steel Interconnect Applications, Energies, 2022, vol. 15, p. 632.
  6. Yu, Y.T., Lu, Y., Guan, C.Z., Wang, J.Q., and Zhu, J.H., Evaluation of the reactive-sintered (Mn,Co)3O4 spinel layer for SOFC cathode-side contact application, Intern. J. Hydrogen Energy, 2022, vol. 44, no. 87, p. 36971.
  7. Yiqian, J., Guozheng, H., Mengyuan, G., Wangshu, H., Jiaqi, Sh., Zhibin, Y., Xingyu, X., and Suping, P., Ce-doped (Mn,Co)3O4 coatings for solid oxide fuel cell interconnect applications, Ceram. Intern., 2022, vol. 48, no. 23, p. 34931.
  8. Wei-Ja, Sh., Chien-Kuo, L., Wei-Xin, K., Yung-Neng, Ch., and Ruey-Yi, L., High temperature (800°C) oxidation of AISI 441 stainless steel with Mn–Co contact layers for SOFC stacks, Intern. J. Hydrogen Energy, 2022, vol. 47, p. 6811.
  9. Puranen, J., Pihlatie, M., Lagerbom, J., Bolelli, G., Laakso, J., Hyvärinen, L., Kylmälahti, M., Himanen, O., Kiviaho, J., Lusvarghi, L., and Vuoristo, P., Post-mortem evaluation of oxidized atmospheric plasma sprayed Mn–Co–Fe oxide spinel coatings on SOFC interconnectors, Intern. J. Hydrogen Energy, 2014, vol. 39, p. 17284.
  10. Dogdibegovic, E., Ibanez, S., Wallace, A., Kopechek, D., Arkenberg, G., Swartz, S., Funk, J. M., Reisert, M., Rahman, M. A., Aphale, A., Singh, P., Ding, H., Tang, W., Glazoff, M. V., Ding, D., Skafte, Th. L., and Tucker, M. C., Performance of stainless steel interconnects with (Mn,Co)3O4-Based coating for solid oxide electrolysis, Intern. J. Hydrogen Energy, 2022, vol. 47, p. 24279.
  11. Tomas, M., Asokan, V., Puranen, J., Svensson, J.-E., and Froitzheim, J., Efficiencies of cobalt- and copper-based coatings applied by different deposition processes for applications in intermediate-temperature solid oxide fuel cells, Intern. J. Hydrogen Energy, 2022, vol. 47, p. 32628.
  12. Reddy, M.J., Chausson, T.E., Svensson, J.E., and Froitzheim, J., 11–23% Cr steels for solid oxide fuel cell interconnect applications at 800°C—How the coating determines oxidation kinetics, Intern. J. Hydrogen Energy, 2023.
  13. Zhikuan, Zh., Chibuzor, D.-U., Uday, P., Srikanth, G., Mohammed, H. A., Nilesh, D., Yosuke, F., Yohei, M., Yutaro, M., and Soumendra, B., Comparison of Cu–Mn and Mn–Co spinel coatings for solid oxide fuel cell interconnects, Intern. J. Hydrogen Energy, 2022, vol. 47, p. 36953.
  14. Brylewski, T., Kucza, W., Adamczyk, A., Kruk, A., Stygar, M., Bobruk, M., and Dąbrowa, J., Microstructure and electrical properties of Mn1 + xCo2 – xO4 (0 ≤ ≤ x ≤ 1.5) spinels synthesized using EDTA-gel processes, Ceram. Intern., 2014, vol. 40, p. 13873.
  15. Jia, C., Wang, Y., Molin, S., Zhang, Y., Chen, M., and Han, M., High temperature oxidation behavior of SUS430 SOFC interconnects with Mn–Co spinel coating in air, J. Alloys Compd., 2019, vol. 787, p. 1327.
  16. Li, J., Xiong, C., Li, J., Yan, D., Pu, J., Chi, B., and Jian, L., Investigation of MnCu0.5Co1.5O4 spinel coated SUS430 interconnect alloy for preventing chromium vaporization in intermediate temperature solid oxide fuel cell, Intern. J. Hydrogen Energy, 2017, vol. 42, p. 16752.
  17. Aznam, I., Mah, J.C.W., Muchtar, A., Somalu, M.R., and Ghazali, M.J., Electrophoretic deposition of (Cu,Mn,Co)3O4 spinel coating on SUS430 ferritic stainless steel: Process and performance evaluation for solid oxide fuel cell interconnect applications, J. Eur. Ceram. Soc., 2020, vol. 41, p. 1360.
  18. Киреев, С.Ю., Янгуразова, А.З., Киреева, С.Н. Влияние различных режимов нестационарного электролиза на скорость формирования гальванических покрытий металлами и сплавами, их состав и свойства. Изв. вузов. Поволжский регион, 2017. Т. 4. С. 86.
  19. Шульгин, Л.П. Электрохимические процессы на переменном токе. Ленинград: Наука, 1974. С. 1–70.
  20. Khramenkova, A.V., Ariskina, D.N., and Yuzhakova, K.R., Production of Hybrid Polymer-Oxide Materials Based on Molybdenum Oxide Compounds Using Transient Electrolysis Method, Solid State Phenom., 2020, vol. 299, p. 316.
  21. Mingyu, L., Jin, X., Wei, G., Zhaolin, Zh., and Zulai, L., Effect of yttrium on the oxidation resistance and areaspecific resistance of MnCo2O4 coating, Surf. Coat. Technol., 2022, vol. 444, p. 128655.
  22. Bespalova, J.I., Khramenkova, A.V., Abdala, R.M., and Dmitriev, V.P., Study of the phase composition and structure of composite coatings based on transition-metal oxide compounds via X-ray diffraction and X-ray absorption fine structure spectroscopy, J. Surf. Investig. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2014, vol. 8, p. 60.
  23. Yan, Y., Bateni, R., Harris, J., and Kesler, O., Fabrication of reactive element oxide coatings on porous ferritic stainless steel for use in metal-supported solid oxide fuel cells, Surf. Coat. Technol., 2015, vol. 272, p. 415.
  24. Zhu, W.Z. and Deevi, S.C., Development of interconnect materials for solid oxide fuel cells, Mater. Sci. Eng., 2003, vol. 348, p. 227.
  25. Бойков, Е.В., Вишнецкая, М.В., Емельянов, А.Н., Руфов, Ю.Н., Щербаков, Н.В. Парциальное окисление бензола на оксидах переходных металлов, нанесенных на силикагель. Хим. физика. 2007. Т. 26. С. 38.
  26. Ананьев, М.В., Солодянкин, А.А., Еремин, В.А., Фарленков, А.С., Ходимчук, А.В., Фетисов, А.В., Черник, А.А., Яскельчик, В.В., Останина, Т.Н., Зайков, Ю.П. Защитные покрытия La–Mn–Cu–O на стали-интерконнекторе 08Х17Т для твердооксидных топливных элементов, полученные методом электрокристаллизации из неводных растворов электролитов. Изв. вузов. Цветная металлургия. 2017. Т. 6. С. 70.
  27. Zhu, J. H., Chesson, D. A., and Yu, Y. T., Review—(Mn,Co)3O4-Based Spinels for SOFC Interconnect Coating Application, J. Electrochem. Soc., 2021, vol. 168, p. 114519.
  28. Feng, Q., Yanagisawa, K., and Yamasaki, N., Hydrothermal Soft Chemical Process for Synthesis of Manganese Oxides with Tunnel Structures, J. Porous Mater., 1998, vol. 5, p. 153.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (91KB)
4.

Download (1MB)
5.

Download (87KB)
6.

Download (28KB)

Copyright (c) 2023 А.В. Храменкова, А.А. Яковенко, К.Р. Южакова, В.И. Мишуров, К.Г. Абдулвахидов, О.Е. Положенцев

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».