發(fā)布時間：2021-10-22 08:26

　　雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵組件之一。不銹鋼因其高強(qiáng)度、易加工和成型為薄板、低透氣性及低成本等特點(diǎn)被認(rèn)為是雙極板的最佳選擇之一,但不銹鋼在PEMFC環(huán)境中存在腐蝕和接觸電阻較大的問題,制約著其商業(yè)化應(yīng)用。高熵合金是近十幾年發(fā)展起來的一種新型合金體系,高熵合金及其薄膜在耐腐蝕方面展現(xiàn)出巨大的潛力�；诟哽睾辖鸺捌浔∧そM織結(jié)構(gòu)簡單、耐蝕性能優(yōu)異及性能上的可調(diào)控特性,結(jié)合過渡族金屬氮化物的良好導(dǎo)電性,本文通過真空電弧熔煉制備了CrNbTiVZr高熵合金,并以此合金為濺射靶,利用磁控濺射技術(shù)在304SS表面制備了高熵合金薄膜及其氮化物薄膜,分別研究合金和薄膜的結(jié)構(gòu)演變、微觀組織、化學(xué)成分及其在模擬PEMFC環(huán)境中的耐蝕導(dǎo)電性能,分析合金和薄膜的組織結(jié)構(gòu)及成分對耐蝕導(dǎo)電性能的影響。研究結(jié)果如下:（1）鑄態(tài)和退火后的CrNbTiVZr高熵合金均由BCC相和Laves相組成,退火后的合金中Laves相占據(jù)總體積分?jǐn)?shù)的60%。在BCC相中富集Ti、Nb元素并貧Cr元素,在Laves相中富集Cr元素并貧Ti元素,均勻化退火使得兩相成分進(jìn)一步分離,退火后的合金中的Laves相成分基本滿足（Cr,Nb,... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

磁控濺射原理示意圖

0 2 -1 0 -2 0 用 WK-Ⅱ系列非自耗型真空電弧熔煉爐。配樣時皮，按等摩爾比稱量配好后放入真空電弧爐熔煉將原料按照熔點(diǎn)由低到高的順序依次放入水冷銅最下方，高熔點(diǎn)難熔元素放在最上方，確保高熔后，關(guān)閉爐門開始抽真空，對爐膛進(jìn)行三抽三洗體。熔煉時，首先熔煉銅坩堝中央的金屬鈦，以轉(zhuǎn)移焊槍對準(zhǔn)原料熔煉，待試樣凝固后翻轉(zhuǎn)試樣 3~5min，反復(fù)熔煉 5 遍以上確保合金各元素的5×15×1(mm)的片狀試樣以便進(jìn)行后續(xù)測試。

晶整體排列比較緊湊致密。表 3.1 為通過能譜分析得到的合金的化學(xué)可以看出，合金中各元素分布并不均勻，發(fā)生了明顯的元素偏聚現(xiàn)象種元素在枝晶相富集，Cr 元素在枝晶間相富集。從圖 3.1 可知，TiVZr 合金由無序 BCC 固溶體相和有序 Laves 相組成，結(jié)合 XRD 判 BCC 固溶體相，枝晶間為有序 FCC 的 Laves 相。由此可知，在 BC、Nb 并貧 Cr，在 FCC 相中富 Cr 貧 Ti，通過計算 Laves 相中各元素現(xiàn)(Cr，Nb，V)與(Ti，Zr)的含量關(guān)系基本滿足(Cr，Nb，V)2(Ti，Zr)明在 Laves 相的形成過程中發(fā)生了部分元素的替代。圖 3.3 為 SEM 鑄態(tài) CrNbTiVZr 合金的面分布圖，從圖中可以看出，Ti、Cr 兩種元顯的偏析現(xiàn)象，Nb、Zr 兩種元素也顯示出了一定程度的偏析，V 元晶間相中分布相對均勻，其結(jié)果與 EDS 分析結(jié)果一致。合金元素在相的化學(xué)成分含量差異主要是由于合金元素間的混合焓不同，當(dāng)高體狀態(tài)時，合金元素混亂排列成無序溶體，合金元素在凝固過程中并發(fā)生組元分離造成的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板表面改性研究進(jìn)展[J]. 李偉,李爭顯,劉林濤,王浩楠.  表面技術(shù). 2018(10)
[2]氫燃料電池的研究進(jìn)展[J]. 胡慶松.  汽車實(shí)用技術(shù). 2017(21)
[3]高熵合金氮化物薄膜的研究進(jìn)展[J]. 任波,趙瑞鋒,劉忠俠.  材料導(dǎo)報. 2017(11)
[4]日本燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及戰(zhàn)略路線圖分析[J]. 甄子健.  電工電能新技術(shù). 2016(07)
[5]PEMFC滲鈮改性不銹鋼雙極板的耐蝕性研究[J]. 王利霞,方華,孫俊才.  電源技術(shù). 2016(05)
[6]燃料電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 侯明,衣寶廉.  電化學(xué). 2012(01)
[7]燃料電池發(fā)展的歷史[J]. 田玫,孫麗榮,魏英智.  化學(xué)與粘合. 1995(04)
[8]一些金屬、半導(dǎo)體和化合物的Ar+濺射產(chǎn)額[J]. 王珍,楊得全.  真空與低溫. 1990(03)

博士論文
[1]基于滲擴(kuò)改性不銹鋼的船用燃料電池雙極板特性研究[D]. 王利霞.大連海事大學(xué) 2014
[2]質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板電弧離子鍍膜改性研究[D]. 吳博.大連理工大學(xué) 2011

碩士論文
[1]我國新能源汽車企業(yè)競爭力研究[D]. 田密.華東師范大學(xué) 2018
[2]多組元合金薄膜的制備及性能研究[D]. 趙凡.大連理工大學(xué) 2014



本文編號：3450729