本文關(guān)鍵詞：不銹鋼雙極板表面納米Cr及CrN涂層的制備與性能研究

  更多相關(guān)文章： PEMFC 不銹鋼雙極板 納米Cr涂層 納米CrN涂層 磁控濺射 耐腐蝕性能

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有功率密度高、啟動快、工作溫度低、效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點,作為可移動電源和便攜電源有著廣闊的應(yīng)用前景。雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵部件,占據(jù)著電池組重量和成本的絕大部分。金屬材料在強度,抗氣體擴散及大規(guī)模生產(chǎn)方面都有著非常明顯的優(yōu)勢。然而,金屬雙極板在燃料電池工作環(huán)境中容易被腐蝕,這一直制約著其商業(yè)化應(yīng)用。為此,必須提高金屬雙極板的耐腐蝕性能。本文采用直流磁控濺射工藝在316L不銹鋼表面沉積納米Cr涂層及CrN涂層,研究了磁控濺射沉積工藝參數(shù)對涂層微觀結(jié)構(gòu)及腐蝕性能的影響。取得了如下主要結(jié)果:研究基體溫度(300℃,500℃)對納米Cr涂層形貌和性能的影響。濺射電流為0.35A,基體溫度為300℃時,鉻膜層表現(xiàn)三維島狀形貌,晶粒尺寸均勻,晶粒大小約為50nm,晶粒之間有明顯的空隙;基體溫度為500℃時,鉻涂層晶粒尺寸增大,涂層致密。在0.5mol/L H_2SO_4+2ppm F-中,與316L不銹鋼相比,兩種溫度下沉積的納米鉻涂層的腐蝕電位均高于基體,腐蝕電流密度下降了一個數(shù)量級。與300℃沉積的納米鉻涂層相比,在500℃下沉積的納米鉻涂層的腐蝕電位更高,而腐蝕電流密度則僅為300℃沉積的鉻涂層的1/3,表明基體溫度為500℃時,不銹鋼Cr鍍層材料表現(xiàn)出更好的耐蝕性能。在腐蝕溶液中浸泡624h,Cr(500℃)仍能保持較好的化學(xué)穩(wěn)定性。研究濺射電流(0.25A、0.35A和0.4A)對納米Cr涂層形貌和性能的影響。三種濺射電流沉積的納米鉻涂層的形貌特征相似。與0.25A相比,濺射電流為0.35A和0.4A時,納米鉻涂層的更加致密。三種Cr涂層的腐蝕電流密度均比基體降低了2個數(shù)量級。在腐蝕溶液中浸泡Cr(0.35A)和Cr(0.4A)涂層均保持著較高的化學(xué)穩(wěn)定性,表明涂層能更有效地抑制電解質(zhì)溶液的滲透,賦予合金更好的耐蝕性能。采用磁控濺射方法在不同Ar/N_2流量比(6:5,6:6和6:8)下沉積了納米CrN涂層,并對其組織結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了分析。三種CrN涂層的晶粒尺寸均在20nm-40nm之間,且均呈現(xiàn)出三棱錐狀的晶粒形貌。Ar/N_2流量比為6:5和6:8沉積的CrN表面存在明顯的孔隙,在0.5mol/L H_2SO_4+2ppm F-中,涂層易于失效;相對而言,流量比為6:6時,CrN涂層更加均勻致密。在腐蝕溶液中,該CrN涂層的阻抗譜表現(xiàn)出擴散特征。在腐蝕溶液中浸泡672h后,涂層仍然保持較高的腐蝕電位,說明能夠有效地抑制溶液中腐蝕性離子的侵入,對基體有很好的保護作用。
【關(guān)鍵詞】：PEMFC 不銹鋼雙極板 納米Cr涂層 納米CrN涂層 磁控濺射 耐腐蝕性能
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4;TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理10-12
• 1.2 PEMFC構(gòu)成12-13
• 1.3 雙極板材料13-15
• 1.3.1 石墨雙極板13-14
• 1.3.2 復(fù)合材料極板14
• 1.3.3 金屬雙極板14-15
• 1.4 金屬雙極板的表面改性15-16
• 1.5 磁控濺射表面改性技術(shù)16-18
• 1.6 主要研究內(nèi)容18-19
• 第二章 實驗方法19-24
• 2.1 實驗材料19
• 2.2 實驗裝置19-20
• 2.3 試樣制備20-21
• 2.3.1 納米Cr涂層的制備20-21
• 2.3.2 納米CrN涂層的制備21
• 2.4 表征及測試方法21-24
• 2.4.1 電化學(xué)測試方法21-22
• 2.4.2 掃描電鏡（SEM）和能譜分析（EDS）22-23
• 2.4.3 X射線衍射測試23-24
• 第三章 316L不銹鋼雙極板表面磁控濺射納米鉻涂層的組織結(jié)構(gòu)與性能24-46
• 3.1 引言24-25
• 3.2 基體溫度對磁控濺射納米Cr涂層組織結(jié)構(gòu)與性能的影響25-37
• 3.2.1 納米Cr涂層的微觀組織25-28
• 3.2.2 納米Cr涂層的腐蝕性能28-37
• 3.3 濺射電流對磁控濺射納米Cr涂層的組織結(jié)構(gòu)與性能的影響37-44
• 3.3.1 納米Cr涂層微觀組織37-39
• 3.3.2 納米Cr涂層腐蝕性能39-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 第四章 316L不銹鋼雙極板表面磁控濺射納米CrN涂層的組織結(jié)構(gòu)與性能46-58
• 4.1 前言46-47
• 4.2 納米CrN涂層的微觀組織47-48
• 4.3 納米CrN涂層的腐蝕性能48-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 結(jié)論與展望58-60
• 5.1 結(jié)論58-59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 致謝65-66
• 附錄（攻讀學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果）66

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3 魏杰;牛云松;于志明;;離子鍍CrN納米疊層膜的磨損行為[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年03期

4 趙晚成,馬亞軍,李生華,金元生,王玉琮,Simon C Tung;CrN活塞環(huán)涂層的摩擦學(xué)性能[J];潤滑與密封;2005年02期

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本文編號：820800