13644

13644

پوشش دادن فولاد زنگ‏نزن فريتي با منگنز و مس به روش آبكاري الكتريكي جهت استفاده در صفحات اتصال‏دهنده‏ي پيل‏هاي سوختي اكسيد جامد

كارشناسي ارشد

مواد و متالورژي - شناسايي و انتخاب مواد فلزي

دي ماه 1393

دي ماه 1393

دكتر منصور سلطانيه - دكتر سعيد رستگاري

چكيده فولادهاي زنگ‏نزن فريتي گزينه¬اي مناسب براي استفاده به عنوان اتصال‏دهنده پيل‏هاي سوختي اكسيد جامد هستند. اتصال‏دهنده‏هاي فولادي در دماهاي بالا و زمان¬هاي طولاني كاري پيل سوختي اكسيد جامد دچار مشكلاتي مي‏شوند كه عبارتند از: مسموميت كاتد با كروم به واسطه تبخير كروم و پوسته شدن اكسيد سطحي در اثر تنش‏هاي حرارتي سيكلي. يكي از راه حل‏هاي رفع اين مشكلات ايجاد پوششي محافظ/رسانا روي اتصال‏دهنده است. در بين پوشش‏هايي كه براي اين منظور استفاده مي‏شوند، اسپينل فلزات واسطه خواص الكتريكي بهتري از خود نشان مي‏دهند و قابليت جلوگيري از نفوذ كروم بهتري دارند. از اين رو در پژوهش حاضر، به منظور بهبود مشكلات فوق روي فولاد زنگ‏نزن فريتيAISI-430پوشش محافظ اسپينلCuMn2O4از طريق آبكاري پالسي و عمليات حرارتي بعدي ايجاد گرديد. به طوريكه ابتدا مس با استفاده از حمام سولفاتي با دانسيته جريان متوسط mA/cm248 و زمان 4 دقيقه روي زيرلايه آبكاري شد. سپس براي لايه نشاني منگنز از حمام سولفاتي، دانسيته جريان متوسط mA/cm2 125 و زمان رسوب¬گذاري 8 دقيقه انتخاب شد. در آبكاري پالسي مس و منگنز چرخه كاري 80% و فركانس Hz100 بود. سپس به منظور تبديل لايه‏هاي فلزي به اسپينلCuMn2O4، اكسيداسيون در اتمسفر هوا در دمايoC750 به مدت 24 ساعت انجام شد. نتايج شناسايي فازي از طريق پراش اشعه ايكس (XRD) تشكيل فاز اسپينل CuMn2O4را نشان داد. ارزيابي ميكروساختاري مقطع عرضي نمونه‏ها توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مجهز به EDSنشان داد كه پوشش اسپينل CuMn2O4به طور موثري از نفوذ به بيرون كروم جلوگيري كرد. همچنين لايه‏هاي پوشش چسبندگي خوبي به زيرلايه داشتند. در ادامه براي ارزيابي پايداري پوشش و ممانعت آن از نفوذ كروم به سطح در زمان¬هاي طولاني¬تر، اكسيداسيون به مدت 100 ساعت انجام شد. نتايج نشان داد كه بعد از 100 ساعت اكسيداسيون، ميزان كروم در سطح صفر است. درنتيجه مي¬توان گفت با اعمال اين پوشش مشكل مسموميت كاتد با كروم بهبود مي¬يابد. در نهايتبا بررسي اكسيداسيون نمونه¬ها در زمان¬هاي مختلف، مكانيزمي براي تبديل لايه¬هاي فلزي مس-منگنز به لايه يكنواخت اسپينل مس-منگنزپيشنهاد شد. به اين صورت كه در ابتداي اكسيداسيون پوشش فلزي مس-منگنز، منگنز در تماس با اكسيژن هوا به سرعت اكسيد شده و منجر به تشكيل اكسيدهايMnO و Mn3O4 مي¬شود. همانطور كه اكسيداسيون ادامه مي¬يابد، Mn3O4و MnOناپديد مي¬شوند و Mn2O3تشكيل مي¬شود. ساختاري كه اين اكسيد (Mn2O3) دارد باعث تسهيل نفوذ اكسيژن به درون پوشش شده و به تدريج مس به CuO تبديل مي¬شود.سپس از واكنشMn2O3 با CuOفاز اسپينل تشكيل مي¬شود. واژه¬هاي كليدي: پيل سوختي اكسيد جامد، اتصال‏دهنده، پوشش، آبكاري پالسي، اسپينل CuMn2O4