CrNbTiVZr高熵合金及其在不锈钢表面的成膜与改性研究
发布时间：2021-10-22 08:26
双极板是质子交换膜燃料电池的关键组件之一。不锈钢因其高强度、易加工和成型为薄板、低透气性及低成本等特点被认为是双极板的最佳选择之一,但不锈钢在PEMFC环境中存在腐蚀和接触电阻较大的问题,制约着其商业化应用。高熵合金是近十几年发展起来的一种新型合金体系,高熵合金及其薄膜在耐腐蚀方面展现出巨大的潜力。基于高熵合金及其薄膜组织结构简单、耐蚀性能优异及性能上的可调控特性,结合过渡族金属氮化物的良好导电性,本文通过真空电弧熔炼制备了CrNbTiVZr高熵合金,并以此合金为溅射靶,利用磁控溅射技术在304SS表面制备了高熵合金薄膜及其氮化物薄膜,分别研究合金和薄膜的结构演变、微观组织、化学成分及其在模拟PEMFC环境中的耐蚀导电性能,分析合金和薄膜的组织结构及成分对耐蚀导电性能的影响。研究结果如下:（1）铸态和退火后的CrNbTiVZr高熵合金均由BCC相和Laves相组成,退火后的合金中Laves相占据总体积分数的60%。在BCC相中富集Ti、Nb元素并贫Cr元素,在Laves相中富集Cr元素并贫Ti元素,均匀化退火使得两相成分进一步分离,退火后的合金中的Laves相成分基本满足（Cr,Nb,...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁控溅射原理示意图
0 2 -1 0 -2 0 用 WK-Ⅱ系列非自耗型真空电弧熔炼炉。配样时皮，按等摩尔比称量配好后放入真空电弧炉熔炼将原料按照熔点由低到高的顺序依次放入水冷铜最下方，高熔点难熔元素放在最上方，确保高熔后，关闭炉门开始抽真空，对炉膛进行三抽三洗体。熔炼时，首先熔炼铜坩埚中央的金属钛，以转移焊枪对准原料熔炼，待试样凝固后翻转试样 3~5min，反复熔炼 5 遍以上确保合金各元素的5×15×1(mm)的片状试样以便进行后续测试。
晶整体排列比较紧凑致密。表 3.1 为通过能谱分析得到的合金的化学可以看出，合金中各元素分布并不均匀，发生了明显的元素偏聚现象种元素在枝晶相富集，Cr 元素在枝晶间相富集。从图 3.1 可知，TiVZr 合金由无序 BCC 固溶体相和有序 Laves 相组成，结合 XRD 判 BCC 固溶体相，枝晶间为有序 FCC 的 Laves 相。由此可知，在 BC、Nb 并贫 Cr，在 FCC 相中富 Cr 贫 Ti，通过计算 Laves 相中各元素现(Cr，Nb，V)与(Ti，Zr)的含量关系基本满足(Cr，Nb，V)2(Ti，Zr)明在 Laves 相的形成过程中发生了部分元素的替代。图 3.3 为 SEM 铸态 CrNbTiVZr 合金的面分布图，从图中可以看出，Ti、Cr 两种元显的偏析现象，Nb、Zr 两种元素也显示出了一定程度的偏析，V 元晶间相中分布相对均匀，其结果与 EDS 分析结果一致。合金元素在相的化学成分含量差异主要是由于合金元素间的混合焓不同，当高体状态时，合金元素混乱排列成无序溶体，合金元素在凝固过程中并发生组元分离造成的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展[J]. 李伟,李争显,刘林涛,王浩楠. 表面技术. 2018(10)
[2]氢燃料电池的研究进展[J]. 胡庆松. 汽车实用技术. 2017(21)
[3]高熵合金氮化物薄膜的研究进展[J]. 任波,赵瑞锋,刘忠侠. 材料导报. 2017(11)
[4]日本燃料电池汽车产业化技术及战略路线图分析[J]. 甄子健. 电工电能新技术. 2016(07)
[5]PEMFC渗铌改性不锈钢双极板的耐蚀性研究[J]. 王利霞,方华,孙俊才. 电源技术. 2016(05)
[6]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[7]燃料电池发展的历史[J]. 田玫,孙丽荣,魏英智. 化学与粘合. 1995(04)
[8]一些金属、半导体和化合物的Ar+溅射产额[J]. 王珍,杨得全. 真空与低温. 1990(03)
博士论文
[1]基于渗扩改性不锈钢的船用燃料电池双极板特性研究[D]. 王利霞.大连海事大学 2014
[2]质子交换膜燃料电池不锈钢双极板电弧离子镀膜改性研究[D]. 吴博.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]我国新能源汽车企业竞争力研究[D]. 田密.华东师范大学 2018
[2]多组元合金薄膜的制备及性能研究[D]. 赵凡.大连理工大学 2014
本文编号：3450729
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁控溅射原理示意图
0 2 -1 0 -2 0 用 WK-Ⅱ系列非自耗型真空电弧熔炼炉。配样时皮，按等摩尔比称量配好后放入真空电弧炉熔炼将原料按照熔点由低到高的顺序依次放入水冷铜最下方，高熔点难熔元素放在最上方，确保高熔后，关闭炉门开始抽真空，对炉膛进行三抽三洗体。熔炼时，首先熔炼铜坩埚中央的金属钛，以转移焊枪对准原料熔炼，待试样凝固后翻转试样 3~5min，反复熔炼 5 遍以上确保合金各元素的5×15×1(mm)的片状试样以便进行后续测试。
晶整体排列比较紧凑致密。表 3.1 为通过能谱分析得到的合金的化学可以看出，合金中各元素分布并不均匀，发生了明显的元素偏聚现象种元素在枝晶相富集，Cr 元素在枝晶间相富集。从图 3.1 可知，TiVZr 合金由无序 BCC 固溶体相和有序 Laves 相组成，结合 XRD 判 BCC 固溶体相，枝晶间为有序 FCC 的 Laves 相。由此可知，在 BC、Nb 并贫 Cr，在 FCC 相中富 Cr 贫 Ti，通过计算 Laves 相中各元素现(Cr，Nb，V)与(Ti，Zr)的含量关系基本满足(Cr，Nb，V)2(Ti，Zr)明在 Laves 相的形成过程中发生了部分元素的替代。图 3.3 为 SEM 铸态 CrNbTiVZr 合金的面分布图，从图中可以看出，Ti、Cr 两种元显的偏析现象，Nb、Zr 两种元素也显示出了一定程度的偏析，V 元晶间相中分布相对均匀，其结果与 EDS 分析结果一致。合金元素在相的化学成分含量差异主要是由于合金元素间的混合焓不同，当高体状态时，合金元素混乱排列成无序溶体，合金元素在凝固过程中并发生组元分离造成的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展[J]. 李伟,李争显,刘林涛,王浩楠. 表面技术. 2018(10)
[2]氢燃料电池的研究进展[J]. 胡庆松. 汽车实用技术. 2017(21)
[3]高熵合金氮化物薄膜的研究进展[J]. 任波,赵瑞锋,刘忠侠. 材料导报. 2017(11)
[4]日本燃料电池汽车产业化技术及战略路线图分析[J]. 甄子健. 电工电能新技术. 2016(07)
[5]PEMFC渗铌改性不锈钢双极板的耐蚀性研究[J]. 王利霞,方华,孙俊才. 电源技术. 2016(05)
[6]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[7]燃料电池发展的历史[J]. 田玫,孙丽荣,魏英智. 化学与粘合. 1995(04)
[8]一些金属、半导体和化合物的Ar+溅射产额[J]. 王珍,杨得全. 真空与低温. 1990(03)
博士论文
[1]基于渗扩改性不锈钢的船用燃料电池双极板特性研究[D]. 王利霞.大连海事大学 2014
[2]质子交换膜燃料电池不锈钢双极板电弧离子镀膜改性研究[D]. 吴博.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]我国新能源汽车企业竞争力研究[D]. 田密.华东师范大学 2018
[2]多组元合金薄膜的制备及性能研究[D]. 赵凡.大连理工大学 2014
本文编号：3450729
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