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Cr含量对低Cr合金溅射涂层高温氧化行为的影响

作　者: 赵启程
导　师: 耿树江
学　校: 东北大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 固体氧化物燃料电池(SOFC) 金属连接体 表面溅射改性 高温氧化 面比电阻(ASR)
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 4次
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内容摘要


金属材料作为固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)连接体,在其工作温度下面临着氧化及Cr挥发等问题,限制了SOFC的商业化发展,提高合金材料的抗氧化性能和控制Cr挥发成为目前研究的重点。本论文在前人研究基础上,制备了三种不同Cr含量(不含Si)的低Cr合金,通过溅射表面改性,在合金表面沉积一层与其成分完全相同的纳米柱状晶结构涂层。并研究了不同Cr含量的铸态合金及其溅射涂层在700℃和800℃空气中的氧化行为及表面膜的电性能。主要获得以下结果：(1)利用磁控溅射方法制备了具有柱状晶结构的纳米晶涂层,柱状晶的直径尺寸小于20nm。(2)在700℃空气中恒温氧化后：6%Cr的溅射涂层表面能够完全形成双层氧化物结构：即外氧化物层为CoFe2O4尖晶石,内氧化层为连续的Cr203层,从而降低了氧化速率；5%Cr的溅射涂层只形成了接近连续的富Cr内氧化层,抗氧化性能稍高于其铸态合金；4%Cr的溅射涂层的抗氧化性反而低于其铸态合金。(3)在800℃空气中恒温氧化后：只有6%Cr的溅射涂层能够形成双层氧化物结构,提高了合金的抗氧化性；而5%和4%Cr的溅射涂层都不能生成具有保护性的富Cr内氧化物层,氧化增重随时间的延长而逐渐增加。(4)利用“四点法”测量不同Cr含量的铸态合金及其溅射涂层在700℃和800℃空气中恒温氧化200h后的面比电阻(ASR)值。虽然溅射涂层形成了双层氧化物结构,提高了抗氧化性,但是Cr2O3的导电性比其它的氧化物低,导致溅射涂层表面氧化膜的ASR高于其铸态合金。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 固体氧化物燃料电池(SOFC)简介  10-13
    1.1.1 SOFC的工作原理  10-11
    1.1.2 SOFC的组成  11-12
    1.1.3 SOFC的优点  12
    1.1.4 SOFC的电池堆结构  12-13
  1.2 固体氧化物燃料电池连接体  13-19
    1.2.1 陶瓷连接体材料  15
    1.2.2 金属连接体材料  15-19
  1.3 SOFC金属连接体面临的问题及解决方案  19-20
  1.4 本论文的研究目的及内容  20-22
    1.4.1 论文目的  21
    1.4.2 研究内容  21-22
第2章 合金及涂层的制备  22-29
  2.1 引言  22
  2.2 SOFC金属连接体材料及其涂层的制备  22-25
    2.2.1 磁控溅射原理  22-23
    2.2.2 实验方法  23-24
    2.2.3 实验过程  24-25
  2.3 实验结果与表征  25-29
    2.3.1 表征方法  25-26
    2.3.2 实验结果分析与讨论  26-29
第3章 低Cr合金溅射涂层的高温氧化行为  29-53
  3.1 引言  29
  3.2 高温氧化实验  29-30
    3.2.1 恒温氧化实验  30
    3.2.3 表面氧化物的表征方法  30
  3.3 氧化实验结果与分析  30-51
    3.3.1 700℃空气中恒温氧化  30-40
    3.3.2 800℃空气中恒温氧化  40-51
  3.4 本章小结  51-53
第4章 表面氧化膜的电性能  53-59
  4.1 引言  53
  4.2 SOFC金属连接体电性能测试  53-55
    4.2.1 面比电阻(ASR)的推导  53-54
    4.2.2 面比电阻(ASR)的测定  54-55
  4.3 实验结果与讨论  55-57
  4.4 本章小结  57-59
第5章 结论  59-60
参考文献  60-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术
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