PEMFC不銹鋼雙極板離子鍍CrN_x薄膜表面改性

極板材料及其相關(guān)技術(shù)是質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)技術(shù)的核心之一,其性能高低對(duì)燃料電池的性能和成本都有著直接影響。通過(guò)電化學(xué)方法,對(duì)不銹鋼金屬極板進(jìn)行表面改性處理;應(yīng)用腐蝕性能實(shí)驗(yàn)、界面接觸電阻測(cè)試和x射線光電子光譜(xps)分析等方法,研究了表面改性對(duì)不銹鋼金屬極板性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:電化學(xué)表面改性技術(shù)可以使不銹鋼金屬極板表面形成的氧化膜更薄,降低其界面接觸電阻;有利組分cr的含量及其高價(jià)化合物cro3增加,不利組分fe的含量減少,使極板耐腐蝕性能得到提高,經(jīng)過(guò)在pemfc模擬陰極/陽(yáng)極環(huán)境條件下1000h耐久性評(píng)價(jià)后,腐蝕電流為10-6a·m-2數(shù)量級(jí);因此電化學(xué)表面改性的不銹鋼金屬極板是pemfc極板材料的一種良好選擇。

雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的重要的多功能組件。不銹鋼材料由于具有良好的耐腐蝕性能成為金屬雙極板理想的選擇,但其表面高電阻的鈍化膜會(huì)降低電池性能。測(cè)定了經(jīng)過(guò)鍍鉻后再離子氮化的304不銹鋼在模擬pemfc環(huán)境下的電化學(xué)性能,測(cè)量了氮化層與碳紙之間的接觸電阻。結(jié)果表明,該表面改性方法使304不銹鋼在模擬pemfc陰極和陽(yáng)極情況下的鈍化電流密度降低,均低于雙極板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)16!a/cm2;改性后的304不銹鋼的接觸電阻值降低,電性能得到了提高。

質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板表面改性研究

通過(guò)atr衰減全反射的紅外光譜分析和對(duì)蒸餾水接觸角的測(cè)定表明,經(jīng)脈沖輝光放電等離子體的作用,ptfe薄膜表面的組分結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。主要表現(xiàn)為薄膜表面氧基團(tuán)的含量由無(wú)到有,并形成了c=c不飽和基團(tuán)。表面由完全非極性變成表現(xiàn)出部分極性,親水性大為增強(qiáng),可粘性也得到很大改善。

雙極板是聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的關(guān)鍵零部件之一。不銹鋼材料具有機(jī)械強(qiáng)度高、體相電導(dǎo)和熱導(dǎo)優(yōu)良,容易制成薄板并沖壓加工成型的特點(diǎn),滿(mǎn)足燃料電池對(duì)高體積比功率雙極板的諸多要求,但是其大規(guī)模應(yīng)用還需要材料表面能在燃料電池操作條件下具有高耐腐蝕能力和低界面接觸電阻。對(duì)材料進(jìn)行表面改性是解決該問(wèn)題的途徑之一?？偨Y(jié)了近年來(lái)不銹鋼表面改性處理的研究進(jìn)展,分析了氧化物基、金屬基、碳/氮化物基、碳基和導(dǎo)電高分子基等涂層的改性效果,并對(duì)相應(yīng)改性不銹鋼雙極板在燃料電池中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

采用直管磁過(guò)濾弧離子鍍?cè)?04不銹鋼表面沉積crn單一涂層和cr/crn復(fù)合涂層,分別運(yùn)用x射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡、顯微硬度計(jì)、摩擦磨損儀測(cè)試分析了其組成結(jié)構(gòu)及復(fù)合涂層的表面機(jī)械性能。結(jié)果表明:直管磁過(guò)濾弧離子鍍cr/crn復(fù)合涂層呈現(xiàn)出致密、均勻的表面形貌,且具有高硬度、低摩擦系數(shù)等優(yōu)異的表面機(jī)械性能,顯著提高了304不銹鋼表面的耐摩擦磨損特性。

為降低質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)的生產(chǎn)成本,選擇成本低廉、強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好的不銹鋼材料替代傳統(tǒng)的石墨雙極板.以304不銹鋼為研究對(duì)象,采用電化學(xué)方法測(cè)定其在模擬pemfc環(huán)境下的極化曲線和對(duì)應(yīng)于pemfc工作電位下的恒電流極化曲線,用伏安法測(cè)量304不銹鋼表面氧化膜/鈍化膜與碳紙之間的接觸電阻.結(jié)果表明,在模擬pemfc環(huán)境中,304不銹鋼鈍化電流密度低于16μa/cm2,電流沒(méi)有出現(xiàn)明顯的波動(dòng);304不銹鋼在模擬pemfc環(huán)境中表面生成的鈍化膜的接觸電阻大于空氣中形成的氧化膜的接觸電阻.

利用氧氣低溫等離子體,在工作壓力為20pa、功率為30w的條件下對(duì)hdpe薄膜進(jìn)行表面改性。采用接觸角、ft-ir-atr、afm、dsc等現(xiàn)代分析手段對(duì)改性結(jié)果進(jìn)行了分析和表征。結(jié)果表明,單位面積的失重率隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大;接觸角隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸減小的趨勢(shì);處理hdpe薄膜能在其表面形成各種極性基團(tuán),主要是羰基和羧基;處理后薄膜的熱性能(熔點(diǎn)和結(jié)晶度)發(fā)生一定改變。

天花吊頂產(chǎn)品的發(fā)展,經(jīng)歷了產(chǎn)品材質(zhì)為硅鈣、木材、聚氯乙烯、塑鋼、金屬等階段。目前,金屬天花吊頂產(chǎn)品占據(jù)了高端市場(chǎng)的絕大部分份額。隨著科技的發(fā)展,人們生活水平的提高,高檔、華貴的天花吊頂產(chǎn)品逐漸受到消費(fèi)者的追捧。隨著天花吊頂產(chǎn)品的高消費(fèi)市場(chǎng)逐漸形成,順應(yīng)高消費(fèi)需求,不銹鋼天花吊頂產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。其中,彩色不銹鋼天花吊頂產(chǎn)品

利用陽(yáng)極極化對(duì)304不銹鋼陰極板進(jìn)行表面改性處理,結(jié)果表明,改性處理后304不銹鋼陰極板的耐腐蝕性能大幅度提高;而其本身的物理性能如光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性基本保持不變。將該技術(shù)應(yīng)用于電解錳陰極板處理,可以省掉拋光工序,延長(zhǎng)陰極板的使用壽命,降低污染,節(jié)約成本。

為提高304不銹鋼雙極板的耐腐蝕性能,分別采用直流和脈沖電刷鍍鉛對(duì)其表面改性.采用電化學(xué)方法測(cè)定了改性前后304不銹鋼在模擬pemfc環(huán)境下的極化曲線,在掃描電鏡(sem)下觀察了模擬腐蝕后的表面形貌,并用伏安法測(cè)量了改性前后304不銹鋼的接觸電阻.在模擬pemfc環(huán)境中,改性后304不銹鋼自腐蝕電流密度由10.83μa/cm2下降至6.18μa/cm2.經(jīng)200h模擬腐蝕后,304不銹鋼表面發(fā)生點(diǎn)蝕,而改性不銹鋼板表面完整,未觀察到明顯腐蝕.改性后的接觸電阻也有所降低.結(jié)果表明,電沉積鉛能有效提高304不銹鋼在模擬pemfc環(huán)境中的耐腐蝕性能,可望滿(mǎn)足pemfc環(huán)境下長(zhǎng)期耐腐蝕的要求.

采用直管磁過(guò)濾弧離子鍍?cè)?04不銹鋼表面沉積cr+crn復(fù)合涂層,分別運(yùn)用xrd、光學(xué)顯微鏡、顯微硬度計(jì)、摩擦磨損儀測(cè)試分析了其組成結(jié)構(gòu)及表面機(jī)械性能。結(jié)果表明:直管磁過(guò)濾弧離子鍍cr+crn復(fù)合涂層呈現(xiàn)出致密、均勻的表面形貌,且具有高硬度、低摩擦系數(shù)等優(yōu)異的表面機(jī)械性能,顯著提高了304不銹鋼表面的耐摩擦磨損特性。

在錫青銅(qsn6.50.1)基體上用離子鍍技術(shù)沉積agcu復(fù)合薄膜,用球盤(pán)摩擦試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)了干摩擦和復(fù)合薄膜條件下錫青銅與9cr18鋼在真空下對(duì)摩的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明,沉積agcu復(fù)合薄膜后,qsn6.50.1合金的真空摩擦學(xué)性能得到了明顯改善,平均摩擦系數(shù)從0.86降低到0.23,同時(shí)降低了摩擦噪聲。這主要是由于qsn6.50.1合金中的錫元素與對(duì)偶鋼件的粘著促進(jìn)了軟金屬薄膜向?qū)ε技霓D(zhuǎn)移,形成良好的轉(zhuǎn)移膜,從而改善了真空摩擦學(xué)性能。

對(duì)201不銹鋼進(jìn)行離子滲氮+離子鍍tin復(fù)合強(qiáng)化處理。并對(duì)復(fù)合強(qiáng)化層進(jìn)行物相分析、截面形貌觀察、硬度檢測(cè)以及電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試。結(jié)果表明:復(fù)合強(qiáng)化層的外層為厚度1.2μm的致密tin層,中間為厚度約20μm的滲氮層,向內(nèi)為基體。復(fù)合涂層物相主要為:tin、ti、crn、ni3n、fe3n、fe7c3。tin復(fù)合涂層在3.5%的nacl溶液中耐蝕性與201不銹鋼基體相當(dāng),在1mol/l的naoh溶液中的耐蝕性比201基體提高了7倍,在1mol/l的h2so4溶液中的耐蝕性比201基體提高了14倍。

不銹鋼電鍍 為什么要進(jìn)行電鍍？ 電鍍不銹鋼是在不銹鋼的表面再電鍍一 層不生銹的其它金屬（如鉻，鎳，銅， 金等），不僅有防銹性能，還能改善其釬 焊性，減少高溫氧化，提高導(dǎo)熱性和導(dǎo) 電性，在制造彈簧或拉絲時(shí)改善潤(rùn)滑性， 提高光潔度，具裝飾性等。 如何進(jìn)行電鍍？ 不銹鋼加工行業(yè)中最常的三大電鍍工 藝：真空鍍、水鍍、電泳。 真空蒸鍍：在高真空下，通過(guò)金屬細(xì)絲 的蒸發(fā)和凝結(jié)，使金屬薄層附著在塑膠 表面。真空蒸鍍過(guò)程中金屬的熔融，蒸 發(fā)僅需幾秒鐘，整個(gè)周期一般不超過(guò) 15s，鍍層厚度為0.8-1.2um。 水鍍就是利用電解的方式使金屬或合金 沉積在工件表面，以形成均勻、致密、 結(jié)合力良好的金屬層的過(guò)程，就叫水鍍。 簡(jiǎn)單的理解，是物理和化學(xué)的變化或結(jié) 合。 電泳分陰極電泳和陽(yáng)極電泳兩種。不同 的電泳所需的電泳液也不一樣，主要是 帶電性相反。兩者的區(qū)別就是中間對(duì)象 不同，一種是金屬離子，一種是膠體

預(yù)處理對(duì)不銹鋼表面沉積類(lèi)金剛石薄膜的影響

利用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在鎂合金表面沉積不銹鋼薄膜是提高鎂合金防腐性能的新嘗試。本研究利用該技術(shù)在az31上成功制備了不銹鋼薄膜。通過(guò)在5%nacl溶液中的浸入實(shí)驗(yàn)和極化實(shí)驗(yàn)考察了腐蝕性能,發(fā)現(xiàn)鍍膜后耐蝕性顯著降低。另外,鍍膜后的顯微硬度也未有明顯提高。利用afm,sem,edx等分析手段對(duì)薄膜進(jìn)行了觀察和檢測(cè),發(fā)現(xiàn)耐蝕性變差的原因主要是薄膜表面存在貫穿性的微米級(jí)孔洞和cr元素分布不均勻造成的。

采用電化學(xué)方法對(duì)低溫離子滲碳后的奧氏體不銹鋼表面進(jìn)行了亮化處理。由于不銹鋼離子滲碳后的硬化層厚度僅為50μm左右,所以在亮化處理過(guò)程中應(yīng)盡可能減少硬化層的減薄量。實(shí)驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法對(duì)亮化處理的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,并對(duì)優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)對(duì)滲碳不銹鋼進(jìn)行亮化處理,不但可以恢復(fù)不銹鋼原有的顏色,改善其表面質(zhì)量,而且硬化層的損失很小,不銹鋼表面仍具有很高的硬度。

不銹鋼表面等級(jí)

304不銹鋼雙極板性能研究

以304不銹鋼做為研究對(duì)象,測(cè)定了其在模擬pemfc環(huán)境下的極化曲線,極化時(shí)間分別為4h和10h的交流阻抗譜,用伏安法測(cè)量了304不銹鋼表面氧化膜/鈍化膜與碳紙之間的接觸電阻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,304不銹鋼能夠鈍化且鈍化電流密度低于16μa·cm~(-2);隨著極化時(shí)間增加,不銹鋼表面生成的鈍化膜的界面極化電阻增加,表面鈍化膜有增厚的趨勢(shì);經(jīng)過(guò)恒電位極化后,304不銹鋼的鈍化膜與碳紙的接觸電阻顯著增加,模擬陰極環(huán)境的接觸電阻大于模擬陽(yáng)極環(huán)境的接觸電阻。

不銹鋼板表面保護(hù)膜之應(yīng)用