燃料电池电极板材料工艺发展趋势

电极板是燃料电池的关键核心部件,起到分隔气体、提供反应界面、传导电流的作用。根据燃料电池应用工况的不同,电极板的材料选择与制造工艺路线也有所不同。材料工艺是决定燃料电池设计、质量、成本的核心要素。着重论述了金属、石墨、树脂作为电极材料的工艺路线。针对金属电极板材料,论述了车载、航空航天2种工况下不锈钢、钛材的成形设计准则、工艺路线、产品性能,并分析比较了不同成形方法中设备、模具工装和工艺路线的适用性。针对石墨电极材料,对比了硬石墨一次模压成形和柔性板石墨模压成形2种工艺,并根据各自的基材状态选择了合适的工艺路线,同时根据工艺路线的特点分析了产品的优缺点。在复合材料中主要选择了金属、石墨、树脂3种材料,根据制备原理,复合材料双极板有结构复合电极、材料复合电极和工艺复合电极3个研究方向。在结构复合电极方面,主要论述了石墨与金属复合的设计思路和结构特点;在材料复合电极方面,主要论述了热固性树脂和热塑性树脂与石墨复合的工艺路线和产品特点;在工艺复合电极方面,主要论述了微型燃料电池极板的制造理念和方法,并借鉴了微机械加工工艺路线,设计制造了复合工艺极板。最后展望了燃料电池电极板的箔材研发方向、级进模工艺复合生产发展方向和石墨极板设计策略及制备工艺发展方向,以及PPS聚苯硫醚、聚苯胺基PANI的导电阳极材料在微电极板中的应用。

不同搭接形式下铜/钢电磁脉冲焊接界面分析

由于铜/钢的物化参数相差较大,熔钎焊时存在接头脆性、应力集中等问题,本研究借助新型电磁脉冲焊接技术,通过设计锥度或台阶形式的搭接方法,获得了铜/钢焊接接头,并借助界面微观SEM、EDS观察及显微硬度测试,分析不同搭接形式下的接头连接特征。结果表明:直接搭接时界面波形较差,有少量孔隙;台阶搭接时界面波形较大,但是,波形界面存在前后漩涡,且有“熔合区”;锥度搭接时界面为近似均波连接特征。当采用锥度结构设计时,波状界面的扩散区宽度为5μm,两种材料结合相对紧密。界面塑性变形、元素扩散程度决定界面硬度分布,采用锥度搭接设计时金属粒子流能够飞出界面,产生的塑性变形相对较小,其硬度过渡平缓,有利于冶金结合。

X80管线钢自动焊焊缝冲击能量分配研究

针对X80管线钢实心焊丝自动焊的焊缝金属,采用仪器化冲击试验方法,研究了焊缝金属冲击能量分配和温度敏感性。结果表明,工程常用测试温度(-10℃)条件下,X80管道实心焊丝自动焊的焊缝金属冲击韧性(128~195 J)良好;总冲击吸收能量数据波动显著大于裂纹形成能量,主要原因是裂纹扩展过程吸收能量波动较大引起的;系列温度冲击试验的总吸收能量和裂纹形成能量均具有上平台特征,但裂纹形成能量数据曲线的上平台温度范围(-40~20℃)更大,且随着试验温度升高,裂纹形成能量占比表现出非线性降低特性。长输管道工程设计温度范围(-40~20℃)内,焊缝金属裂纹形成能量测试结果具有温度无关性特征,依据上平台温度试验结果制定验收指标,可能不利于对焊缝金属裂纹萌生的控制,建议进一步开展相关研究,制定焊缝金属起裂韧性指标,从根本上控制焊缝金属裂纹的萌生。

哈氏合金C-22焊接接头性能研究及微观组织分析

为了探究哈氏合金C-22(Hastelloy C-22合金)的焊接性能,采用钨极氩弧焊(GTAW)和焊条电弧焊(SMAW)分别对Hastelloy C-22合金进行了焊接试验,从力学性能、耐腐蚀性能及微观组织等方面进行了研究分析。结果表明,采用这两种焊接方法施焊的焊缝表面成型良好,无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。因熔池凝固速率和温度梯度的差异导致焊接接头各区域晶粒大小不一致,晶粒形态也存在差异,因此,显微硬度从焊缝到母材出现逐渐减小的趋势。两种焊接方法焊接接头在弯曲载荷的作用下均无裂纹等缺陷出现,试验结果均合格。GTAW接头晶粒略小于SMAW接头,这也使得GTAW对接接头力学性能和耐腐蚀性能均要优于后者。GTAW接头平均抗拉强度可达到799 MPa,略高于母材,平均腐蚀率仅为0.299 mm/a,比母材降低18.31%。该研究为强腐蚀介质压力容器的生产制造提供了参考。

钛铝金属间化合物的制备技术概述

钛铝金属间化合物具有密度小、熔点高、比强度高、高温抗氧化和耐腐蚀的特点,作为新一代航空航天、飞机叶片和汽车涡轮材料,近年来引起了广泛关注。本文介绍了钛铝金属间化合物的性质及应用,总结了粉末冶金法、铸锭冶金法、铝热还原法和熔盐法的研究进展,分析对比了每种方法的优缺点,并展望了未来钛铝金属间化合物的发展方向。

基于正交试验改善锻轧异型铜带斜纹缺陷及工艺优化

采用锻轧法进行异型铜带生产时,受工艺设计因素影响,带材表面常存在锻压斜纹,会影响产品的力学性能和表面质量,造成产品的大量报废,严重影响生产效率和成品率,给企业带来较大损失。有效改善或消除锻压斜纹,对于产品品质的提升至关重要。通过生产实践验证,锻压斜纹深度大于0.05 mm时,后道工序无法将其消除。因此,以锻压斜纹深度作为检验指标,采用正交实验法对锻压关键工艺参数(锻压力A、步进速度B、锻压加工率C、锻压频次D)影响程度大小进行研究,得出各因素对铜带表面锻压斜纹影响的顺序为A=D>C>B。结果表明,锻压力为800 kN、锻压频次为850 Hz、锻压加工率为69%、步进速度为3.2 m/min时,锻压斜纹深度为0.02 mm,满足后续工艺要求。

大型齿轮锻钢件中最大夹杂物尺寸预测及验证

极值统计分析法(SEV)被广泛应用于材料相关领域。本文利用SEV法,根据夹杂物分布规律,使用扫描电镜对冒口(M)和水口(S)试样中的夹杂物进行分析,预测齿轮钢锻件中最大夹杂物尺寸。对同一大型锻件不同位置最大夹杂物尺寸进行检测,其中M和S试样检测出的最大夹杂物尺寸分别为34.43μm和32.10μm,预测的最大夹杂物尺寸为47.42μm和56.45μm,95%置信区间分别为5.05和6.29,实测夹杂物尺寸与预测值相近,证明了SEV法的可行性和有效性。

MoS_(2)植物油基纳米流体对GH4169镍基合金钻削性能的影响研究

为研究MoS_(2)植物油基纳米流体在镍基高温合金微量润滑钻削界面的摩擦学机理,以蓖麻油作为基础油,制备不同质量分数的纳米流体,搭建微量润滑钻削实验平台,以MoS_(2)植物油基纳米流体作为润滑液,开展了干钻、蓖麻油微量润滑和纳米流体微量润滑条件下镍基高温合金GH4169的钻削加工试验,对比分析干钻、纯蓖麻油微量润滑和不同质量分数的MoS_(2)纳米流体微量润滑对镍基合金钻削性能的影响。结果表明,MoS_(2)纳米流体微量润滑降低切削温度100℃以上,减少后刀面磨损量达75%,提高表面质量和刀具使用寿命,这主要归功于纳米颗粒的导热性能,减少了刀屑粘结,同时纳米颗粒的修补作用能填补切削刃上的微小缺口,进一步延长刀具使用寿命。

LNG工程项目中TIG焊接设备管道数据效果分析

某工程在天津预制、在漠河装配,具有较高的精确性。介绍该项目的背景以及全自动TIG焊焊接方法的特征,分析工艺管道的焊接性,评价管道焊接工艺。经测试,在高温碳钢及不锈钢管道的根焊和热焊中,使用全自动TIG焊的焊缝特性能达到LNG项目技术规范书和ASME B31.3的标准,焊接效率较传统的人工方式提升了2倍,从而提升LNG项目工艺管道施工的质量和进度。

TC32钛合金TIG焊接接头显微组织及力学性能研究

利用不同成分的填充材料对TC32进行TIG焊接试验,分析接头不同区域的显微组织和力学性能。结果表明,采用TC4实心焊丝、TC32药芯焊丝和Ti-Al-V-Zr系药芯焊丝所获的焊接接头组织均不同,焊缝区宏观形貌均由上中部柱状晶区和下部等轴晶区组成,热影响区均出现三个不同的亚区;三种焊接接头的热影响区硬度显著高于母材,且每组接头的显微硬度在上、中、下区域有相同变化趋势;在焊态条件下,接头的抗拉强度与母材相当,但塑性较差。研究表明,药芯焊丝与实心焊丝相比较,药芯焊丝更容易产生气孔缺陷,导致接头的强度和韧性降低。

不同工艺参数MIG焊Inconel 625熔覆层微观组织研究

为了提高Q345钢的使用性能,采用商用Inconel 625实心焊丝以MIG沉积方法制备了镍基熔覆层,随后进行了OM、SEM、EDS、XRD分析和显微硬度测试试验,研究了熔覆层的微观组织、元素分布、不同焊接电流的稀释率、物相组成和表面硬度等。结果表明,采用MIG沉积方法制备的镍基熔覆层与基体结合良好,熔覆层无明显的宏观缺陷;熔覆层从顶部到底部依次产生等轴晶、柱状晶和胞状晶;熔覆层主要由单一的面心立方(fcc)结构γ-Ni固溶体相组成,由于熔覆层存在微观偏析,晶间Nb、Mo等元素浓度较高;随着焊接电流的增大,熔覆层稀释率逐渐变大,熔覆层底部柱状晶受热长大,平均硬度及沿熔覆层截面深度方向硬度均逐渐下降。

线光斑激光熔覆Ni-Al金属间化合物工艺及组织研究

为了提高P92钢的耐高温氧化性能,采用线光斑在P92钢基体表面激光熔覆Ni-Al金属间化合物,对熔覆工艺参数进行了筛选,并对试样的组织形貌和成份进行了分析。结果表明,在筛选后的熔覆工艺下试样熔覆层未发现裂纹,无开裂倾向;P92钢基体熔化较少,基体中Fe元素扩散至顶部含量不到5%,熔覆层中主要物相为Ni3Al和NiAl,熔覆层顶部至基体部分的显微组织由等轴晶向树枝晶、柱状晶和平面晶转变。当激光功率1 800 W、扫描速度2 m/min、送粉速度为17 r/min、送粉气流量为8 L/min时,可以减少基体熔化和Fe元素扩散,从而对解决激光熔覆时Ni-Al金属间化合物熔覆层开裂、钢基体中Fe元素扩散问题提供了思路。

基于DOE实验设计的高速双切滚刀寿命研究

高速双切滚刀是一种新型的滚刀,滚刀基体材质和涂层工艺复杂,为满足生产需求需尽可能延长滚刀寿命,降低滚刀返修成本,提高效益。通过实际应用与理论分析相结合的方法,利用六西格玛实验设计工具,分析了影响滚刀寿命的显著性特征因子,拟合出最优的工艺参数,并通过实际加工对此参数进行了验证,为企业降本增效提供了依据。

不同焊接方法下1J50合金与0Cr18Ni9不锈钢焊接接头组织与性能研究

采用冷金属过渡技术(CMT)、冷焊、激光焊将1J50软磁合金与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢进行焊接,研究该焊接接头组织、元素分布以及力学性能。结果表明,激光焊焊点明显小于CMT、冷焊工艺;三种焊接方法都未出现气孔、裂纹等缺陷且热影响区宽度均较小;冷焊、激光焊的焊接接头沿1J50母材-焊缝-0Cr18Ni9母材方向,Fe元素含量呈上升趋势,Ni、Cr元素交替分布,而CMT焊缝中三种元素分布均匀;三种焊接方法获得的接头显微硬度差异较大,CMT焊接接头显微硬度高于冷焊和激光焊焊接接头显微硬度,拉伸时所有试样均在焊缝处发生断裂。

复层TA1和中间层Cu之间的冶金结合状态及其对焊接质量的影响分析

TA1材料和其他低成本材料相结合是钛金属较为常见的应用方式。针对TA1/Cu复合板材料的性能问题,研究设计了一种焊接材料的冶金结合状态及焊接质量分析方法,利用激光高速冲击焊接进行焊接的试块制作方法,利用圆形冷镶嵌模具制作观察微观样貌的试样。实验结果表明:在飞行距离为0.1 mm、试件伸长量达到0.14 mm时,试件拉伸剪切力达到最大值7.46 N;在飞行距离为0.2 mm、试件伸长量达到1.93 mm时,试件剥离力达到最大值3.64 N,说明研究方法能够有效对焊接材料的冶金结合状态及其对焊接质量的影响进行分析。

TC4钛合金海水管系焊接接头应力腐蚀研究

TC4钛合金由于其优越的综合性能在舰艇海水管系中有着较好应用前景,海水管系由焊接工艺制成,而目前对TC4钛合金焊缝的应力腐蚀研究较少。本文利用钨极氩弧焊对TC4钛合金进行焊接,对TIG焊焊接接头的组织结构进行分析,通过慢应变速率拉伸试验,对TC4钛合金焊接接头在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为进行了研究。通过电子探针对断口进行扫描,观察断口形貌,分析其断裂机理。结果表明,TC4钛合金焊接接头熔合区晶粒粗大,有严重的组织不均匀性,是发生应力腐蚀的薄弱位置。随着慢拉伸速率的增加,焊接接头应力腐蚀敏感性增加,当拉伸速率为0.24 mm/min时,应力腐蚀敏感性最大,接头断裂位置出现在熔合区处,断口形貌以韧窝为主。TC4钛合金焊接接头主要以塑性断裂为主,表现出较强的抗应力腐蚀的能力,适用于舰艇海水管系。

自升式风电安装船多孔式固桩架建造变形控制技术

文中以某风电安装船项目为背景,对固桩架的建造进行了研究,针对固桩架的结构特性研发出多孔式固桩架焊接变形控制的关键技术,有效控制了焊接变形,加快了建造效率,减少了人工投入,为后续建造同类产品提供新的思路。

LNG储罐用低温高锰钢埋弧焊材料组织和性能研究

针对LNG储罐用低温高锰钢,设计了一种用于丝级埋弧横焊的焊丝、焊剂及焊接工艺。通过拉伸、冲击、侧弯试验评估焊缝金属力学性能,采用OM,SEM,EDS等设备分析组织形貌。试验结果表明:焊剂工艺性能优良,焊缝成形较好,脱渣良好,无气孔、裂纹等缺陷,抗拉强度大于660 MPa,-196℃夏比冲击吸收能量大于60 J;焊缝金属组织为全奥氏体组织,组织致密,晶间有细小的夹杂物析出,冲击试样断口形貌多为细小的韧窝;利用EDS对冲击断口中少量解理面处合金成分进行分析,发现焊缝高Si区会在受冲击下产生解理面成为断裂的启裂位置,降低了材料低温韧性。总结试验结果,确定性能最佳的焊材成分与焊接工艺参数。

焊后热处理温度对15CrMoR钢对接接头性能的影响

采用属于P-No.4的15CrMoR钢作为研究对象,以国内外承压设备标准对P-No.4材料焊后热处理温度的不同要求为基础,研究了不同保温温度下(595,620,675,690℃)15CrMoR钢对接接头的拉伸性能、冲击性能、硬度及显微组织的变化。结果表明,随着保温温度的升高,15CrMoR钢对接接头强度逐渐降低,焊缝和热影响区的冲击韧性有一定的提高,焊接接头的硬度和热影响区最高硬度值均有一定下降。675℃和690℃的整体性能优于595℃和620℃。

孔洞特征模型特征分割及自适应分层算法

目的针对传统整体式3D打印分层算法对孔洞特征模型分层处理时层厚不够合理、难以较好平衡成形精度和成形效率等问题,通过改进分层算法,实现了孔洞特征模型3D打印成形精度和成形效率的提升。方法首先确定模型上下水平面区域,剔除该区域的三角面片,使孔洞特征三角面片与其他部分处于非邻接状态,其次通过建立三角面片拓扑结构,将模型孔洞特征包含的三角面分离,最后以当前层相交三角面片法向量与z轴最小夹角为层厚判据,分别对模型孔洞特征及其他部分进行自适应分层,并将模型各部分分层路径整合,形成完整的模型3D打印机执行代码。结果示例模型分层模拟及实际打印结果表明,对于实验所用的螺母模型和拇指轮模型,与三角面片法向量自适应分层算法相比,所提算法的模型成形精度分别提升了20.18%和62.68%,打印耗时分别缩短了34min和11min。结论对于孔洞特征模型,采用分离模型孔洞特征与单独自适应分层的策略,能够较好地提升模型成形精度,并且缩短模型成形时间。