固体氧化物燃料电池连接体材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是高效、洁净、全固态的电化学装置,是发展比较快的能源技术之一。本文总结了SOFC关键组件连接体材料的研究进展,详细论述了近年发展起来的金属连接体材料的研究状况,总结了目前研究比较广泛的Ni基、Fe基、Cr基连接体合金的性能特点和存在的主要问题,最后介绍了经过表面处理的Fe-Cr基合金应作为SOFC金属连接体材料的研究重点。

时效温度对Mn20Cu5Ni2FeCe合金组织性能的影响

MnCu合金通过合适的热处理,可以获得出色的阻尼性能,同时还具有优良的力学性能。本文采用真空熔炼制备了Mn20Cu5Ni2FeCe合金。采用XRD、TEM及DMA等分析测试手段,研究了时效温度对合金微观组织及阻尼性能的影响。结果表明,固溶态合金具有单相fcc面心立方结构,其阻尼能力tanδ值小于0.01,不具备明显的阻尼能力。时效后合金发生调幅分解,析出富Mn相,合金的阻尼能力显著提升。当时效温度为400℃时,合金的tanδ值达到0.045,呈现出高阻尼能力。不同温度条件下合金阻尼能力测试结果表明,在-50-80℃温度范围内,合金的阻尼能力随温度的降低明显升高,表明该阻尼合金在低温下具有重要的应用前景。

固体氧化物燃料电池(SOFC)用NiMoCr金属连接体氧化行为研究

金属作为固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体材料已成为可能并成为研究热点。本论文对SOFC用Ni-MoCr合金分别在SOFC阴极和阳极气氛条件下的高温氧化性能作了详细的研究。结果表明:阳极(燃料极)条件下氧化所形成的是MnCr2O4尖晶石;阴极(空气极)条件下氧化所形成的是不含Cr的致密NiMn2O4型尖晶石,能有效抑制Cr的挥发,降低阴极Cr毒化现象,并提高合金表面氧化物的导电性能。

LaCoO3涂层对SUS 430合金连接体中温氧化行为的影响

通过溶胶-凝胶提拉法在SUS 430合金表面施加LaCoO_3钙钛矿导电涂层,并研究其对固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体SUS 430合金中温氧化行为的影响.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)对施加涂层合金的氧化物相结构与微观形貌进行表征,并采用"4点法"测量施加涂层合金表面氧化膜的面比电阻(ASR).750℃空气中的循环氧化结果表明,施加LaCoO_3涂层合金的氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率常数K为4.18×10^(-15)g^2/(cm^4·s),比与未施加涂层合金降低了1—2个数量级;LaCoO_3涂层有效地抑制了Cr_2O_3相的形成,减缓了MnCr_2O_4尖晶石的生长.最终使得SUS 430合金的氧化抗力和氧化后的导电性得到增强.

18Ni马氏体时效钢强化方法概述

18Ni马氏体时效钢是以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体的,主要是经时效产生时效强化的高强度钢。本文简要概述了18Ni马氏体时效钢的发展过程,介绍了固溶强化、相变强化、时效强化、细晶强化、形变强化方法和发展趋势。

NbC析出对超因瓦合金膨胀性能影响

研究了固溶温度对FeNi32.5Co4Mn0.2Nb0.1超因瓦合金NbC析出及热膨胀系数的影响,在840,940,1040及1140℃对合金进行40min的热处理并水淬,随后在300℃退火4h。TEM观察到合金中存在微米级及纳米级NbC析出物,随着固溶温度升高NbC含量减少,在1140℃固溶时合金中的NbC完全溶解。随固溶温度从840℃升至1040℃,合金的膨胀系数度减小,在合金经1140℃固溶处理后却显著增加。NbC的析出大幅度降低合金的膨胀系数;通过调整NbC含量,可获得低于0.1×10-6/℃膨胀系数。

循环热处理对3J33(C)马氏体时效钢组织、性能的影响

3J33(C)马氏体时效钢是以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体的时效强化型高弹性合金。采用工业电炉处理合金,高温固溶处理后,再经过4次变温循环相变,基体组织由高温固溶后220μm的粗大等轴晶细化为15μm左右的均匀细小晶粒。进一步时效处理后,合金抗拉强度、屈服强度、弹性极限、硬度提高10%以上,断面收缩率、断后伸长率、冲击吸收功提高30%以上。

Fe-Ni基高强度低膨胀合金组织性能与时效时间的关系

本文主要研究了670℃时效不同时效时间对Fe-Ni基高强度低膨胀合金碳化物显微组织性能的影响。结果表明:670℃时效时,随着时效时间的延长,合金基体晶粒逐渐呈等轴化,并且有二次相以带状在小晶粒附近析出,时效3h硬度可达最大值。TEM和SAD结果表明,时效过程中,有多角状圆粒M6C,长片状M2C型两类富含Mo的碳化物析出,对合金有较明显的强化作用。时效初期,合金的膨胀系数逐渐增大,但是随着碳化物的析出,基体膨胀系数的减小,合金的膨胀系数有所下降。

中温SOFC金属连接体材料的氧化规律和导电行为

系统地研究了SUS430铁素体不锈钢在中温SOFC阴极气氛（空气）中的氧化动力学、表面氧化物特征以及表面氧化对导电行为的作用。通过750℃静态空气中的氧化实验得出氧化增重与氧化时间的动力学关系；采用“4点法”测量合金表面氧化膜的面比电阻（ASR）；利用XRD和SEM表征表面氧化物的相结构、微观形貌及成分。实验发现，氧化动力学符合抛物线规律，并呈现出多级氧化现象；所生成的表面氧化物主要为Cr2O3和MnCr2O4；表面氧化物的ASR与测量温度之间的关系满足Arrhenius方程，并且在600～700℃之间，其斜率发生改变。结合氧化过程中的阳离子扩散、氧化物形成热力学以及半导体的导电机理对多级氧化动力学机制、氧化物相形成规律以及面比导电行为进行了理论分析。在此基础上，对SUS430作为中温SOFC金属连接体材料的可能性做出了合理的评估。

失效AB5型贮氢合金电极材料在制备纳米碳管中的应用

纳米碳管是一种性能优异的新型功能材料。利用循环失效后的AB5型贮氢舍金电极材料作为反应催化荆、乙炔气体作为原料气体通过CVD法制备出多壁纳米碳管，研究了经过破碎、清洗、氧化处理后的失效AB5型贮氢合金电极材料在合成纳米碳管中的催化性能，讨论了不同氧化温度处理催化剂对纳米碳管产率、形貌和结构稳定性的影响。结果表明，氧化处理温度对催化剂的催化效能有明显的影响，600℃为最佳氧化处理温度。以氧化处理后的失效蠊型贮氢合金电极材料作为催化剂制备碳纳米管，方法简单易行，为废旧镍氢电池负极材料的回收再利用提供了一种新的思路。

烧结温度对粉末冶金法制备M2052阻尼合金性能的影响

采用单质Mn、Cu、Ni、Fe粉末,通过反应烧结过程可制备M2052合金。主要研究了烧结温度对密度、孔隙率和力学性能的影响,同时对烧结样品的相组成进行了分析。M2052合金在950℃烧结时基本为γ-MnCu固溶体,合金的密度为6.23g/cm^3,致密度为87.2%,抗弯强度达到了487 MPa,并具有良好的阻尼性能,不同频率下的阻尼性能表现稳定,损耗因子tanδ达到0.11-0.12。

M2052高阻尼合金的研究及应用

金属阻尼材料是一种用来减振和降噪的结构功能一体化材料,利用其制造相关振动源构件,可以有效地解决机械制造及相关工程领域中的振动和噪声问题。介绍了近年发展起来的新型MnCu可变形M2052(Mn-20Cu-5Ni-2Fe)合金的阻尼机理、研究开发过程以及应用前景,并提出该合金的一些研究方向。

高阻尼MnCuNiFeCe合金的相变及阻尼机制研究

高端精密仪器领域的振动及噪声问题越来越引起关注,利用高阻尼合金抑制振动或降低噪声,是解决振动和噪声的重要手段。MnCu合金通过合适的热处理,可以获得出色的阻尼性能,并兼具优良的力学性能,因此受到人们的青睐。本文采用真空熔炼、开坯锻造等通用工艺制备Mn20Cu5Ni2FeCe合金。运用多功能振动样品磁强计、激光热膨胀仪及动态热机械分析仪等手段,研究了固溶及时效状态合金的相转变及阻尼性能。研究结果表明:合金的物理膨胀系数在235K左右低温区出现极小值,同时磁化强度在该温区发生转变。分析得知该转变为合金中贫Mn区的顺磁反铁磁性转变。该贫Mn区低温磁性转变引起晶格畸变,在应力的作用下,出现低温孪晶亚结构,导致在该温区出现低温阻尼峰。根据上述研究结果,提出的MnCu合金阻尼机制的微观模型能够解释阻尼温度谱的特征。

MnCo_2O_4的电性能及其对SUS430金属连接体的改性

采用溶胶-凝胶工艺制备MnCo2O4尖晶石,研究其导电性能,并探索MnCo2O4涂层的最佳成膜工艺及其对固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体SUS430中温氧化行为的影响.利用XRD,SEM及EDS表征氧化物的相结构与微观形貌,采用"四点法"测量MnCo2O4尖晶石的电导率及涂层合金表面氧化膜的面比电阻(ASR).结果表明,MnCo2O4尖晶石具有优良的导电性能,其中温电导率比MnCr2O4尖晶石高约2个数量级.750°C空气中的循环氧化动力学及ASR测试结果表明,在还原气氛下煅烧成膜并随后在空气中预氧化为MnCo2O4涂层成膜的最佳工艺,能最大程度提升SUS430合金的抗氧化能力,并改善其导电性能及黏附性.MnCo2O4尖晶石为一潜在高性能SOFC金属连接体涂层材料.

稀土Ce对含Nb超低膨胀合金组织和夹杂物的影响

本文利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDAX),研究了稀土Ce对含Nb超低膨胀合金Fe-32Ni-4.7Co-0.1Nb锻态显微组织和非金属夹杂物的影响。结果表明,添加微量稀土Ce没有改变超低膨胀合金的相组成,仍为单相奥氏体,但细化了合金的锻态组织。添加微量稀土Ce元素,可使超低膨胀合金中硫化物由长条状变为椭圆或球状,改变了合金中硫化物夹杂的形态。

含Nb超低膨胀合金马氏体相变温度测量方法的研究

本文利用DSC(差示扫描量热仪)、热膨胀法、共振法研究稀土Ce对超低膨胀合金马氏体相变温度的影响,并对3种方法测试结果加以比较。研究发现,3种相变温度测试方法所得出的实验规律一致,即添加适量Ce,能降低超低膨胀合金的马氏体相变温度,有助于提高超低膨胀合金的低温组织稳定性。热膨胀法和共振法所测得结果较为接近,两者的测试结果较DSC法所测得的结果更准确。

稀土镍镁储氢材料的相结构研究概况

本文系统介绍稀土合金系列储氢合金:AB(A=稀土元素;B=Ni,Mg,Co)2∶1;1∶2;1∶3;2∶7;1∶5;2∶17以及近期研究的5∶19型合金的制备、相结构和储氢性能。通过性能与结构的关系的研究表明:储氢性能与材料的相组成和相结构密切相关,稀土原子和金属镁原子与氢原子之间存在很强的亲和力,同时镁原子在合金中的占位导致晶格畸变,诱发晶胞内空隙变大,为合金吸氢提供空间,有利于提高储氢能力。另外,多相之间共格性较好是决定贮氢合金贮氢能力的微观原因。