Surface stability and conductivity of a high Cr and Ni austenitic stainless steel plates for PEMFC

In order to use stainless steel as bipolar plate for PEMFC, electrochemical behavior of a high Cr and Ni austenitic stainless steel was studied in the solutions containing different concentration of H2SO4 and 2 mg·L-1 F-, and interfacial contact resistance was measured after corrosion tests. The experimental results show that the passive current density lowers with decreasing the concentration of H2SO4. The interfacial contact resistance between carbon paper and passive film formed in the simulated PEMFC environment is higher than the goal of bipolar plate for PEMFC. Surface conductivity should be further reduced by surface modification.

Plain carbon steel bipolar plates for PEMFC

Bipolar plates are a multifunctional component of PEMFC. Comparing with the machined graphite and stainless steels, the plain carbon steel is a very cheap commercial metal material. In this paper, the possibility of applying the plain carbon steels in the bipolar plate for PEMFC was exploited. In order to improve the corrosion resistance of the low carbon steel in the PEMFCs′ environments, two surface modification processes was developed and then the electrochemical performances and interfacial contact resistance (ICR) of the surface modified plate of plain carbon steel were investigated. The results show that the surface modified steel plates have good corrosion resistance and relatively low contact resistance, and it may be a candidate material as bipolar plate of PEMFC.

接触爆炸下聚脲涂层增强钢板的抗爆性能

为满足装甲车等武器装备在接触爆炸下的防护需求,通过实验与数值模拟开展单层钢板及迎/背爆面聚脲增强钢板接触爆炸下的抗爆性能研究,分析不同面密度、不同聚脲涂覆位置下钢板的破坏模式及防护机理,探究在一定面密度下钢板-聚脲厚度比对复合结构抗爆性能的影响。研究结果表明:背爆面涂覆等厚度聚脲能够有效减小钢板背面穿孔及拉伸破坏,降低结构残余位移,迎爆面涂覆等厚度聚脲能够显著增强结构抗爆能力,使接触爆炸下的钢板损伤大大降低;相同面密度下,聚脲吸能性能与聚脲厚度正相关,但是聚脲过厚会导致复合结构变形加大,稳定性降低;综合考虑聚脲增强钢板结构的破坏变形、速度衰减以及能量吸收情况,在研究范围内,钢板迎爆面涂覆厚度比为1∶0.78的聚脲层具有最佳的抗爆性能。

基于激光位移传感器的厚度测量校准系统设计及应用

为了提高钢板厚度校准的精度和安全性,针对传统接触式测厚仪精度低和射线类测厚仪存在辐射风险的问题,设计了一种基于激光位移传感器的差分非接触厚度测量校准系统。该系统采用差分测量结构,将激光位移传感器分别放置在待测钢板的顶部和底部,通过对传感器数据的采样和计算,实现钢板厚度的准确测量。硬件电路方面采用了STM32核心芯片进行设计,系统软件部分进行了相应的优化设计。试验后,系统重复性精度可达±0.1%,测量允许误差优于±0.05%,同时测量漂移控制在钢板厚度的±0.1%范围内。该系统不仅显著提高了测量精度,同时有效降低了测量过程中的安全风险,在钢板生产和加工领域具有重要的指导意义和应用价值。

接触爆炸作用下双波纹钢板混凝土组合板抗爆性能数值研究

相较于普通的双钢板混凝土组合板,双波纹钢板混凝土组合板具有更大的平面外抗弯刚度、抗压承载力与抗剪承载力,在超高层建筑、海洋平台等结构中具有广泛的应用潜力。首先建立了双波纹钢板混凝土组合板有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA非线性软件对双波纹钢板混凝土组合板的破坏模式和爆炸响应进行了数值分析,并与双钢板混凝土组合板接触爆炸试验进行对比,验证了数值分析方法的准确性。参数化分析了波纹对齐方式、波纹深度和波纹密度对双波纹钢板混凝土组合板抗爆性能的影响规律。结果表明,接触爆炸作用下,双波纹钢板混凝土组合板的抗爆性能优于普通双钢板混凝土组合板的抗爆性能,钢板采用螺栓间上凸下凹形式,以及增加波纹深度和密度可以显著提高组合板的抗接触爆炸性能。

钢板长宽尺寸核验系统的应用

在线人工抽查测量钢板长度和宽度影响生产效率,长宽公差控制不稳定。通过采用多普勒测速仪进行长度测量,采用线激光与视觉检测技术结合实现板料的宽度测量,采用多线机构光源和工业相机对钢板进行实时监测,根据钢板边缘的坐标变化完成对钢板的侧滑修正及歪斜识别校正,形成一套能够对钢板实际长宽尺寸进行在线测量系统,并将测量数据与读取的喷印机数据进行比对,将超差信息发至工艺控制。实现生产质量控制过程自动化和质量数据的可追溯性,及时发现钢板实际长宽信息与喷码信息不符的现象,防止钢板长宽尺寸质量争议的发生。

带状色差对冷轧低碳钢板表面性能影响

研究冷轧低碳钢表面带状色差区域与正常区域的表面性能以及带状色差对产品性能的影响。采用表面接触角、红外光谱、X光电子能谱、辉光放电能谱、三维形貌以及电化学测试等方法,分析清洗前后冷轧钢板表面接触角、表面及表层元素组成、微观结构、电化学性能等。结果显示轧硬钢板和退火钢板清洗前后,表面接触角均由80°以上降至35°以下,说明表面残留物均可被清洗去除,达到润湿一致性表面。退火钢板表层10 nm内有C和Mn元素富集,其带状色差区域面粗糙度为0.588μm、面最大峰高为2.964μm、面最大谷深为-3.873μm,均高于正常区域。同时,带状色差区域的腐蚀电流、阻抗、晶面衍射峰和表面金相等数据显示与正常区域无显著差异。研究发现带状色差是根植产品表面的外观形貌特征,并非异物富集所致,差异从轧硬钢板遗传至退火钢板表面,主要体现为表面形貌的粗糙特征,不影响清洗性和电化学活性,也不改变钢板的晶面和金相组织。

单钢板混凝土剪力墙抗爆性能研究

钢板混凝土剪力墙作为一种新型的抗侧力构件,具有良好的耗能能力和抗冲击性能,已逐渐应用于建筑工程结构的抗震和防护结构的抗爆设计。设计了3个试件,分别为普通钢筋混凝土板、单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板,开展了钢板混凝土剪力墙的接触爆炸试验,并通过非线性程序LS-DYNA建立了3个钢板混凝土剪力墙试件的数值模型,对比分析了不同试件在接触爆炸作用下的动态响应、破坏模式和抗爆性能。试验和数值分析结果表明:接触爆炸作用下,试验设计的3种试件呈现3种破坏模式;普通钢筋混凝土板中部发生混凝土贯穿破坏,钢筋发生较大弯曲变形;单侧钢板混凝土板由于栓钉拔出发生钢板和混凝土分离,丧失整体性和继续承载能力;夹心钢板混凝土板发生上层混凝土压碎,夹心钢板、上层和下层混凝土板连接性能较强,整体性较好,具有继续承载的能力,且夹心钢板混凝土板跨中挠度和混凝土碎块飞溅距离较小。单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板配置钢筋网可以显著增强混凝土层和钢板的连接性能,有效减小上下层混凝土的碎裂和剥落,增强其整体性和抗爆性能。

接触爆炸作用下钢板层裂效应数值分析

基于AutoDyn对接触爆炸荷载作用下钢板的层裂过程进行数值模拟,并对照试验进行分析,探讨了应力波在钢板中的传播过程和特点,剖析了钢板的层裂机理,指出钢板的层裂破坏是钢材在拉伸波作用下的一个损伤累积和能量累积过程。计算表明,装药的高度、钢板的厚度与材质是影响接触爆炸作用下钢板层裂发生、发展及其破坏效应的核心因素。试验和计算结论为钢板在某防护结构中的应用提供了技术参考。

PEMFC不锈钢双极板离子镀CrN_x薄膜表面改性

用电弧离子镀膜技术通过改变N2流量的方法,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中用不锈钢双极板表面沉积一系列不同N含量的CrNx改性薄膜,对薄膜的成分、结构与接触电阻、耐蚀性能进行了测试。结果表明,沉积CrNx薄膜能够明显改善双极板的表面性能,并且其性能随着薄膜中N含量的变化而变化。与原始不锈钢相比,接触电阻降低1个数量级,耐腐蚀性能提高2个数量级。其中N含量为46.2%时,接触电阻降低到了11.8mΩ·cm(20.8MPa夹紧力);N含量为50.5%时,极化电流降低到10-7A/cm(2电极电位为0.6V)。分析表明,双极板处理后性能的改善与电弧离子镀薄膜的致密度较高,以及薄膜的成分、结构随薄膜中N含量的变化有关。

接触爆炸作用下钢板钢纤维混凝土遮弹层设计方法(Ⅰ)

在试验分析基础上 ,采用单自由度体系模型 ,考虑在钢纤维混凝土组合板局部破坏时 ,钢纤维的抗拔作用、钢板薄膜力作用和柔性土介质的耗能等主要影响因素。给出了能够用于钢板 钢纤维混凝土遮弹板接触爆炸下的极限设计分析的实用方法。通过数值计算结果与试验结果的对比 ,验证了此方法的实用及可靠性。

不锈钢双极板表面Cr与Cr_2N镀层导电与耐蚀性研究

采用等离子体磁控溅射的方法在304不锈钢双极板表面沉积出致密均匀的Cr层和Cr2N层。运用X射线衍射、俄歇电子能谱、扫描电镜、界面接触电阻测试和动电位极化等方法,研究了表面镀层对不锈钢双极板导电和耐腐蚀性能的影响。结果表明,经过镀氮化铬层后的双极板界面导电性能良好,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆装载压力下,界面接触电阻为20mΩ.cm2,与未镀层相比降低了约70%。双极板的耐腐蚀性能也有显著的增强:在模拟PEMFC环境中,腐蚀电位提高了约300mV,腐蚀电流降低了约1个数量级。

接触爆炸作用下钢板钢纤维钢筋混凝土遮弹层设计方法(II)

在试验分析基础上 ,采用单自由度体系模型 ,此模型考虑了在钢纤维钢筋混凝土组合板局部破坏时 ,钢纤维的抗拔作用、钢筋的抗剪、钢板薄膜力作用和柔性土介质的耗能等主要影响因素。给出了能够用于钢板 钢纤维钢筋混凝土遮弹板接触爆炸下的极限设计分析的实用方法。

摩擦接触单元在粘钢有限元分析中的应用

通过采用ANSYS中摩擦接触中的面-面接触单元对粘钢加固梁和双向板进行数值模拟,得到的粘钢加固梁的界面应力分布和解析解进行对比以及粘钢加固双向板的弯矩、剪力分布和差分解进行对比,其结果均较吻合;有限元结果表明:沿粘结剂和混凝土交界面的应力与沿钢板和粘结剂交界面的应力分布并不相同。

燃料电池不锈钢双极板CrN/CrC薄膜表面改性研究

采用离子镀技术在质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面制备了CrN/CrC多层薄膜。测试结果表明,与未镀膜的不锈钢基体相比,镀膜不锈钢的接触电阻（120N/cm2压紧力）降低2个数量级,并且耐蚀性能显著改善,腐蚀电流密度降低0.5~1个数量级。同时,镀膜不锈钢的耐久性亦大幅提升,改性薄膜可以有效保护不锈钢基体免受腐蚀损害。

椭圆型螺栓孔网架支座节点受力性能研究

在平板网架支座节点中,通常在支座底板开设椭圆型螺栓孔使节点有一定的侧移.虽然在网架设计中这类支座经常被采用,但有关此类支座节点受力性能的研究还很缺乏.椭圆型螺栓孔能提供多大程度的侧移,此类螺栓孔如何影响节点的承载力以及抗侧刚度等问题都有必要进一步深入研究.以一类常用的网架支座节点为例进行研究,利用大型通用有限元软件ABAQUS隐式求解器的接触功能,模拟螺栓杆和孔壁、螺栓帽和节点底板、节点底板和垫板之间的接触关系,分析在不同荷载模式下椭圆型开孔对网架支座节点受力性能的影响,确定此类节点的抗侧刚度,为工程设计提供理论依据.

斜拉桥索梁钢锚箱接触非线性分析

通过对索梁锚固区钢锚箱进行有限元计算,研究锚垫板和承压板间接触参数变化以及锚垫板分别采用实体单元和板单元模拟对钢锚箱结构受力的影响,并和等效板厚法计算结果进行对比。结果表明:接触刚度因子取值大小对钢锚箱的应力有很大影响;锚垫板采用实体单元模拟更符合实际受力情况;非线性接触单元法的计算结果能够更准确地反映承压板和锚垫板的连接以及承压板附近板件的应力情况,而等效板厚法计算结果偏保守。

热处理温度对机床燃料电池用双极板性能的影响

采用不同温度对特种机床用304不锈钢双极板进行了热处理,并进行了接触电阻以及不同温度下耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明:随热处理温度从800℃升高至1200℃时,双极板的耐腐蚀性能先提高后下降,接触电阻先减小后基本不变再增大;当热处理温度为1100℃时,双极板的接触电阻最小,腐蚀电位最正,45℃测试的腐蚀电位为-0.517 V,90℃测试的腐蚀电位为-0.535 V。双极板的热处理温度不宜过高也不宜过低,优选为1100℃。

接触单元分析黏钢加固的界面应力研究

文章通过采用ANSYS中面-面接触单元对黏钢加固梁和双向板进行数值模拟,得到的黏钢加固梁的界面应力分布和解析解进行对比以及黏钢加固双向板的弯矩、剪力分布和差分解进行对比,其结果均较吻合;有限元结果表明应力在黏结层变化很大,对沿着黏结剂和混凝土交界面的应力和沿着钢板和黏结剂交界面应力并不相同,在混凝土界面的应力远大于钢板界面的应力,而所有的解析解都假设沿黏结层厚度方向应力均匀分布,因而无法得到黏接层和钢板界面应力分布。

不锈钢双极板电弧离子镀Cr_(1-x)N_x薄膜改性研究

用电弧离子镀方法在质子交换膜燃料电池(PEMFC)不锈钢双极板表面沉积一系列Cr_(1-x)N_x(x=0.28—0.50)改性薄膜,对薄膜的成分、相组成以及改性双极板的导电、耐蚀等性能进行了分析测试.结果表明,双极板的导电与耐蚀性能因沉积Cr_(1-x)N_x薄膜而显著提高,并且与薄膜的成分和相组成密切相关:当x值从0.28增加到0.50,薄膜由Cr+Cr_2N转变为Cr_2N,再转变为Cr_2N+CrN,最终变为CrN;当薄膜由单相组成时,双极板既导电又耐蚀、综合性能最好,与原始不锈钢相比,导电性能提高2个数量级以上,而耐蚀性能提高近3个数量级.