粉末粒径对等离子喷涂固体氧化物燃料电池阳极微观结构及性能的影响

作为固体氧化物燃料电池阳极材料,选用NiO/Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)替换传统NiO/Y_(0.16)Zr_(0.92)O_(2.08),其可有效扩展三相反应界面,提高电池性能。采用大气等离子喷涂技术,通过调控NiO/GDC团聚粉末粒径,研究阳极微观结构演变及对电池性能的影响。结果表明:粉末粒径影响粉末的熔化程度,当d50=24.7μm的小粒径粉末熔化充分时,涂层中会暴露更多的GDC,增加反应活性位点;d50=45.2μm的大粒径粉末熔化不充分时,堆叠产生的间隙会造成涂层中裂纹和孔洞增多,表现出更大的气通量,泄漏率为14.8×10^(-6)cm^(4)·gf^(-1)·s^(-1);小粒径和大粒径粉末阳极形成的单电池输出峰功率密度接近,在800℃时分别达到1 158.46和1 147.0 mW·cm^(-2)。阻抗谱拟合结果揭示了阳极界面电荷转移和气体传输能力的差异。通过分析粉末粒径对电化学性能的作用机理可知,小粒径粉末阳极具有更多界面活性位点而表现出更快的电荷转移速度,大粒径粉末阳极具有优异的透气性,能透过更多燃料而有效激发活性位点。因此,在大小粒径粉末阳极上形成的电池几乎表现出相同的电化学性能。

等离子喷涂过程中纳米氧化钛的结构变化研究

本文阐述了等离子喷涂过程中氧化钛纳米粉的相变特征和显微结构的变化特征．利用XRD和TEM分析方法分别对氧化钛纳米微粒进行晶体结构和显微结构研究，并对其晶胞参数进行了计算．结果表明，该条件下等离子喷涂的氧化钛微粒属于三斜晶系，其粒径分布大约在10～100um的范围．作为对比，同时进行了氧化钛纳米粉体在烧结过程中相变及微结构变化的研究．

等离子喷涂氧化锆纳米涂层的组织结构与性能

研究了用纳米粉制备热障涂层的组织及性能与工艺参数的影响关系,对涂层制备具有指导作用。采用等离子喷涂方法以二次造粒的纳米ZrO2为喂料制备了熔炼隔离热障涂层,并利用X衍射物相分析、SEM、TEM、金相等分析手段观测了涂层的物相构成、组织结构和孔隙率。结果表明,涂层主要以四方相和立方相构成,并含有少量的单斜相。在喷涂过程中粉末熔化状况良好,涂层含有网状微裂纹,涂层致密度可达96%,比普通二氧化锆等离子喷涂层高。

纳米粉末对轴向等离子喷涂TiB2-Al2O3复合涂层的影响

采用三阴极轴向送粉等离子喷涂制备TiB2/Al2O3陶瓷复合涂层,其中一种喷涂粉末是自蔓延高温合成的常规微米级TiB2/Al2O3复合粉末,另一种是由TiB2/Al2O3复合粉掺杂质量分数10%的纳米Al2O3粉经喷雾干燥造粒制备的纳微米结构喂料。比较研究两种涂层的微观组织、耐磨性能,探讨纳米粉末对涂层的影响:扫描电镜、X射线衍射分析涂层微观结构和物相组成;转盘磨损试验测试涂层的耐磨性能。结果显示两种涂层表面洛氏硬度相当,纳米掺杂涂层组织致密性、耐磨性明显高于常规粉末涂层,以及TiB2的氧化产物TiO2含量低于常规粉末涂层。

TiB2纳微米结构喂料的制备研究

采用喷雾干燥造粒技术和真空热处理工艺制备了TiB2纳微米结构喂料,用激光粒度仪、扫描电镜、X射线衍射等分析纳微米结构喂料的物理性能和物相组成。结果表明,团聚粉的颗粒形状、粒径分布、流动性等物理性能均满足热喷涂粉末的要求,真空热处理提高团聚粉的致密度;三阴极轴向送粉等离子喷涂TiB2纳微米结构喂料可制备较致密的TiB2复合涂层。

等离子喷涂未烧结YSZ喷雾造粒粉体涂层中纳米结构特征研究

目的 解决未烧结纳米结构团聚体颗粒的喷涂问题,通过使用未烧结团聚体粉末使涂层获得更多且与原始粉体尺度相近的纳米颗粒。研究未烧结粉体沉积时,纳米结构特征随电弧电流变化的关系。方法 利用延长喷嘴喷枪实现了未烧结氧化钇稳定氧化锆（YSZ）喷雾造粒粉体的有效沉积。在电流150、200、250 A下分别制备具有不同纳米结构的YSZ涂层,并利用场发射扫描电子显微镜与X射线衍射观察微观结构,尤其是纳米结构特征的变化及相结构。利用德拜谢乐公式计算涂层的平均晶粒尺寸。通过对低载荷下的维氏硬度进行Weibull分析来了解涂层的微观结构。结果 采用延长喷嘴技术,粉末经延长喷嘴处送入等离子射流,未烧结粉沉积效率可达21.2%～40.2%。涂层平均晶粒尺寸约为44～56nm。200 A时涂层中具有紧密且未被周围熔化部分包围的纳米结构,含量约为37%。进一步增加或降低电弧电流得到的涂层中的纳米结构具有不同的特征,这种差异可通过Weibull曲线的比较分析来印证。结论 实验采用的喷枪装置能够有效地喷涂疏松且结合强度较低的未烧结团聚体粉末,涂层平均晶粒尺度显著降低。

致密化工艺对氧化钛粉末及等离子喷涂涂层性能影响研究

采用喷雾干燥法制备了一种球形氧化钛团聚粉末,并通过高温烧结及感应等离子球化工艺对团聚粉末进行致密化处理。利用扫描电子显微镜(SEM)、霍尔流速计和粉末颗粒强度仪对粉末性能进行了表征,研究了不同致密化处理工艺对粉末颗粒强度、松装密度及流动性的影响。采用大气等离子喷涂(APS)工艺制备了氧化钛涂层,并对涂层的微观组织进行研究。研究结果表明,高温烧结工艺及等离子球化工艺均可有效提升氧化钛团聚粉末的致密度,经过高温烧结工艺后氧化钛粉末内部的细小颗粒呈现烧结熔融的趋势,而采用等离子球化处理后的团聚粉末直接形成了致密球体结构。相比于高温烧结工艺,等离子球化工艺对氧化钛粉末的致密化效应更为明显,粉末的颗粒强度可达187.86 MPa,松装密度可由0.79 g/cm^(3)提升至1.69 g/cm^(3),流动性由163.22 s/50g加快至100.27 s/50g。该粉末经过大气等离子喷涂沉积形成的氧化钛涂层孔隙率为2.8%,与未经致密化工艺处理的氧化钛团聚粉末相比,制备的涂层致密化水平有了较大程度的提升,涂层的平均显微硬度值由434.18 HV_(0.3)提升至744.37 HV_(0.3),涂层的结合强度均值由11.07 MPa提升至29.93 MPa。