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高能微弧合金化制备Fe_3Al微晶涂层及其高温氧化性能

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中国腐蚀与防护学报 2009年第6期29卷 431-436页

作者：郭平义邵勇李垒江苏科技大学先进焊接技术江苏省重点实验室镇江212003

通过控制输出功率、沉积时间、频率等工艺参数,采用高能微弧合金化技术制备出与基体形成冶金结合的Fe_3Al涂层。研究了涂层的显微组织和高温氧化性能。结果表明Fe_3Al涂层在900℃和1000℃空气中氧化时,虽然氧化增重都比电极材料大,但是... 详细信息

通过控制输出功率、沉积时间、频率等工艺参数,采用高能微弧合金化技术制备出与基体形成冶金结合的Fe_3Al涂层。研究了涂层的显微组织和高温氧化性能。结果表明Fe_3Al涂层在900℃和1000℃空气中氧化时,虽然氧化增重都比电极材料大,但是晶粒细化后的涂层,显著提高氧化膜与基体间的粘附性,氧化膜的剥落得到明显抑制,尤其是在1000℃时更为明显。

关键词：高能微弧合金化 Fe3A1涂层高温氧化

高能微弧合金化沉积氮化物陶瓷覆盖层及其耐蚀性能分析

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腐蚀科学与防护技术 2016年第3期28卷 229-234页

作者：王冠仲张宇赖永彪郭平义江苏科技大学先进焊接技术江苏省重点实验室镇江212003

采用高能微弧合金化技术沉积TiCN冶金结合涂层,用于金属双极板的表面防护。沉积过程中的参数,如输出电压、功率、频率、气流量等对沉积层耐蚀性的影响较大。随着功率增加,TiCN涂层在304不锈钢基体上的沉积圈半径由小变大,且对应酸性溶... 详细信息

采用高能微弧合金化技术沉积TiCN冶金结合涂层,用于金属双极板的表面防护。沉积过程中的参数,如输出电压、功率、频率、气流量等对沉积层耐蚀性的影响较大。随着功率增加,TiCN涂层在304不锈钢基体上的沉积圈半径由小变大,且对应酸性溶液中腐蚀电流密度随功率的增大而减小;随频率的增加,单点脉冲放电能量是呈减小的趋势,且腐蚀电流密度随频率的增大而增大,这与沉积过程中的输出能量相关。

关键词：高能微弧合金化双极板 TiCN涂层腐蚀

高能微弧合金化制备Ni_3Al(Cr)涂层及其高温抗氧化性能

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机械工程材料 2010年第12期34卷 62-66页

作者：郭平义曾潮流邵勇江苏科技大学先进焊接技术省重点实验室镇江212003 中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016

采用高能微弧合金化技术在K3合金表面制备了Ni_3Al(Cr)涂层;对其制备工艺进行了优化,并对涂层在1000℃下的氧化行为进行了研究。结果表明:用高能微弧合金化技术可在K3合金表面制备出微晶涂层,阳极材料采用铸态Ni_3Al(Cr)金属间化合物所... 详细信息

采用高能微弧合金化技术在K3合金表面制备了Ni_3Al(Cr)涂层;对其制备工艺进行了优化,并对涂层在1000℃下的氧化行为进行了研究。结果表明:用高能微弧合金化技术可在K3合金表面制备出微晶涂层,阳极材料采用铸态Ni_3Al(Cr)金属间化合物所得涂层能够与基体形成冶金结合;在1000℃下,所得涂层因晶粒细化可以在较短时间内生成连续保护性富铝/铬氧化膜,而铸态电极和K3合金不能形成连续致密的氧化膜,因此所得涂层比铸态Ni_3Al(Cr)电极和K3合金具有更好的抗氧化性能,并且NiO和尖晶石的生成量也减少。

关键词： Ni3Al(Cr)涂层高能微弧合金化高温氧化

高能微弧合金化制备SOFC连接体尖晶石涂层及其性能研究

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高能微弧合金化制备SOFC连接体尖晶石涂层及其性能研究

作者：黄铭瑞江苏科技大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池(SOFC)与传统电池相比,有着高的能量转换效率及近乎无污染的尾气排放,这些优势使其发展前景极为广泛。SOFC也在不断的发展和改进,工作温度一直在下降,这使得铁素体不锈钢可以对成本较高昂且电导率不足的陶瓷材料进行... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)与传统电池相比,有着高的能量转换效率及近乎无污染的尾气排放,这些优势使其发展前景极为广泛。SOFC也在不断的发展和改进,工作温度一直在下降,这使得铁素体不锈钢可以对成本较高昂且电导率不足的陶瓷材料进行替代,应用在SOFC上作为金属连接体。但铁素体不锈钢在高温氧化环境下抗氧化性能不足,且Cr元素外扩散会影响电池的使用效率及使用寿命,所以需在其表层制备一层耐高温腐蚀且导电的保护层,以提高金属连接体材料的高温性能。尖晶石涂层相比与其它耐高温保护涂层,能够更好的提升合金的抗高温氧化性能及高温导电性能,尤其是Co-Mn及Cu-Mn尖晶石,对合金中的Cr元素的外扩散也有着良好的抑制作用,是有着很好应用前景的金属连接体防护涂层。本论文设计合金分别为Co基和Mn基体系,其原子百分比(at.%)为Co-33Mn-17Cu和Mn-33Cu-17Co。采用真空电弧熔炼制备合金电极,用高能微弧合金化技术在430SS基体及合金试样上制备细晶涂层。通过对各涂层的组织结构与性能分析,研究细晶涂层与基体在高温氧化过程中的元素扩散及氧化结构演变过程。研究在Cu Mn合金涂层中掺杂Co元素,在长时间高温氧化过程中,Co元素在合金涂层高温氧化过程中,对其氧化行为、氧化层中的元素浓度变化、氧化层中尖晶石的组成结构以及高温导电性等的影响。并对比Co-33Mn-17Cu和Mn-33Cu-17Co细晶涂层与相应铸态合金氧化层与高温导电性的差异。结果如下:使用高能微弧合金化方法可以有效的制备细晶涂层,涂层与基体之间为冶金结合,有良好的粘附性,430SS的氧化优先从晶界处开始,细晶涂层能够有效的加速430SS前期氧化膜的生长,快速的生成致密的CrO及Mn CrO氧化层,为后续430SS的氧化提供良好的防护。采用真空电弧熔炼炉制备的Co-33Mn-17Cu合金电极整体较为致密,而Mn-33Cu-17Co合金电极因为其Mn含量过高,Mn在熔炼过程的气化,局部区域有微孔。Co-33Mn-17Cu合金为两相结构,亮相富Cu暗相富Co;Mn-33Cu-17Co合金中出现明(富Cu相)暗(Co Mn相)相。合金电极在通过高能微弧合金化方法沉积后,合金涂层与合金电极成分一致,涂层厚度约为20-35μm。CMC-2与MCC-2微晶涂层与合金结构上有很大区别,微晶涂层在SEM形貌显示,其结构均匀,没有明显明暗相与成分差异。CMC-2与MCC-2在初期氧化中氧化速度要比CMC-1与MCC-1更加快速。Co-33Mn-17Cu合金涂层在750℃空气中长时间氧化后,表面氧化产物有Mn CoO尖晶石及MnO。Mn-33Cu-17Co合金涂层则生成CuMnO尖晶石,另外还有部分的富Mn氧化物,富Mn氧化物分散在尖晶石结构之中。Mn CoO尖晶石及CuMnO尖晶石对基体元素的外扩散可以进行有效抑制。CMC-S与MCC-S两种单层涂层中,在750℃空气中氧化500h后,MCC-S的面比电阻(ASR)更低;而CMC-d与MCC-d双层涂层在750℃空气中氧化后,CMC-d的ASR要更低。430SS细晶涂层的加入使Co-33Mn-17Cu合金涂层的ASR明显的下降,在氧化500h后,在800℃的ASR从275 m(?)·cm,下降至78 m(?)·cm。细晶涂层却使Mn-33Cu-17Co涂层的ASR有所提升,在氧化500h后,在800℃的ASR从77 m(?)·cm提高至314 m(?)·cm。

关键词：金属连接体高能微弧合金化合金涂层尖晶石面比电阻

高能微弧合金化Co-Mn复合氧化物涂层在SOFC连接体上的应用及性能分析

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高能微弧合金化Co-Mn复合氧化物涂层在SOFC连接体上的应用及性能...

作者：张名涛江苏科技大学

学位级别：硕士

随着全球能源需求日益增加,可替代能源技术成为了研究热点,如燃料电池。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的优点有能量转化效率高、污染低及燃料适应性广,并且既可以应用在移动电源上也可以应用在固定电站中。较高的材... 详细信息

随着全球能源需求日益增加,可替代能源技术成为了研究热点,如燃料电池。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的优点有能量转化效率高、污染低及燃料适应性广,并且既可以应用在移动电源上也可以应用在固定电站中。较高的材料成本及有限的使用寿命仍然阻碍着SOFC的广泛使用。为了产生足够大的电压,人们使用连接板将平面SOFC连接成电池堆。连接板既分隔又连接每一个电池单体,其作用为分离气流和导通电流。对于工作在800℃以下的SOFC,金属合金被选择作为连接板材料,尤其是铁素体不锈钢。为了提高表面导电性能并显著降低不锈钢中Cr的挥发,人们开始探究陶瓷涂层。另外,涂层的热膨胀系数必须与电池其他组件相匹配,并且与电极与密封材料相兼容。当前,最具潜力的涂层为(Co,Mn)3O4尖晶石,该涂层已通过各种技术被制得,并且厚度、成分及微观结构都有所差异。本文首先采用高能微弧合金化技术(high energy micro-arc alloying,HEMAA)在304SS表面制备Co-10Mn、Co-40Mn、Co-10Mn/Co、Co-40Mn/Co、Co-8Mn-2Dy/Co、Co-38Mn-2Dy/Co涂层,然后在800℃空气中预氧化2h制得尖晶石保护层,最后研究了涂层在800℃空气中及空气-10H2O中的氧化行为。主要研究结果如下:通过反复试验优化获得最佳沉积参数,并分析了各参数对沉积增重的影响。SEM显示单沉积点形貌为中心凹陷边缘凸起的泼溅状,沉积层为沉积点无数次反复堆叠而成。沉积层XRD结果为立方结构的Co晶体。结合截面形貌及EDS分析得出Mn以条状或块状分布在Co金属中。通过反复试验优化获得最佳预氧化参数,氧化温度过高涂层剥落严重,氧化时间不足涂层不够致密;分别探讨了Co过渡层、不同CoMn比例及稀土元素Dy对涂层预氧化结果的影响。添加Co过渡层是表面涂层中的基体元素含量降低,最重要的是减少表面涂层与基体热膨胀系数之间的差异。沉积层中Mn浓度过高会生成富锰氧化物,使涂层抗剥落性能降低。稀土元素Dy可以提高涂层的粘附性能并阻止氧向内扩散。高温测试阶段,测得了各涂层及基体的氧化动力学曲线,发现氧化初期涂层增重速率比基体的快,说明涂层氧化生成了尖晶石保护层。随着氧化时间进一步增加,氧化增重逐渐变缓,最后停止,说明此时涂层具有良好的抗氧化性能。在SOFC阴极环境模拟测试,发现涂层在潮湿的空气中的粘附性比在干燥空气中好,预氧化处理可以提高涂层的抗腐蚀能力。

关键词：氧化物燃料电池连接板高能微弧合金化尖晶石涂层高温氧化行为

Co(Cu)Mn复合涂层的制备及其高温耐蚀与导电性能研究

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Co(Cu)Mn复合涂层的制备及其高温耐蚀与导电性能研究

作者：赖永彪江苏科技大学

学位级别：硕士

与传统电池相比,固体氧化物燃料电池(SOFC)有着极高的能量转换率和近似零污染的尾气排放,极具发展前景。随着对SOFC的不断改进,使铁素体不锈钢替代昂贵的陶瓷作为金属连接体材料成为一种可能。但铁素体不锈钢的高温抗氧化性不足,因此需... 详细信息

与传统电池相比,固体氧化物燃料电池(SOFC)有着极高的能量转换率和近似零污染的尾气排放,极具发展前景。随着对SOFC的不断改进,使铁素体不锈钢替代昂贵的陶瓷作为金属连接体材料成为一种可能。但铁素体不锈钢的高温抗氧化性不足,因此需要在其表面沉积一层高温耐蚀涂层来防止其氧化。Co(Cu)Mn尖晶石涂层的高温抗氧化性强,电导率较高,是作为金属连接体防护涂层的候选者之一。为此,本文首先采用真空电弧熔炼炉熔炼Co-40Mn、Co-38Mn-2La、Co-33Mn-17Cu、Mn-35Cu合金电极,并采用高能微弧合金化(HEMAA)工艺将合金电极沉积在430SS基材上。通过对各涂层的高温氧化,研究了稀土元素La的活性效应对Co-Mn涂层的高温抗氧化性和涂层与基材之间的粘附性影响,以及Cu掺杂Co-Mn涂层对生成Co-Mn尖晶石涂层的稳定性和导电性影响。除此之外,还研究了Mn-35Cu涂层的高温氧化行为,涂层氧化层中的元素浓度变化,生成尖晶石涂层的组成结构以及高温导电性等。最后综合比较了四种合金涂层热生长随时间演变特点,讨论研究四类涂层颗粒度、导电性以及产物演变等。其研究结果如下:通过真空电弧熔炼炉熔炼成的合金电极较为致密,采用HEMAA工艺制备的合金涂层与合金电极成分保持一致,沉积后的合金涂层均匀致密并与基材紧密结合,其厚度大约20-30μm。少量La的加入促进了尖晶石氧化物的形成,降低了Co-Mn涂层氧化膜的面比电阻。Co-38Mn-2La和Co-40Mn在750℃下氧化100h后,表面氧化物主要为(Co,Mn)O和CoO,在Co-38Mn-2La氧化物层中有富La的氧化物局部析出。氧化层能有效抑制430SS基材中的Fe、Cr的外扩散。Co-38Mn-2La在800℃的ASR值为24 m?·cm,低于固体氧化物燃料电池金属连接体普遍接受的上限100 m?·cm。Cu的掺杂使Co-Mn涂层氧化后生成的尖晶石更加稳定,且导电性都有显著的提高。Co-33Mn-17Cu在750℃下氧化100h后,表面生成了比(Co,Mn)O尖晶石更为稳定的MnCoO尖晶石,且能有效的抑制430SS基材中Fe、Cr的外扩散。Co-33Mn-17Cu氧化500h后,在800℃下的ASR值远小于Co-40Mn涂层,约为7.7 m?·cm。Mn-35Cu涂层在750℃下长时间氧化后,氧化层与430SS基材结合紧密,生成的表面氧化物主要为CuMnO尖晶石,Cu-Mn尖晶石涂层中的非尖晶石氧化物主要为富Mn的氧化物,且分散在氧化物涂层中。CuMnO尖晶石层能有效的抑制430SS基材中Fe、Cr的外扩散,且高温抗氧化性较强。Mn-35Cu涂层氧化500h后在800℃的ASR为4.2 m?·cm,远低于430SS基材。综合比较四种合金涂层热生长随时间演变特点,结果表明Co-Mn基涂层随着氧化时间的延长,表面尖晶石颗粒逐渐增大,而Mn-35Cu涂层氧化后的尖晶石颗粒呈现先增大后减小的趋势,且颗粒间的粒径差异较大。La的掺杂对表面尖晶石颗粒的生长有一定的限制作用。Co-40Mn和Co-38Mn-2La涂层在750℃下氧化后其氧化膜在800℃的ASR值呈现逐渐上升趋势,而Co-33Mn-17Cu和Mn-35Cu呈现逐渐下降的趋势,氧化膜表现出优异的导电性能。Co-33Mn-17Cu长时间氧化后,其表面主要为MnCoO尖晶石,表面氧化物单一,而其余三种涂层均有少量杂质氧化物相生成。Co-33Mn-17Cu合金涂层表现出优异的综合性能,在作为固体氧化物燃料电池金属连接体防护涂层方面极具竞争力。

关键词：金属连接体高能微弧合金化合金涂层氧化尖晶石面比电阻

汽轮机叶片钢表面高能微弧沉积316L不锈钢涂层优化工艺

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长沙理工大学学报（自然科学版） 2009年第1期6卷 55-58页

作者：任延杰陈荐何建军戎雪坤长沙理工大学能源与动力工程学院湖南长沙410004

采用高能微弧合金化技术在汽轮机叶片钢表面制备316L不锈钢涂层.通过正交实验方法研究制备过程中功率、电压和频率3个因素对涂层硬度、孔隙率、腐蚀失重及综合性能的影响.研究结果表明,输出电压对沉积层的性能影响较大,频率和功率次之;... 详细信息

采用高能微弧合金化技术在汽轮机叶片钢表面制备316L不锈钢涂层.通过正交实验方法研究制备过程中功率、电压和频率3个因素对涂层硬度、孔隙率、腐蚀失重及综合性能的影响.研究结果表明,输出电压对沉积层的性能影响较大,频率和功率次之;当工艺参数为:电压46 V,频率50 Hz,功率945 W时,得到的沉积层的综合性能最高.

关键词：汽轮机叶片高能微弧合金化正交试验