多孔金属流场双极板研究进展

多孔金属是一种兼具结构与功能的材料,得益于其低密度、高孔隙率、可控渗透性的优点,在许多领域都有广泛应用。本文综述了多孔金属在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)双极板流场中的研究进展,相较于传统流道流场,高开孔率(>70%)的多孔金属具有相互连通的三维立体结构,可以增加气体分布均匀性、并加强气体传质、增强电子和热的传导及水的排出,从而对电池性能有较大提升。同时探讨多孔金属参数、流场结构设计、服役参数目和多孔材料本身对多孔金属流场在PEMFC应用中的影响。目前阻碍多孔金属在PEMFC应用的最大问题是腐蚀,且多孔金属内部结构复杂对涂层制备工艺提出更大挑战,因此如何有效解决多孔金属在PEMFC两极环境中的腐蚀问题,对推进多孔金属在燃料电池领域中的应用意义重大。     

N5基体与NiCrAlY粘结层界面元素互扩散行为研究

采用EB-PVD技术在镍基合金ReneN5基体表面沉积NiCrAlY粘结层,并对试样进行1000℃不同时间的恒温氧化处理,通过SEM、EDS、XRD研究了基体与粘接层界面元素互扩散行为和反应区的形成机制。结果表明:在1000℃条件下,NiCrAlY粘结层中的Al、Cr元素会向N5基体扩散,形成以β-NiAl和α-Cr相为主的互扩散反应区;而N5基体中的Ni元素则会向NiCrAlY粘结层扩散,形成以γ′-Ni_3Al相为主的二次反应区和以难熔金属为主的TCP相。     

钽表面微弧氧化陶瓷层的抗氧化性能

通过微弧氧化技术在钽金属表面制备陶瓷层,并采用SEM观察了陶瓷层的表面形貌,采用增重法对陶瓷层的抗氧化性能进行研究,探讨了放电电压、放电频率、氧化时间对陶瓷层抗氧化性能的影响。结果表明,对钽金属表面进行微弧氧化处理,可以显著提高钽金属的高温抗氧化性能,对高温抗氧化性影响最大的两个原因是微弧氧化陶瓷层中铝元素的含量和致密性。在电压400V、1 000Hz、20min时陶瓷层的高温抗氧化性最好。     

ZrO_2(ZrB_2)活性扩散障界面演变行为的研究（英文）

采用电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition,EB-PVD)技术在镍基单晶合金Rene N5基体上制备出N5/(ZrB_2+ZrO_2)/Ni Cr Al和N5/ZrO2/NiCrAl两组试样。然后,同时对其进行900℃/5 h恒温氧化和1000℃/250 h、1000℃/300 h及1000℃/350 h循环氧化,并采用SEM、EDS分析方法研究了界面演变行为及退化失效行为,结果表明,Zr B2的加入对活性扩散障界面反应的生成速率有一定的延缓,但不影响具有阻扩散功能的Al2O3扩散障层的最终形成;并且,Zr B2的加入提高了活性扩散障结构的服役寿命,改变了活性扩散障结构的失效方式。     

激光改性对YSZ涂层结构与性能的影响

本文采用电子束物理气相沉积技术在Ni基单晶基体表面制备双层结构的热障涂层后,采用脉冲Nd:YAG激光对其进行激光表面改性处理,获得具有复合陶瓷层结构的热障涂层。然后,对改性前后试样进行了1100℃高温氧化处理,并采用SEM和XRD分析了激光改性对涂层微观形貌和组织结构,以及抗氧化性能和耐腐蚀性能的影响。结果发现：激光改性处理后,试样表面形成致密平整的重熔层组织,该组织与原柱状晶组织共同构成了复合结构的陶瓷层,复合结构的陶瓷层减缓了有害元素向基体的扩散行为,提高了涂层的抗氧化性能和耐腐蚀性能。     

多层结构热障涂层抗热震性能的研究

本文采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在镍基单晶合金N5基体上制备了双层热障涂层(粘结层+陶瓷层)和三层热障涂层(粘结层+混合层+陶瓷层),并对两组涂层体系的热循环性能进行1100℃保温5min 水冷的热震实验,对其微观组织结构采用扫描电镜、能谱仪以及X射线衍射进行了分析。研究发现,在粘结层和陶瓷层之间添加的混合层(NiCrAlY+YSZ)能够延缓TGO层的生长,并具有缓解内应力的作用,两者的共同作用使得三层结构的热障涂层表现出更为优异的热匹配性。     

电压对TC4钛合金表面微弧氧化膜层红外发射率的影响

在硅酸盐、磷酸盐及高锰酸钾的混合电解液中研究了不同电压对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析了膜层的微观形貌、相组成及化学成分,用傅里叶变换红外光谱仪测试了样品的红外发射率。结果表明,随着电压的升高,膜层的厚度、粗糙度及红外发射率持续增加,膜层中Ti O2与Ti的特征峰逐渐减弱,非晶相成为主要的组成部分。结合XRD与XPS分析结果可推断膜层中主要元素Si、P、Mn均以非晶态存在。当电压为540 V时膜层发射率有较大幅度的增加并达到最大,在8-20μm的波段范围内平均发射率可达0.84。     

钛表面辉光无氢渗碳电极结构尺寸优化及渗碳效果分析

针对钛表面辉光无氢渗碳技术中的电极结构,通过对辉光放电状态下等离子体中电子的作用分析,计算并优化了石墨源极与钛工件极距离、工件极和源极尺寸以及放电气体压力的数值,得出源极与工件极距离为20~40 mm,工件极的尺寸大于20 mm,源极的尺寸大于40 mm,放电气体分压大于20 Pa时,可以使电子未碰撞及几率几乎为零,能够实现石墨源极的高效溅射,并通过试验对上述结果进行了论证。     

熔盐电解法制备高钛铁合金

采用电化学还原法,温度为900℃,在CaCl2熔盐中以烧结的TiO2与钛铁矿混合物(Ti:Fe=1:1原子比)为阴极,石墨棒为阳极,制备出了高钛铁合金.探讨了混合物烧结后的相组成变化及高钛铁合金的合金化历程.实验结果表明,混合物烧结后,TiO2由锐钛矿结构转变为金红石结构,钛铁矿转化为热力学稳定的Fe2TiO5.钛铁矿的晶体结构由烧结前的三方晶系经950℃以上烧结后,转变为斜方晶系的Fe2TiO5.制备出的高钛铁中铁钛含量分别为:77.19％和9.68％(质量分数).其合金化历程为:TiO2先生成CaTiO3,然后继续脱氧还原为金属钛;钛铁矿优先还原出金属铁,然后与生成的金属钛发生合金化反应生成钛铁合金.表明熔盐电解nO2与钛铁矿的混合物是一条制备高钛铁合金的新途径.优化电解条件提高电流效率可进一步提高电解速度,得到质量更高的高钛铁合金.     

反应温度及时间对奥氏体不锈钢渗铬层组织结构的影响

利用固体粉末包埋技术对316H奥氏体不锈钢进行了1090℃保温0.5～20 h和750～1150℃保温10 h的化学热处理,研究了不同工艺参数对渗铬层组织结构和耐磨性的影响。通过光学金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)等分析手段,研究了保温时间和反应温度对渗铬层的微观组织结构的影响规律,使用摩擦磨损试验机研究了不同工艺参数对渗铬层耐磨性的影响。结果表明:反应温度对渗铬层的厚度影响显著,在同一温度下进行渗铬,渗铬层的厚度与渗铬时间呈抛物线关系;渗铬层主要由Cr_(23)C_6、Cr_2C和α-Fe-Cr固溶体组成,在渗铬过程中,首先在试样表面形成碳铬化物层,随着反应温度提高或保温时间延长,在碳铬化合物层下会生成α-Fe-Cr固溶体层,进一步提高反应温度和保温时间,碳铬化合物层逐渐消失。渗铬后试样的耐磨性明显提高,且在相同温度下渗铬,保温时间短的耐磨性好;相同保温时间,反应温度低的耐磨性好。