固体氧化物燃料电池金属连接体研究中若干问题的探讨

以含Mn的固体氧化物燃料电池（SOFC）金属连接体Fe-Cr-Mn合金为研究对象,探讨了目前在研究过程中面比电阻理论,面比电阻实验测试和合金表面氧化物XRD谱分析中存在的几个问题．导出了正确的面比电阻公式,对氧化合金表面生成的氧化物相结构进行了深入探讨．     

304N不锈钢表面电弧喷涂复合涂层高温氧化防护机制

为了延长奥氏体不锈钢部件在高温环境下的工作寿命,采用电弧喷涂方法在304N不锈钢表面制备45CT/Al复合涂层,对复合涂层试件进行1 100℃×350 h的连续氧化实验,考察其高温氧化行为,通过研究复合涂层的微观组织变化,探索其高温防护机制.实验结果表明,复合涂层以两种方式为304N不锈钢基体提供有效的高温氧化保护.一方面保证在涂层体系中具有足够的Al、Cr元素,在涂层外表面形成以Al2O3为主的氧化物防护层,阻止氧化介质的向内侵入;此外,在复合涂层下的基体金属中形成层状分布的AlN扩散阻挡层,延缓复合涂层体系中Al、Cr抗氧化元素的质量分数减少,使复合涂层保持持久的高温氧化防护能力.     

固体氧化物燃料电池连接体研究进展

首先介绍了作为固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体材料所必备的条件和特性,然后对目前已被开发的SOFC连接体材料在高温环境下存在的问题作了概括性的评述,并指明了各种连接体材料的今后发展趋势.最后着重指出含稀土元素及其它微量元素的铁素体不锈钢是今后平板型SOFC连接体材料研究的一个重要方向.     

Cu、Mn复合氧化物及其负载Au催化剂的研究

研究了Cu、Mn复合氧化物及其负载型An催化剂的物相结构、表面形貌、体相及表面的化学组成,考察了它们对CO氧化的催化活性及在200℃下进行氧化处理的效果．结果表明：Au和Ce加入Cu、Mn复合氧化物中,可提高其对CO氧化的催化活性;对催化剂进行氧化处理后,催化活性有所增加,表明对CO氧化的活性与晶格氧的数量有关;用浸渍法、涂层法所制备的催化剂其活性小于用共沉淀法制备的催化剂．     

900℃加热后热喷涂FeCrAl/AlSi复合涂层组织变化

为开发一种经济可靠的高温防护涂层,采用电弧喷涂方法在低碳钢表面制备FeCrAl/AlSi复合涂层,并对复合涂层试件进行900℃温度下的2400h加热,以考察其高温氧化表现和微观组织变化.实验结果表明：复合涂层中抗氧化元素的相互配合很好地保护了基体金属.900℃加热3h,防护涂层表面以及内部的氧化物以Al2O3为主,涂层/基体界面两侧形成Cr元素的扩散带.经过2400h加热后,复合涂层外表面氧化物层增厚,涂层/基体界面原位生成铬的氧化物,界面基体金属一侧存在约200μm宽的Cr元素扩散带.     

溶胶-凝胶法制备Al2O3-CeO2-Y2O3复合防护涂层

采用溶胶-凝胶技术在SUS304不锈钢表面制备Al2O3-CeO2-Y2O3复合涂层.SEM,EDS和XRD分析表明,当增稠剂的用量为5％时,获得的复合氧化物涂层致密、无裂纹.采用Solartron 1287和Solartron 1260电化学工作站对涂层耐腐蚀性能进行分析,结果表明,与基体相比复合氧化膜具有更高的耐腐蚀性.     

固相配位反应法制备Cu0．30Ni0.66Mn2．04O4超细粉体

以乙酸盐和草酸为原料,采用室温固相配位反应制得Cu0.30Ni0.66Mn2.04（C2O4）·nH2O复合草酸盐,将该草酸盐在800℃煅烧2h,得到尖晶石相Cu0.30Ni0．66Mn2.04O4复合氧化物粉体。该氧化物粉体粒径均匀细小,一次粒径为-150nm;烧结活性较高,在1050℃烧结5h制得的热敏陶瓷相对密度高达-97％。     

溶胶凝胶旋涂法制备不锈钢Al2O3-CeO2-Y2O3复合涂层

本文以Al（NO3）3·9H2O,Ce（NO3）3·6H2——Y（NO3）3·6H2O为原料,PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为稳定剂,用sol-gel法通过共沉淀水解再胶溶的办法,得到透明、稳定性能好的复合溶胶.利用旋涂法在SUS304不锈钢基体表面涂覆凝胶膜,经热处理得到复合涂层.采用XRD、SEM、EDS和电化学工作站等测试技术对复合涂层的相组成、微观形貌、成分及耐腐蚀性能等进行测试、表征.实验结果表明：用溶胶凝胶旋涂法能够成功制备出均匀的Al2O3-CeO2-Y2O3复合涂层.当主盐硝酸铝的浓度为0.60 mol/L,加入PVP含量为0.3 mol/L时,旋涂速度为3000r/min,旋涂8次,采用自然干燥再经过800℃煅烧能制得较为均匀连续,并且具有优良抗腐蚀性能的Al2O3-CeO2-Y2O3复合涂层.     

电弧离子镀(Ti,Al)N涂层高温氧化形貌分析

利用电弧离子镀在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面上沉积了(Ti,Al)N梯度涂层,通过用扫描电镜对700℃空气条件下氧化500h试样表面形貌分析来测定其抗高温氧化性能.分析表明:700℃条件下(Ti,Al)N涂层试样表面形成致密完整的Al2O3氧化物层,在200h以后出现少数氧化物颗粒的长大现象.分析认为(Ti,Al)N涂层优良的抗高温氧化性能是由于其特有的成分与结构所致.(Ti,Al)N为陶瓷涂层,氧化时先要发生氮化物的分解,而生成的Al2O3氧化膜不仅可以抑制O、Al等元素的扩散,也会抑制N元素的扩散,使N2在氧化反应界面处富集而降低氧分压,从而会进一步降低氧化速度,少数大氧化物颗粒的出现对涂层的高温氧化性影响甚微.     

磁控溅射Co-40Cr-0.5Y纳米超细晶涂层抗氧化性能研究

利用磁控溅射法在Co-40Cr基体上制备纳米级Co-40Cr．0．5Y涂层．1000℃空气中恒温氧化和循环氧化实验表明：该涂层的抗氧化性能好于基材Co－40Cr合金．声发射（AE）实验表明：该涂层表面氧化膜有较好的抗开裂和抗剥落性能．原因主要是该涂层氧化后形成晶粒十分细小（小于1μm）的Cr2O3膜,此外,涂层中的钇在降低氧化膜生长速率的同时,还使氧化膜有较好的高温塑性及粘附性．     

固体氧化物燃料电池阳极材料La0.8Mg0.2Cr0.8M0.2O3-δ（M=Zn,Al,Zr）的研究

采用Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)作为电解质材料,La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)作为阴极材料,以溶胶—凝胶法制备的La0.8Mg0.2Cr0.8Zn0.2O3-δ,La0.8Mg0.2Cr0.8Al0.2O3-δ,La0.8Mg0.2Cr0.8Zr0.2O3-δ粉体作为阳极材料,组装硫氧固体氧化物燃料电池。分别以硫蒸汽和二氧化硫气体为燃料气,测试电池阳极材料性能。结果表明:以硫蒸汽为燃料,La0.8Mg0.2Cr0.8Zn0.2O3-δ在750℃达到最大开路电压420 mV,此时最大功率密度为23 mW/cm2;以二氧化硫为燃料,La0.8Mg0.2Cr0.8Zn0.2O3-δ在650℃获得最大开路电压162 mV,最大功率密度为2 mW/cm2。催化效果顺序为La0.8Mg0.2Cr0.8Zn0.2O3-δ>La0.8Mg0.2Cr0.8Al0.2O3-δ>La0.8Mg0.2Cr0.8Zr0.2O3-δ。     

Preparation and High Temperature Oxidation Properties of Micro-Crystalline MGH754 ODS Alloy Coatings

A special coating technique, electro-spark deposition (ESD), was developed to produce micro-crystalline ODS MGH754 alloy coatings on a commercial ICrl8NigTi stainless steel and a cast Ni20Cr alloy substrates. The coatings have a very fine grain structure and metallurgical bonding with the substrates. The isothermal oxidation tests at 1000 ℃ in air showed that the micro-crystalline ODS alloy coatings had a much reduced oxidation rate and improved scale spallation resistance compared with the uncoated alloys. The selective oxidation of Cr was greatly promoted to form protective and continuous Cr2O3, scales on the alloy surface. Micro-crystallization and oxide dispersions have synergistic effects on the improvement of oxidation resistance. The beneficial effects were discussed based on the experimental results.     

680℃蒸汽下T91钢的氧化行为

采用热分析天平连续称重法对T91钢680℃水蒸气氧化动力学进行研究,用扫描电镜、X射线能谱仪和X—Ray物相分析仪对腐蚀产物的形貌、成分、物相等进行测定。结果表明：T91钢在氧化45h后,其动力学曲线服从直线规律,氧化速率为0．189g·m^-2·h^-1;氧化膜呈现明显三层结构,内层为致密富Cr的CrFe2O4无晶界层,中层存在大量柱状空洞贫Cr的以Fe3O4为主、CrFe2O4少量的尖晶石层,外层为Fe2O3无Cr的等轴状晶组织。     

3种13Cr材料在CO_2和H_2S共存时的腐蚀性能研究

CO2和H2S共存时13Cr腐蚀性能较为复杂,极易发生失效.通过高温高压釜模拟油田现场环境,采用失重法对比研究了0Cr13、1Cr13、2Cr13在CO2和H2S共存时,气-液两相中的腐蚀性能.采用SEM、EDS、XRD等方法对腐蚀后试样表面形貌及成分进行了分析.结果表明,3种材料在此环境下均发生了严重的全面腐蚀,平均腐蚀速率0Cr13〉1Cr13〉2Cr13,液相平均腐蚀速率大于气相平均腐蚀速率;3种材料均有点蚀发生,气相中点蚀较液相严重.能谱及XRD分析结果显示,材料表面腐蚀产物主要为FeS0.9,主要发生了H2S腐蚀.     

过共品铸造Al-Si—Cu—Mg—Fe合金组织性能研究

通过正交试验和单因素试验,考察了Cu、Mg、Zn、Ni和Fe对Al—18Si过共晶铝硅合金室温及高温（350℃）力学性能的影响规律,利用光学金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDX）对合金中富Cu相、富Fe相的组织组成进行了分析．结果表明：Cu、Mg是提高AI-18Si过共晶铝硅舍金室温及高温强度的主要因素;Zn含量增加明显降低合金350℃时的高温强度,改善合金的室温和高温延伸率;Fe降低合金的室温强度,显著提高合金的高温强度;当Cr：Fe=0．35：1,Mn：Cr=2：1,含铁0．8％～1．2％时,Al-18Si-4．0Cu-0．7Mg-0．2Zn-1.0Ni-（0．8～1．2）Fe合金力学性能σb（25℃））310MPa,延伸率受（25℃）≥0．75%,σb（350℃）〉130MPa,延伸率δs（35℃）〉1．5％;合金中富铜相主要以块状Al。Cu相和白灰色花卉状A15Si。cu2Mg8相存在,富铁相主要以三叶草状、树枝状和棒状Al5Si（Cr,Mn,Fe）相存在．     

纳米晶304不锈钢高温氧化膜中氧元素的XPS研究

利用X-射线光电子谱(XPS)研究普通304不锈钢(CP-SS304)和用深度轧制技术制备块体的纳米晶304不锈钢(BN-SS304)在900℃空气中氧化24h形成氧化膜中氧元素的结合能和原子百分比.BN-SS304和CP-SS304氧化膜表面氧元素以分子态(O0)和离子态(O2-)存在;BN-SS304和CP-SS304氧化膜中O0和O2-的结合能相同;Ar+溅射400s时不存在分子氧,而CP-SS304氧化膜溅射800s时不存在分子氧;从溅射开始至溅射800s,BN-SS304氧化膜中O2-与(O2-+O0)原子数的比值大于CP-SS304,最大差距为8.92％.结果表明,BN-SS304氧化膜表面吸附O2深度较低;BN-SS304氧化膜致密性更好.     

TP304H和TP347H高温水蒸气的氧化动力学行为

为了研究TP304 H和TP347 H在不同温度下的水蒸气氧化情况,采用不连续称重法对TP347 H和TP304 H钢的高温水蒸汽氧化动力学进行了研究.结果表明:在560℃、590℃、620℃和650℃温度下TP347 H和TP304 H钢的氧化动力学曲线均遵循抛物线(Δm=ktz);TP347 H钢在水蒸气中的抗氧化性能比TP304 H钢好;随着温度的升高,TP347 H和TP304 H钢氧化速率加快,且在590℃到620℃温度段两种材料的氧化速度均变化较快.     

中温氧化物燃料电池电解质材料制备和性能研究

中温固体氧化物燃料电池（SOFCs）的工作温度应低于800℃。本文重点对ZrO2基、CeO2基、Bi2O3基和ABO3型电解质材料的最新进展和发展趋势作了综述。以8%氧化钇稳定氧化锆（8YSZ）作为电解质的SOFCs,工作温度在1000℃左右。经较低价的碱土和稀土离子（Sr2＋,Ca2＋,Sc3＋和Y3＋）掺杂稳定ZrO2,在800℃,氧化钪掺杂氧化锆（Zr0.9Sc0.1O1.95,scandia doped zirconia,SSZ）的电导率（0.1S/cm）比Zr0.9Y0.1O1.95（10YSZ）的（0.03S/cm）高得多。薄膜化是改进氧化锆基电解质的电导性能的另一个途径。厚度小于10μm的YSZ基SOFCs,在800℃时功率密度最大可达2W/cm2。研究新的稳定的双掺杂电解质材料将会是CeO2基材料研究的重点。Y2O3和Sm2O3共掺杂（Y0.1Sm0.1Ce0.8O1.9,YSCO）在800℃时电导率可达到0.0549S/cm,电导活化能为0.77eV。Sr和Mg共掺杂LaGaO3（LSGM）阳离子导体已成为中低温SOFCs的重要候选电解质材料。钙钛矿型氧化物是除了Bi2O3以外氧离子电导率最高的陶瓷材料。寻求新的、优良的中温SOFCs电解质材料仍是目前推动中温SOFCs实用化的关键因素之一,薄膜化技术是研究的另一个重点。     

温度、应变率和晶粒对Mn18Cr18N钢高温塑性的影响

通过拉伸热模拟试验研究了温度、应变率和晶粒尺寸对Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢高温塑性的影响。结果表明：在800℃~1 200℃温度范围内,Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的塑性随温度升高而升高,1 200℃时达到最好,然后开始下降;应变率通过再结晶的作用而影响塑性;当温度低于1100℃时,细晶粒尺寸材料的塑性优于粗晶粒尺寸,而温度高于1 100℃时中等晶粒尺寸材料塑性最好。