بخشی از مقاله
چکیده
پوششهای محافظ و رسانا که در مقابل رشد پوسته اکسیدی مقاومت میکنند و باعث کاهش تبخیر کروم میشوند برای افزایش بازدهی و عمر کاری صفحات اتصال دهنده فلزی مورد استفاده در سلول های سوختی اکسید جامد مورد نیازند. برای این منظور می توان اتصال دهندهها را با لایههای خاصی پوشش داد. در این تحقیق با استفاده از روش سمانتاسیون فشرده، پوشش کبالت بر روی زیر لایه فولاد آستنیتی زنگ نزن AISI 304 ایجاد شد.
به منظور ایجاد پوششی بدون ترک و تخلخل، عملیات سمانتاسیون فشرده در زمان های 3، 4 و 5 انجام شد. پوشش ایجاد شده در هر مرحله توسط میکروسکوپ الکترونی SEM مورد مطالعه قرار گرفت و میزان تخلخل و ضخامت پوشش بررسی شد. برای بررسی تاثیر زمان رسوب دهی بر رفتار اکسیداسیون، نمونه های پوشش داده شده و بدون پوشش تحت دو آزمون اکسیداسیون همدما و سیکلی در دمای 800 قرار گرفتند. نتایج نشان داد که پوشش ایجاد شده بعد از 5 ساعت عملیات سمانتاسیون فشرده بیشترین مقاومت به اکسیداسیون را نسبت به پوشش های ایجاد شده بعد از 3 و 4 ساعت دارد.
مقدمه
پیلهای سوختی اکسید جامد - SOFCs - نمایندههای نوید بخشی برای سیستم های تبدیل انرژی هستند. این سیستمها دارای بازدهی انرژی بیشتری نسبت به سیستم های موتوری حرارتی قدیمی و نسبت به سایر انواع پیل های سوختی هستند و در حال حاضر بالاترین دما را در میان انواع پیلسوختی دارد. صفحات اتصال دهنده به عنوان یک جز اصلی در پیلهای سوختی اکسید جامد در نظر گرفته میشوند که به طور فیزیکی گازهای سوختی و اکسید کننده را از هم جدا میکند ، گازها را در الکترودها توزیع میکند و اتصال الکتریکی بین پیلها را برقرار می کند.
به دلیل دمای کاری نسبتاً بالای این پیل ها، صفحات اتصال دهنده باید دارای خصوصیاتی مانند، مقاومت به اکسیداسیون در دمای بالا در اتمسفر کاری کاتد و آند، هدایت الکتریکی بالا و تطابق ضریب انبساط حرارتی عالی با سایر اجزا باشد. کاهش دمای کاری سلولهای سوختی اکسید جامد به کمتر از 850 °C استفاده از آلیاژهای فلزی به عنوان صفحات اتصال دهنده را مقدور میسازد. مواد فلزی دارای مزیت هایی شامل : سهولت تولید، هزینه کم، هدایت حرارتی و الکتریکی بالا هستند. در میان آلیاژهای فلزی ، فولادهای زنگ نزن فریتی و آستنیتی یکی از بهترین مواد برای استفاده در این پیلها هستند
به هر حال زیر لایه برهنه برای مدت طولانی بعد از کارکرد در دمای بالا پایدار نمیماند که این به دلیل رشد پیوسته لایه اکسیدی کرومیا و تبخیر CV - VI - است که این خود میتواند الکترولیت و کاتد را آلوده کند و کارکرد پیل سوختی را دچار مشکل کند. یکی از موثرترین اقدامات برای بهبود خصوصیات این صفحات استفاده از یک لایه پوشش بر روی زیر لایه به منظور بهبود هدایت الکتریکی، کاهش رشد لایه های اکسیدی و کاهش تبخیر کروم است.
تحقیقات اخیر بر روی ایجاد پوشش های محافظ - رسانا متمرکز شده اند. تکنیک های متعددی برای ایجاد پوشش بر روی فولادهای زنگ نزن فریتی به کار گرفته شده است. این تکنیک ها شامل آبکاری الکتریکی-10] [7، رسوب الکترو شیمیایی آندی [11]، رسوب الکتروشیمیایی کاتدی و سمانتاسیون فشرده است .[12-15] تکنیک سمانتاسیون فشرده به دلیل هزینهی کم، چسبندگی خوب لایه رسوب داده شده بر روی زیرلایه و کاربرد گسترده آن، مورد توجه قرار گرفته است.
هدف این تحقیق رسوب کبالت به روش سمانتاسیون فشرده بر روی فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304 بوده است. تاثیر پارامتر زمان برای رسوب کبالت بر روی زیر لایه بررسی شد و ضخامت پوشش ایجاد شده، مقدار تخلخل وچسبندگی پوشش بر روی زیر لایه مورد بحث و بررسی قرار گرفت. از دو ازمون اکسیداسیون همدما و سیکلی برای بررسی مقاومت به اکسیداسیون پوشش ها استفاده شد.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304 به عنوان زیر لایه استفاده شد. ترکیب شیمیایی این فولاد در جدول1 نشان داده شده است. از این فولاد قطعاتی به ابعاد 10×5×2mm با دستگاه کاتر تهیه شد. در مرحلهی بعد نمونه ها با کاغذ سنباده SiC تا شماره 1200پولیش داده شدند و با دستگاه آلتراسونیک در محلول استون و متانول چربی گیری شدند. از پودرهای کبالت، اکسیدآلومینیوم و کلرید آمونیوم استفاده شد.
جدول-1 ترکیب شیمیایی فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304
به منظور ایجاد رسوب کبالت بر روی زیر لایه فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304 از عملیات سمانتاسیون فشرده استفاده شد. برای انجام عملیات سمانتاسیون فشرده از یک کوره استوانهای که دارای محدوده دمایی ثابت 150 mm بود استفاده شد. نمونهها در میان پودر مورد نظر در جعبههای استوانهای از نوع فولاد زنگ نزن به قطر 35mm و ارتفاع 20mm به صورت فشرده قرار گرفتند و سپس درب جعبهها با چسب نسوز درز بندی شد.
جعبهها به مدت 1 ساعت در دمای 150 درجه سانتیگراد قرار گرفتند تا آب بندی شده ورطوبت احتمالی تبخیر شود. سپس درجه حرارت کوره تا دمای پوششدهی نهایی 800 - درجه سانتیگراد - افزایش یافت و برای مدت زمانهای 3، 4 و 5 ساعت در آن دما نگه داشته شد. در طی انجام فرآیند پوششدهی همواره نمونهها تحت جریان گاز آرگون قرار داشتند تا از اکسیداسیون آنها جلوگیری شود. جدول2 شرایط پوشش دهی نمونهها را تحت عملیات سمانتاسیون فشرده نشان میدهد. نمونه ها تحت سه زمان رسوب دهی 3، 4 و 5 ساعت قرار گرفتند تا بهترین شرایط ایجاد پوشش از نظر چسبندگی روی زیرلایه و عدم وجود حفره و تخلخل ایجاد گردد.
جدول-2 شرایط پوشش دهی نمونه ها به روش سمانتاسیون فشرده
