| 题名 | 不锈钢双极板表面高熵合金/氮共沉积涂层及其表面改性 |
| 作者 | 杨克蒋 |
| 答辩日期 | 2017 |
| 导师 | 罗永春 |
| 关键词 | 金属双极板 磁控溅射 高熵合金氮化物涂层 电化学性能 接触电阻 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)核心部件之一。传统石墨质双极板因其成本高、易碎、体积大和透气性高等特点制约了其应用。金属材料由于易加工、高强度与良好的导电性以及低成本等特性为双极板的制备和应用提供了新的途径。然而,金属在PEMFC运行环境下的耐蚀性及接触电阻仍不够理想,从而降低了燃料电池在运行过程中输出的电性能。研究表明,在金属双极板表面用过渡金属氮化物进行表面改性是提高金属基体材料耐蚀性和导电性的有效途径之一。基于高熵合金及其氮化物具有优良的耐蚀性能和导电性能,本文采用磁控溅射技术在304不锈钢上制备高熵合金氮化物薄膜进行表面改性,通过在模拟PEMFC环境中的电化学性能测试和界面接触电阻分析,系统探究了溅射工艺(衬底温度和氮流量比RN)对高熵合金氮化物成膜及其对304不锈钢表面改性后的性能影响。研究得到以下结果:1.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对沉积薄膜的形貌、成分和组织结构进行表征。结果表明,衬底温度对高熵合金FeCrCoNiMnNx薄膜的表面形貌和组织结构有显著影响,随衬底温度升高,薄膜的颗粒/晶粒尺寸增大;薄膜结构由FCC+BCC向FCC结构转变。氮流量比RN对FeCrCoNiMnNx高熵合金薄膜中的氮含量有明显的影响,随氮流量比RN升高,薄膜中的氮含量逐渐增大;氮流量比RN对薄膜的横截面形貌和组织结构没有明显的影响,薄膜均以岛状方式生长;薄膜结构均为FCC结构。2.在氮流量比RN=16.7%和不同衬底温度(40℃、300℃、500℃)下制备了FeCoNiCrMnNx高熵合金氮化物薄膜。电化学性能测试和界面接触电阻分析结果表明,在模拟PEMFC阳极/阴极环境中,与未镀膜304不锈钢相比,衬底温度T=300℃时形成的FeCoNiCrMnNx高熵合金氮化物涂层的耐腐蚀性提高了15倍,其导电性也提高了4倍,表现出较好的耐蚀性和导电性。3.在衬底温度为300℃和不同氮流量比RN(0.0%、16.7%、28.6%、37.5%)下制备了FeCoNiCrMn高熵合金氮化物薄膜。电化学性能和界面接触电阻测试结果表明,在PEMFC阴极/阳极环境中,氮流量比RN=28.6%时形成的合金氮化物薄膜涂层的腐蚀电流密度及恒电位极化前后的界面接触电阻值均小于其它氮流量比条件下制备的高熵合金氮化物薄膜,表现出更优异的耐蚀性和导电性。表明高熵合金氮化物薄膜更有利于改善不锈钢的耐腐蚀性和导电性。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 62 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93307]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨克蒋. 不锈钢双极板表面高熵合金/氮共沉积涂层及其表面改性[D]. 2017. |
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