بررسي اثر پوشش اسپينلي مس - منگنز بر ممانعت از مسموميت كاتدي در پيل سوختي اكسيد جامد

كارشناسي ارشد

نياز بشر به انرژي پاك سبب توسعه روش‌هاي نو همچون پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد براي توليد انرژي شده است. امروزه فولادهاي زنگ‌نزن فريتي به عنوان اتصال‌دهنده براي پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد شناخته شده‌اند. رشد بيش‌از‌حد پوسته اكسيدي و مسموميت كرومي، مهمترين موانع بر سر راه استفاده از اتصال‌دهنده‌هاي فولادي در پيل سوختي اكسيد جامد به شمار مي‌آيند. براي رفع اين مشكلات پوشش‌هاي مختلف معرفي و روش‌هاي گوناگوني براي ايجاد آن‌ها توسعه يافته است. در سال‌هاي اخير استفاده از روش آبكاري لايه‌هاي متوالي و اكسيداسيون بعدي براي ايجاد پوشش اسپينلي مس - منگنز به واسطه‌ي هدايت الكتريكي بالاي آن، بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش به‌منظور ايجاد پوشش اسپينلي مس - منگنز، به ترتيب لايه‌هاي مس و منگنز با ضخامت‌هاي تقريبي 4 و 6 ميكرون روي فولاد زنگ‌نزن فريتي 430 آبكاري شدند. براي بهبود چسبندگي پوشش مس به زيرلايه فولادي، لايه نازك نيكل با ضخامت كمتر از 1 ميكرون قبل از آبكاري مس روي سطح ايجاد شد. سپس عمليات اكسيداسيون در هوا با دماي 750 درجه سانتي‌گراد موجب نفوذ متقابل مس و منگنز و همچنين ورود اكسيژن به ساختار آن‌ها و در نتيجه منجر به تشكيل فاز اسپينلي با تركيب Cu1.4Mn1.6O4 شد. براي ارزيابي پوشش و تعيين سازوكار تبديل لايه‌هاي فلزي به اسپينل، آناليز پراش پرتو ايكس، ميكروسكپ الكتروني روبشي، آناليز EDS و آزمون شوك حرارتي مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد آبكاري لايه‌اي و اكسيداسيون بعدي روشي مناسب براي ايجاد پوشش اسپينلي مس - منگنز است. با بررسي نتايج آناليز پراش پرتو ايكس و تصاوير ميكروسكپي مشخص شد فاز اسپينل مس - منگنز پس از 3 ساعت اكسيداسيون روي سطح ايجاد مي‌شود اما به‌منظور ايجاد لايه محافظ و چگال اسپينلي حداقل 6 ساعت اكسيداسيون نياز است. آناليز عنصري و نقشه توزيع عناصر در مقطع عرضي پوشش نشان داد، پوشش ايجادشده پس از 100 ساعت اكسيداسيون در جلوگيري از خروج كروم زيرلايه موفق عمل كرده است. با استفاده از لايه نازك نيكل، بهبود چشمگيري در چسبندگي پوشش به زيرلايه و افزايش نرخ موفقيت در آبكاري و اكسيداسيون ايجاد شد؛ در واقع با استفاده از لايه نازك نيكل، كسر نمونه‌هاي سالم پس از عمليات آبكاري از حدود 15 درصد به بالاي 95 درصد و پس از عمليات اكسيداسيون از حدود 20 درصد به بيش‌از 90 درصد رسيد. با تعيين سازوكار تبديل لايه‌هاي فلزي به اسپينل، دليل ايجاد خميدگي در پوشش يا به اصطلاح عيب تاول در پوشش شناسايي شد. در ادامه كپسوله‌كردن نمونه در لوله كوارتز و عمليات حرارتي در محيط خنثي به‌منظور كنترل اين عيب انجام شد. نتايج نشان داد اگرچه عيب تاول با انجام عمليات حرارتي در محيط خنثي حذف شده اما نفوذ بيش‌از‌حد آهن به پوشش طي عمليات حرارتي مانع تشكيل فاز اسپينل مس - منگنز مي‌شود.

191954

دانشگاه علم و صنعت ايران

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

دكتر منصور سلطانيه - دكتر سعيد رستگاري