用于燃料电池双极板的不锈钢成分优化

• 作者: 黄一川 王清 张爽 董闯 吴爱民 林国强
• 来源期刊: 金属学报
• 关键词: 不锈钢 双极板 酸钝化 电化学氮化 耐蚀性 界面接触电阻 钝化膜
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 页码范围: 651-664
• 页数: 14页
• 分类号: TM911.4
• 语种: 中文
• DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00131

摘要

利用团簇式方法,通过对Fe-Cr-Ni合金进行成分精修,在保持合金良好耐蚀性的同时,提升不锈钢的导电性.首先,解析316L不锈钢的成分,获得其Fe-Cr-Ni基础成分的理想团簇式[Ni-Fe11Ni1]Cr3,进而,固定Cr3,将Ni含量(质量分数)从6.63％变到32.74％,得到符合团簇成分通式[Ni-Fe13-x,Nix-1]Cr3=Fe13-xNixCr3(x=1～5)的合金成分.利用真空电弧熔炼并铜模浇注成直径10 mm试棒,随后进行固溶及水淬处理.实验结果表明,在模拟双极板服役环境(0.5 mol/L H2SO4+2×10-6 HF)下,随着Ni含量提高,在酸钝化后,自腐蚀电流密度由14.39 μA/cm2降低至1.10 μA/cm2,在电化学氮化后,由1.03 μA/cm2降低至0.29 μA/cm2.这些数据均优于参照合金316L不锈钢(分别为7.51和0.47 μA/cm2),甚至低于0.5 μA/cm2的目前产业目标.在0.064 MPa压力下接触电阻逐渐减小(酸钝化后,从1.16 Ω·cm2减至0.98 Ω·cm2,电化学氮化后,从1.07Ω·cm2减至1.03Ω·cm2),优于316L不锈钢的1.1 Ω·cm2.上述实验结果表明,Ni含量的持续添加能够提升合金作为双极板的使役性能,最佳的不锈钢成分配方为[Ni-Fe10Ni2]Cr3,可以作为替代316L的新型不锈钢.电化学氮化处理方法在提升合金耐蚀性的同时,保持了相当高的接触电阻,是较好的不锈钢双极板表面处理方法.