بررسی اثر عملیات اکسیداسیون سطحی بر رفتار آلیاژ پایه نیکل آلومیناید IC221M جهت بکارگیری در صفحات جداکننده پیل سوختی کربنات مذاب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

پایداری شیمیایی آلیاژ پایه نیکل آلومیناید IC221M  پس از انجام عملیات اکسیداسیون در دمای بالا، در محیط کربنات مذاب با ترکیب یوتکتیک LiNaCO3، به‌منظور تعیین امکان جایگزینی آن در بخش آب‌بندی تر در پیل سوختی کربنات مذاب مورد بررسی قرار گرفت. دما و زمان مطلوب اکسیداسیون به ترتیب C֯1000 و 25 ساعت تعیین شدند. با انجام عملیات اکسیداسیون، ترکیبات اکسیدی NiO، NiAl2O4، ZrO2وAl2O3 (به ترتیب از سطح بیرونی آلیاژ) تشکیل شدند. در زیر این ترکیبات و در فصل مشترک زیرلایه و محصولات سطحی، منطقه‌ تخلیه‌شده از آلومینیم (Aluminium Depleted Zone-ADZ) مشاهده شد. ترکیبات اکسیدی و این لایه به عنوان عامل عدم نفوذ رو به بیرون عناصر آلیاژی از درون زیرلایه تشخیص داده شدند. پس از انجام آزمایش غوطه‌وری نمونه ها در محیط کربنات مذاب در دمای C֯700 ، ترکیبات پایدارتر در این محیط مانند NiCO3، LiAlO2 و ترکیبات CrO3 و Na2CrO4 در اثر نفوذ کروم، در ضخامت بالای ADZ اضافه می‌شوند. نرخ تغییرات وزن در بازه‌ زمان غوطه‌وری 100 تا 215 ساعت در دمای C֯700، g.cm-2.hrs-15-10*2 تقریب زده شد. پس از گذشت این زمان، نرخ تغییرات وزن روند کاهنده داشته ، لذا ترکیبات پایدار مذکور، پس از رسیدن به مقدار مناسب، مقاومت مناسبی را در آلیاژ ایجاد می‌کنند.

کلیدواژه‌ها


  1. R. P.Ohayre and S. W. Cha, fuel cell fundamentals, John Wiley & Sons, 2006.
  2. X. Li, Principles of Fuel Cells, Taylor & Francis, 2006.
  3. A. Agüero, F. J. Garcı́a de Blas, M. C. Garcı́a, R. Muelas, and A. Román, Thermal spray coatings for molten carbonate fuel cells separator plates, Surface and Coatings Technology, 146–147(2001) 578-585.  
  4. F. J. Pérez, D. Duday, M. P. Hierro, C. Gómez, A. Agüero, M. C. Garcı́a, R. Muela, A. Sanchez Pascual and L. Martinez, Hot corrosion study of coated separator plates of molten carbonate fuel cells by slurry aluminides, Surface and Coatings Technology, 161(2002) 293-301.
    1. E. R. Hwang and S. G. Kang, A study of a corrosion-resistant coating for a separator for a molten carbonate fuel cell, Power Sources,76(1998) 48-53.
    2. Y. Kawabata, N. Fujimoto, M. Yamamoto, T. Nagoya and M. Nishida, Long-term corrosion resistance of Al–Ni-plated material and Al-plated material in molten carbonate environment, Power Sources, 86(2000) 324-328.
    3. G. Lindbergh and B. Zhu, Corrosion behaviour of high aluminium steels in molten carbonate in an anode gas environment, Electrochimica Acta, 46(2001)1131-1140.
    4. B. Zhu and G. Lindbergh, Corrosion Behaviour of High-Chromium Ferritic Steels in Molten Carbonate in Cathode Environment, Electrochimica Acta, 46(2001)2593-2604.
    5. G. Durante, S. Vegni, P. Capobianco and F. Golgovici, High temperature corrosion of metallic materials in molten carbonate fuel cells environment, Power Sources, 152(2005) 204-209.
    6. S. Randström, C. Lagergren and P. Capobianco, Corrosion of anode current collectors in molten carbonate
    7.  fuel cells,Power Sources, 160(2006)782-788.
  5. N. Fujimoto, M. Yamamoto and T. Nagoya, Estimation of The Lifetime of Al/Ni-Plated Material For Wet-Seal Area in Molten Carbonate Fuel Cells,  Power Sources, 71(1998)231-238.    
  6. J. P. P. Huijsmans, G. J. Kraaij, R. C. Makkus, G. Rietveld, E. F. Sitters and H. T. J. Reijers, an Analysis of Endurance Issues for MCFC, Power Sources, 86(2000)117-121.
    1. J. Horton, J. Cathcart and C. Liu, Effect of chromium on early stages of oxidation of Ni3Al alloys at 600° C, Oxidation of metals, 29(1988)347-365.
    2. A. M. Venezia, C. M. Loxton and J. A. Horton, Temperature and pressure effects for oxygen adsorption and oxidation of Ni3Al alloyed with chromium and zirconium, Surface Science, 225(1990)195-205.
    3. Y. Pan, T. Chuang and Y. Yao, Long-term oxidation behaviour of Ni3Al alloys with and without chromium additions, Materials Science, 26(1991)6097-6103.
    4. D. B. Lee and M. L. Santella, High temperature oxidation of Ni3Al alloy containing Cr, Zr, Mo, and B, Materials Science and Engineering: A, 374(2004)217-223.
    5. D. Lee, M. Santella, I. Anderson and G. Pharr, Long-term oxidation of an as-cast Ni3Al alloy at 900C and 1100C, Metallurgical and Materials Transactions A, 36(2005)1855-1869.
    6. D. Lee, M. L. Santella, I. M. Anderson and G. M. Pharr, Thermal aging effects on the microstructure and short-term oxidation behavior of a cast Ni3Al alloy, Intermetallics, 13(2005)187-196.
    7. H. B. Motejadded, M. Soltanieh and S. Rastegari, An investigation about the effect of annealing conditions on microstructure in a Ni3Al base alloy, Alloys and Compounds, 486(2009)881-885.
  7. D. Lee, Effects of solution heat treatment on the microstructure, oxidation, and mechanical properties of a cast Ni3Al-based intermetallic alloy, Metals and Materials International, 12(2006)153-159.  
  8. D. Lee and M. L. Santella, Thermal aging effects on the mechanical properties of as-cast Ni3Al-based alloy, Materials Science and Engineering: A, 428(2006)196-204.