第十四届全国表面工程大会

359 / 2022-10-04 15:49:30

激光粉末床熔融成形燃料电池316L不锈钢双极板的活性屏等离子渗氮

燃料电池双极板,活性屏等离子表面改性,激光粉末床熔融316L不锈钢,跨尺度多层级微观结构,渗氮机制研究

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316L不锈钢因良好的耐腐蚀性、导电性和低廉的价格被广泛应用于质子交换膜燃料电池双极板。激光粉末床熔融技术通过激光选择性熔化粉床区域，可实现具有复杂流场结构316L不锈钢双极板的精密成形，并实现燃料电池性能的提升，但表面耐蚀性能/导电性能较差仍是制约激光粉末床熔融316L不锈钢双极板大规模应用的主要因素。本文采用活性屏等离子渗氮技术，对锻造成形316L不锈钢及激光粉末床熔融成形316L不锈钢进行表面改性处理，主要研究了活性屏等离子渗氮对激光粉末床熔融成形316L不锈钢微观组织、双极板性能的影响，并与传统锻造成形316L不锈钢双极板的改性渗氮效果进行了对比。结果表明，在相同的渗氮工艺下，致密度最高的激光粉末床熔融成形样品的渗氮效果最好，其渗氮深度、表面氮元素含量、渗氮层硬度均高于其他样品。通过测试双极板性能发现，渗氮样品的表面接触电阻均发生下降，表面导电性能得到提升。但因渗氮工艺未进行优化，发生了少量氮化铬的析出，导致渗氮样品的耐蚀性能提升不显著。同时本研究针对不同工艺及方法成形的316L不锈钢样品渗氮效果差异进行研究，发现宏观缺陷如气孔、未融颗粒等会影响激光粉末床熔融316L不锈钢的渗氮效果，样品致密度越高，宏观缺陷越少，渗氮效果越好。而在相同致密度情况下，激光粉末床熔融316L不锈钢的渗氮层厚度、氮含量等均明显高于锻造316L不锈钢。基于此，本文提出了激光粉末床熔融316L不锈钢内部原子结构、亚晶结构、晶粒结构、多层级结构等跨尺度显微组织对对渗氮效果的影响机制。