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【簡介】
為了評價(jià)陰極側(cè)隔板在熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）環(huán)境下的耐蝕性，用SUS316奧氏體不銹鋼以及同時(shí)擴(kuò)散滲鍍Al的SACC－SUS316不銹鋼作為陰極側(cè)隔板材料，使用SUS316不銹鋼時(shí)，腐蝕分三個(gè)階段進(jìn)行：腐蝕產(chǎn)物從生成到趨于穩(wěn)定，保護(hù)膜從形成到遭受破壞；保護(hù)膜被破壞后的加速腐蝕，SUS316不銹鋼在陰極側(cè)的腐蝕速度快，若表面不作適當(dāng)處理，就不能用作陰極側(cè)隔板，否則會嚴(yán)重影響電池長時(shí)間工作的穩(wěn)定性。SACC－SUS316不銹鋼較SUS316不銹鋼更具耐蝕性，尤其在923k溫度下持續(xù)工作480h也不會發(fā)生腐蝕性，SACC－SUS316不銹鋼較SUS316不銹鋼更具耐蝕性，尤其在923k溫度下持續(xù)工作480h也不會發(fā)生腐蝕，由此認(rèn)為這種不銹鋼將成為新一代陰極側(cè)隔板材料。
關(guān)鍵詞： 隔板 熔融碳酸鹽 燃料電池 腐蝕速度 奧氏體不銹鋼 電鍍
1 前言
近年來，世界各國十分重視能源和環(huán)保問題，在能源開發(fā)和防止環(huán)境污染方面作出了很大的努力。作為替代能源之一的燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的普遍關(guān)注。
燃料電池因所用的電解質(zhì)不同，類型有好多種，其中熔融碳酸鹽燃料電池MCFC(Molten CarbonateFull Cel1)因在9OO～950K高溫下工作，故無需使用白金催化劑 它還具有能夠直接利用高溫廢氣余熱的優(yōu)點(diǎn) 由于能夠利用氫、一氧化碳和甲烷等燃料，從燃料多樣化來看，MCFC作為新一代燃料電池已引起人們的高度重視MCFC不但在高溫下工作，而且使用腐蝕性很強(qiáng)的碳酸鹽電解質(zhì)，能使組成電池的材料長時(shí)間暴露在高溫熔融鹽電解質(zhì)以及陽極還原性和陰極氧化性環(huán)境中，由此可見，腐蝕現(xiàn)象是相當(dāng)嚴(yán)重的。為了使NCFC實(shí)用化.必須解決陰極側(cè)隔板腐蝕和NiO陰極溶解兩大問題。雖然目前開發(fā)的新型合金材料或表面處理技術(shù)都是為了解決隔板材料的腐蝕問題，但至今未開發(fā)出具有良好耐蝕性的材料 盡管存在耐蝕性問題，實(shí)際使用時(shí)只能以奧氏體不銹鋼作為陰極側(cè)隔板材料 因此，弄清奧氏體系不銹鋼的腐蝕行為和機(jī)理是非常重要的。
最近，筆者為開發(fā)耐蝕性良好的隔板材料，研究了奧氏體系不銹鋼在MCFC工作條件下的物理性質(zhì)以及臺金元素對腐蝕行為影響的規(guī)律，也研究了奧氏體系不銹鋼表面同時(shí)擴(kuò)散滲鍍Al和cr的方法，取得了極有價(jià)值的研究結(jié)果。
2 實(shí)驗(yàn)方法
用于實(shí)驗(yàn)的材料為SUS316鋼板(0.06%C一0.66% Si一0 92% Mn一0.02% P一0.005% S一10.48%Ni一16.82%Cr一2.04%Mo，余下成分為)實(shí)驗(yàn)時(shí)，用于試樣的不銹鋼板被剪切成10irmt X 10mm X 1mm后，放入丙酮液中進(jìn)行超聲波清洗 然后，采用化學(xué)沉積法，對試片進(jìn)行密封滲鍍處理，并將Al和Cr同時(shí)擴(kuò)散鍍覆到試片上(鍍覆厚度約50~nn)，制成SACC—SUS316不銹鋼板試樣 和Cr同時(shí)擴(kuò)散滲鍍則采用二段法，在所用填料中，母臺金(80Cr一20A1)占25% 、活性劑(N Ch)2% 、情性劑(d—A1 )73% 。電解質(zhì)是將Li2co3粉末(粒度lObtm)與K^c0]粉末(粒度100~nn)按62：38的克分子比進(jìn)行配比，用球磨機(jī)粉碎后，置人坩鍋加熱到923K呈熔融鹽狀態(tài)時(shí)，再把試樣浸入其中進(jìn)行試驗(yàn)。
電解質(zhì)加人量按試樣表面積大小調(diào)至4ks/ms。腐蝕試驗(yàn)按上述組成的電解質(zhì)熔融鹽在大氣下浸人試樣的EE條件(EE：Electrolyte Environ.merit)，以及在電解質(zhì)陰極中以3.08cI耵 /s通人氧化性氣體(Air：c =70：30)設(shè)定的陰極氣氛FOE條件下(EE：Electrolyte and Oxidant gas Environment)分別進(jìn)行。之所以采用上述加熱溫度923K，電解質(zhì)加八量4k 、陰極氧化性氣體流^量3.08cm~/s，是因?yàn)樗鼈冏罱咏麺CFC的實(shí)際工作條件
腐蝕失鶯量的測定采用以下方法：首先.將浸漬試驗(yàn)后的試片浸人含1 8%NaOH和3%KblnQ的溶液中.煮沸4h后.用蒸餾水洗凈，再用10%檸檬酸氨液浸漬.隨后用水或丙酮清洗，徹底去除電解質(zhì)和腐蝕牛成物后，反復(fù)測定試樣質(zhì)量3次.最后根據(jù)其平均值來確定腐蝕失重量。為了研究腐蝕行為和腐蝕生成物，在5%H，so3水溶液中浸漬數(shù)秒后，只去除附在試樣上的電解質(zhì).再進(jìn)行SEM和EPMA分析。為弄清腐蝕生成物的形成過程，還對腐蝕層表面和腐蝕生成物進(jìn)行XRD分析
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 SACC—SUS316不銹鋼板的鍍覆性
圖1為SUS316不銹鋼板經(jīng)過密封滲鍍后成為SACC—SUS316不銹鋼板的試樣斷面組織從圖中可見.AI和cr同時(shí)擴(kuò)散鍍層是由試樣表層厚度約5Ogre的外層A和內(nèi)部擴(kuò)散屋B構(gòu)成的在看到內(nèi)部擴(kuò)散層存在一些球狀粗大析出相時(shí).還可看到較均勻地彌散分布的微細(xì)析出相 圖2為圖1所示試樣表層的x射線衍射圖，由此可見.擴(kuò)散鍍層的外層F打NiAl，Ni3Al ，F(xiàn)eAl2和FeCr等化合物相構(gòu)成。
筆者最近對奧氏體不銹鋼進(jìn)行了AI和cr同時(shí)擴(kuò)散滲鍍實(shí)驗(yàn) 研究結(jié)果表明，擴(kuò)散層外層主要由NiA1和Ni1Al構(gòu)成.內(nèi)層可觀察到8一Ni，A1的粗大析出物與E—Crshl8的微細(xì)均勻彌散相。該結(jié)果與x射線衍射結(jié)果一致 Bangm等人也對奧氏體系不銹鋼進(jìn)行了Al擴(kuò)散鍍覆實(shí)驗(yàn)，所形成的擴(kuò)散鍍層外層 一NiA1相的耐蝕性優(yōu)于奧氏體基體.內(nèi)部擴(kuò)散層的基體組織為bcc鐵素體。而且，內(nèi)部擴(kuò)散層富Nj粗大0一NiAl析出相纖維狀發(fā)達(dá)，微細(xì)NiA1析出相彌散分布均勻。這種0一NiAl析出相呈纖維狀粗大發(fā)達(dá)，不僅阻礙了Al和cr由外層向內(nèi)層的固相擴(kuò)散，也抑制了滲鍍層的成長，因而這不是所期望的。本實(shí)驗(yàn)尚未發(fā)現(xiàn)類似這種粗大析出相的纖維狀發(fā)達(dá)現(xiàn)象，這是因?yàn)槌龤庀鄶U(kuò)散外，本實(shí)驗(yàn)還采用能固相擴(kuò)散的二段鍍覆法。
