金属学报

作者：黄一川, 王清, 张爽, 董闯, 吴爱民, 林国强

单位：1.大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室 大连 116024；2.大连交通大学 材料科学与工程学院 大连 116028

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,

基金：国家重点研发计划项目(2016YFB0701401)

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-xNix-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1.07 Ω·cm2减至1.03 Ω·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。

来源：2021年第5期

《金属学报》期刊编辑部

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