| 题名 | CrNbTiVZr高熵合金及其在不锈钢表面的成膜与改性研究 |
| 作者 | 汪亮兵 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 罗永春 |
| 关键词 | 高熵合金 氮化物薄膜 不锈钢双极板 磁控溅射 耐蚀性 接触电阻 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 双极板是质子交换膜燃料电池的关键组件之一。不锈钢因其高强度、易加工和成型为薄板、低透气性及低成本等特点被认为是双极板的最佳选择之一,但不锈钢在PEMFC环境中存在腐蚀和接触电阻较大的问题,制约着其商业化应用。高熵合金是近十几年发展起来的一种新型合金体系,高熵合金及其薄膜在耐腐蚀方面展现出巨大的潜力。基于高熵合金及其薄膜组织结构简单、耐蚀性能优异及性能上的可调控特性,结合过渡族金属氮化物的良好导电性,本文通过真空电弧熔炼制备了CrNbTiVZr高熵合金,并以此合金为溅射靶,利用磁控溅射技术在304SS表面制备了高熵合金薄膜及其氮化物薄膜,分别研究合金和薄膜的结构演变、微观组织、化学成分及其在模拟PEMFC环境中的耐蚀导电性能,分析合金和薄膜的组织结构及成分对耐蚀导电性能的影响。研究结果如下:（1）铸态和退火后的CrNbTiVZr高熵合金均由BCC相和Laves相组成,退火后的合金中Laves相占据总体积分数的60%。在BCC相中富集Ti、Nb元素并贫Cr元素,在Laves相中富集Cr元素并贫Ti元素,均匀化退火使得两相成分进一步分离,退火后的合金中的Laves相成分基本满足（Cr,Nb,V）2（Ti,Zr）。电化学测试结果表明铸态和退火合金在模拟PEMFC阴极环境中均表现出良好的耐蚀性,腐蚀电流密度相比于304SS降低了一个数量级,而在阳极环境中其耐蚀性与304不锈钢相当。（2）在不同功率和衬底温度下制备的CrNbTiVZr高熵合金薄膜均由非晶相基底和弥散分布的Laves相组成;加入氮气进行沉积后,随氮流量比RN增加,薄膜结构逐渐向晶体转变,在氮流量比RN=20%时,薄膜表现出明显的FCC型结构,且Laves相衍射峰强度大幅减弱,此时薄膜结晶形态呈典型的柱状晶组织。溅射功率和衬底温度的变化对薄膜中各元素的含量没有产生大的影响,加入氮后,各金属元素含量下降,氮含量逐渐升高。（3）在模拟PEMFC环境中的电化学测试表明,在功率为240W、衬底温度为300℃下制备的合金薄膜具有较好的耐蚀性。在氮流量比RN=20%下制备的氮化物薄膜表现出最佳的耐蚀性和导电性,其阴阳极环境中腐蚀电流密度分别为1.50?A/cm2、4.78×10-5A/cm2,相较于304SS均下降了一个数量级,薄膜的腐蚀均以点蚀为主。（4）恒电位极化前后的接触电阻测试表明,所有合金薄膜的接触电阻均高于304SS基体。加入氮沉积后的氮化物薄膜接触电阻显著降低,在RN=20%下制备的氮化物薄膜在阴、阳极恒电位极化之后的接触电阻分别为29.8、22.5m??cm2,比304SS基体（97.1、86.7m??cm2）降低近1/3和1/4。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 74 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94982]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 汪亮兵. CrNbTiVZr高熵合金及其在不锈钢表面的成膜与改性研究[D]. 2019. |
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