پیشرفت تحقیق در مورد اتصالات صفحه مقاوم در برابر سایش فریت
در سال 1997، شرکت هیتاچی متال ماده فلزی Fe{1}}آلیاژ سیستم فریتی کروم ZMG232 را برای اتصالات SOFC با دمای عملیاتی 1000 درجه توسعه داد. ماده فریتی به عنوان اتصال دهنده SOFC انتخاب شد زیرا ماده فریتی دارای ضریب انبساط حرارتی کمتری نسبت به آستنیت است که بیشتر شبیه به مواد جزء SOFC است. سپس این شرکت یک سری اقدامات بهبود فرآیند مانند کاهش محتوای اکسیدهای ناخالصی را اتخاذ کرد و صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232L را در سال 2005 توسعه داد.
صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232L می تواند یک لایه اکسید Cr2O3 متراکم را در محیط کار تشکیل دهد، بنابراین در همان زمان دارای رسانایی الکتریکی خوب ذاتی است، اما همچنین دارای مقاومت اکسیداسیون برجسته است. اگرچه مقاومت اکسیداسیون کانکتور را می توان با تشکیل یک لایه اکسید Al2O3 نیز بدست آورد، اما Al2O3 در دمای عملیاتی صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232L رسانایی الکتریکی ندارد، بنابراین آلیاژ لایه اکسید Cr2O3 با مقاومت کم در دماهای بالا مناسب است. مواد فلزی رابط SOFC.
با توسعه مداوم SOFC، الزامات بالاتری برای مواد فلزی رابط مطرح شده است - برای بهبود بیشتر مقاومت در برابر اکسیداسیون و کاهش میزان تبخیر کروم تولید شده توسط مواد فلزی برای کاهش تاثیر بر عملکرد اجزای تولید برق. شرکت هیتاچی متال بر اساس صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232L، با افزودن عناصر آلیاژی و بهینه سازی اجزا، طراحی یک فیلم و آلیاژ چگالش متشکل از لایه اسپینل و لایه اکسید کروم با رسانایی الکتریکی را با افزودن عناصر آلیاژی و بهینه سازی اجزا، محقق ساخت و یک صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232G10 جدید توسعه داد. مقاومت اکسیداسیون و هدایت الکتریکی حدود 2 برابر افزایش یافت.
ساختار لایه اکسید و طراحی آلیاژی صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232G10 به طور خلاصه در زیر معرفی شده است.
هنگامی که صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232L در یک جو اکسید کننده تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد، یک لایه اکسید دو لایه روی سطح قطعه کار تشکیل می شود، لایه سطحی لایه اکسید (Mn,Cr) 3O4 است، لایه داخلی (ماتریس) لایه اکسید Cr2O3 است. مقاومت اکسیداسیون به لایه اکسید Cr2O3 بستگی دارد، اما تبخیر عنصر کروم موجود در آن منجر به بدتر شدن عملکرد عنصر تولید برق خواهد شد، اگرچه لایه اکسید (Mn,Cr) 3O4 اثر بازدارندگی خاصی خواهد داشت. در تبخیر کروم، اما نرخ اکسیداسیون (Mn، Cr) 3O4 باعث می شود اثر حفاظتی محدود شود.
برای رفع مشکلات فوق اقدامات زیر در طراحی آلیاژ انجام می شود.
1) بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون: کاهش محتوای منگنز و کاهش سرعت اکسیداسیون (Mn، Cr) 3O4.
2) از تبخیر کروم جلوگیری کنید: مس اضافه کنید، مس به لایه اکسید (Mn,Cr) 3O4 منتشر می شود و لایه اکسید (Mn,Cr) 3O4 را متراکم می کند.
با توجه به اقدامات طراحی ترکیب فوق، صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232G10 مقاومت اکسیداسیون بهتری نسبت به صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232L دارد و میزان تبخیر کروم کاهش می یابد.
مقایسه صفحه سایش ZMG232G10 و سایر صفحات سایش
برای تجاری سازی SOFC، هزینه تولید هر جزء باید کاهش یابد. در سال های اخیر، کاربرد صفحه مقاوم در برابر سایش فریت در اتصالات SOFC مورد مطالعه قرار گرفته است. مقاومت اکسیداسیون کانکتور صفحه مقاوم در برابر سایش ZMG232G10 توسعه یافته توسط شرکت هیتاچی متال با سایر صفحات مقاوم در برابر سایش مقایسه شد و نمونه آزمایشی 10 میلی متر ضخامت داشت. از آنجایی که هرچه ضخامت صفحه نازک تر باشد، مقاومت اکسیداسیون آلیاژ بدتر است، زمانی که از صفحه مقاوم در برابر سایش به عنوان ماده اتصال دهنده SOFC استفاده می شود، باید به طراحی ضخامت توجه شود. هنگامی که از ZMG232G10 به عنوان ماده اتصال دهنده SOFC استفاده می شود، می توان از مواد نازک تر از صفحه مقاوم در برابر سایش معمولی استفاده کرد.
هرچه تغییر افزایش اکسیداسیون با زمان کمتر باشد، مقاومت اکسیداسیون بهتر است، مانند مقاومت اکسیداسیون صفحه سایش ZMG232G10 به طور قابل توجهی بهتر از SUS430 است. در شرایط عادی، افزایش اکسیداسیون لایه اکسید تشکیل دهنده آلیاژ طبق قانون سهموی با افزایش زمان افزایش می یابد، اما افزایش اکسیداسیون SUS430 با افزایش زمان در عملیات اکسیداسیون اولیه به شدت افزایش می یابد. قبل از زمان اکسیداسیون 2500 ساعت، روند تغییر افزایش اکسیداسیون SUS444 اساساً مشابه با ZMG232G10 است، اما پس از افزایش، افزایش اکسیداسیون SUS444 به سرعت کاهش می یابد که نتیجه پوسته شدن لایه اکسیداسیون آن با مقاومت در برابر اکسیداسیون است. مقایسه فوق نشان می دهد که در مقایسه با صفحات مقاوم در برابر سایش ZMG232G10، SUS430 و SUS444 مقاومت اکسیداسیون ضعیفی دارند.
