پديد آورنده :
حسيني، نرجس
عنوان :
تحليل مكانيزم و خواص پوشش هاي نانوساختار كامپوزيتي اسپينلي Cu-Fe-O/LaCrO3 براي كاربرد در اتصال دهنده هاي پيل هاي سوختي اكسيد جامد
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مواد
صفحه شمار :
چهارده، 168ص.: مصور
استاد راهنما :
محمدحسين عنايتي، فتح الله كريم زاده
استاد مشاور :
Nigel Mark Sammes
توصيفگر ها :
فولاد زنگ نزن فريتي , مقاومت الكتريكي ويژ ه ي سطحي , فرآيند گليسين - نيترات
استاد داور :
امير مقصودي پور، محمد ژياني، حميدرضا سليمي جزي
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/07/07
كد ايرانداك :
ID917 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده در اين تحقيق به منظور جلوگيري از مسموميت كاتـد بـا عنصـر كـروم و ـ ـ ـ ـ بهبود مقاومت الكتريكي ويژهي سطحي در پيلهاي سوختي اكسيد جامد دمـاي ـ مياني اسپينل 4 CuFe2O به عنوان پوشش براي اتصال دهندههاي فلـزي مـورد ـ ـ بررسي قـرار گرفـت در ايـن راسـتا ابتـدا پودرهـاي اسـپينلي 4 CuFe2O ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ نانوكريستال از طريق فرآيند احتراق محلولي گليسين نيترات توليد شد و اثر نسبتهاي مختلف سوخت به اكسـنده ۴ ۵ G N بـر فرآينـد احتـراق ـ ـ ـ ـ مشخصههاي ساختاري و مكانيزم تشكيل اين فاز اسپينلي توسـط آناليزهـاي ـ ـ TEM SEM XRD و TGA DSC مورد ارزيـابي قـرار گرفـت سـپس بـه منظـور ـ ـ ـ ـ ـ ـ يافتن مقدار بهينهي x كه ايجاد يك محصـول تكفـاز بـا بيشـينهي هـدايت ـ ـ ـ ـ ـ الكتريكي كند از پارامترهاي بهينه شده G N و T C براي توليـد ـ پودرهاي اسـپينلي 4 x CuxFe3 xO اسـتفاده شـد انـدازهگيـري ـ ـ ـ ـ ـ هدايت به روش استاندارد چهار پروبي در هوا در بازهي دمـايي C ـ نشان داد كه هدايت الكتريكي در اين اسپينلها با مكانيزم پرش پـولارون ـ صورت ميگيرد بهعلاوه بيشينهي هدايت الكتريكي در x اتفاق افتاد كـه ـ به افزايش غلظت الكترونهاي متحرك در اين تركيب نسبت به ساير تركيبات غير استوكيومتري نسبت داده شد نتـايج ارزيابيهـاي هـدايت الكتريكـي ـ ـ ـ ـ 1 C ۶ S cm ضريب انبساط حرارتـي 1 ۶ C C CTE ـ پايداري گرمايي در هـوا و سـازگاري شـيميايي بـا مـواد كاتـدي همگـي ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ نشاندهندهي پتانسيل بالاي اسپينل 4 CuFe2O به عنوان يك پوشش مناسب بـراي ـ اتصال دهندههاي فلزي بود بنابراين در ادامه تركيـب اسـپينلي 4 CuFe2O ـ ـ با روش چاپ صفحهاي بر روي فولادهـاي زنـگنزن فريتـي034 AISI و Crofer 22 APU ـ ـ ـ خام و پيش اكسيد شده پوشش داده شد و شرايط عمليات حرارتي بهينه بـه ـ منظور دستيابي به يك پوشش با چسبندگي خوب و بدون ترك انتخاب گرديـد ـ اتصال خوب بين پوشش و زيرلايهها با بكارگيري فرآيند تفجوشي فعال پوشش احيا شده حاصل شد نتـايج آنـاليز EDS بيـانگر تشـكيل يـك زيرپوسـتهي ـ ـ ـ ـ ـ ـ اسپينلي غني از كروم بين پوشش و زيرلايه بود اكسيداسـيون بلنـد مـدت ـ ـ ـ قطعات پوشش داده شده نشان داد پوشش محافظ 4 CuFe2O ميتواند به عنوان يك مانع نفوذي مؤثر در برابر مهاجرت كروم به سمت پوشش و مهاجرت اكسـيژن ـ به سمت داخل عمل كند بهطوري كه رشد زيرپوسـتهي اكسـيدي بـهترتيب در ـ ـ ـ قطعات پوشش داده شده 034 AISI و Crofer 22 APU نسبت به قطعات بدون پوشـش از ـ ۶ و ۵ به و ۵ m كاهش پيدا كرد علاوهبراين اعمال ايـن پوشـش ـ ـ محافظ سبب كاهش تبخير كروم در قطعات خام و پيش اكسيد شده بهترتيب تا ـينتيك ـاندهندهي سـ ـوذي نشـ ـدل نفـ ـك مـ ـتفاده از يـ ـد اسـ و ۵ شـ اكسيداسيون شبهخطي در قطعات پوشش داده شده بود از سوي ديگر مقـدار ـ مقاومت الكتريكي ويژهي سطحي قطعات پوشش داده شدهي خام و پيش اكسيدي پس از ۴ سـاعت اكسيداسـيون در دمـاي C كـاهش قابـل تـوجهي در ـ ـ ـ ـ ـ ـ مقايسه با قطعات بدون پوشش داشت اگرچه قطعات پيش اكسيد و پوشش داده شده نسبت به قطعات خام پوشش داده شده مقدار كروم و مقاومت الكتريكـي ـ ويژهي سطحي بيشتري از خود نشان دادند با اين حال همچنان پوشـش نقـش ـ ـ خود را به عنوان يك مانع نفوذي مؤثر ايفـا نمـود مقاومـت الكتريكـي ـ ـ ـ ـ ويژهي سطحي قطعات خام پوشش داده شـدهي 034 AISI و Crofer 22 APU پـس از ۶ ـ ـ 2 ساعت اكسيداسيون بهترتيب به مقادير قابل قبول و پايـدار ۵ و m cm ـ ۴ رسيد هدايت الكتريكي بالاي اسـپينل 4 CuFe2O آلايـش سـاختار 4 CuFe2O ـ ـ ـ توسط يونهاي منگنز كاهش قابل توجه رشد زيرپوستهي اكسيدي و اتصال خوب بين پوشش و زيرلايه به عنوان مهمترين عوامـل دخيـل در بهبـود چشـمگير ـ ـ ـ ـ مقاومت الكتريكي ويژهي سطحي قطعات پوشش داده شده مشخص شـدند توزيـع ـ ـ ذرات 3 LaCrO در پوشش اسپينلي و ساخت پوشـشهاي كـامپوزيتي 03 02 01 4 CuFe2O ـ ـ 3 vol LaCrO باعث ايجاد يـك مـانع مـؤثرتر در مهـار كـروم توقـف رشـد ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ زيرپوستهي اكسيد كروم و همچنين حدود ۵ درصد كاهش مقاومت ويژهي سطحي در قطعات با پوشش كامپوزيتي در مقايسه با نمونهي داراي پوشش اسپينلي ساده پس از ۴ ساعت اكسيداسيون شد
چكيده انگليسي :
Study of Formation Mechanism and Properties of Nanostructured Cu Fe O LaCrO3 Spinel Composite Coatings for Application in Solid Oxide Fuel Cell Interconnects Seyedeh Narjes Hosseini n hosseini@ma iut ac ir 26 June 2016 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Supervisor M H Enayati1 ena78@cc iut ac ir Supervisor F Karimzadeh1 karimzadeh f@cc iut ac ir Advisor N M Sammes2 Abstract This work investigates synthesis and characterization of Cu Fe O LaCrO3 spinel composite coatings on Crofer 22 APU and AISI 430 ferritic stainless steels FSSs with emphasis on the oxidation behavior and electrical conductivity of these coatings The CuxFe3 xO4 0 75 x 1 25 and LaCrO3 nano crystalline powders were prepared by glycine nitrate process GNP followed by calcination The powders were then applied on stainless steel substrates by screen printing method The results of electrical conductivity and thermal expansion coefficient TEC measurement thermal stability in air and chemical compatibility with cathode material showed that the CuFe2O4 spinel is a good candidate as coating on stainless steel interconnects of SOFCs The results of long term oxidation experiments and area specific resistance ASR measurements showed that the spinel protection layer not only significantly decreased the ASR but also inhibited the Cr2O3 subscale growth by acting as a barrier to the inward diffusion of oxygen as well as the chromium migration into the coating surface even after 400 h oxidation at 800 C in air Besides CuFe2O4 LaCrO3 composite coatings had an ASR value of 7 7 m after 400 h oxidation which is smaller than 13 8 m for CuFe2O4 spinel coating as well as 51 7 m for un coated Crofer 22 APU sample Keywords Cu Fe O LaCrO3 Spinel Ferritic stainless steel Interconnect Solid oxide fuel cell 1 Introduction FSSs are being considered for use as interconnects in intermediate temperature SOFCs due to their low cost excellent formability good thermal and electrical conductivity and TEC compatibility with other cell components 1 3 However high temperature oxidation and the formation of a double layer oxide consisting of chromia and Cr Mn spinel on FSSs especially on the cathode side are unavoidable during service Chromium poisoning of the cathode material and a relatively poor ASR are the most serious problems caused by such an oxide layer both of which reduce the lifetime of the cell stack Various alloy surface modifications have been directed to alleviate the aforementioned problems 4 6 However application of a conductive protective spinel 1 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran 2 Department of Chemical Engineering Pohang University of Science and Technology San 31 Hyoja Dong Nam Gu Pohang 790 784 Republic of Korea
استاد راهنما :
محمدحسين عنايتي، فتح الله كريم زاده
استاد مشاور :
Nigel Mark Sammes
استاد داور :
امير مقصودي پور، محمد ژياني، حميدرضا سليمي جزي
