شماره راهنما :
1098 دكتري
پديد آورنده :
دادفر، مهدي
عنوان :
اصلاح سطحي فولاد 304 به منظور بهبود خواص خوردگي و مقاومت تماسي فصل مشترك در محيط شبيه سازي شدة پيل سوختي پليمري
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مواد
صفحه شمار :
چهارده، [۱۱۷]ص.: مصور، جدول، عكس، نمودار
استاد راهنما :
مهدي صالحي، محمد علي گلعذار
استاد مشاور :
استفانو تراساتي
توصيفگر ها :
صفحات دو قطبي , نيتراسيون پلاسمايي , رسوب حرارتي فعال , مقاومت خوردگي و تماسي فصل مشترك , مدار معادل
استاد داور :
سيروس جوادپور، بهزاد رضايي، كيوان رييسي
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/09/14
كد ايرانداك :
ID1098 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده هدف اصلي اين رساله بهبود خواص سطحي فوالد زنگنزن 403 به منظور ايجاد عملكرد مناسب از نظر مقاومت خوردگي مقاومت الكتريكي و ميزان ترشوندگي در محيط پيل سوختي پليمري است براي اين منظور ابتدا فوالد در 2 دماي 024 و 025 درجه سانتيگراد نيتراسيون پالسمايي شد پس از نيتراسيون پوششي از نيتريد نيوبيوم به روش رسوب حرارتي فعال TRD بر روي نمونههاي نيتراسيون شده ايجاد شد كه براي اولين بار براي اين منظور انجام ميشد در نهايت نمونهها اسيدشويي شدند تا اليههاي ضعيف و غير مقاوم به خوردگي حذف شوند به منظور مشخصهيابي و ارزيابي ساختاري نمونهها از ميكروسكوپ الكتروني روبشي SEM ميكروسكوپ نيروي اتمي AFM طيفنگاري فوتوالكتروني اشعة XPS X و پراش اشعة ايكس XRD استفاده شد عملكرد پالريزاسيون پتانسيواستاتيكي پتانسيوديناميكي و امپدانس الكتروشيميايي EIS در شرايط شبيهسازي شدة پيل سوختي پليمري مورد ارزيابي قرار گرفت از آزمون مقاومت تماسي فصل مشترك براي ارزيابي مقاومت الكتريكي استفاده شد ميزان ترشوندگي يا آبدوستي سطح نيز با روش اندازهگيري زاوية تماس صورت پذيرفت بررسيها نشان داد كه فوالد زنگنزن 403 خام بدون انجام عمليات اصالح سطحي نميتواند گزينة مناسبي براي استفاده به عنوان صفحات دوقطبي باشد انجام عمليات نيتراسيون پالسمايي در هر دو دماي پايين و باال باعث افت شديد مقاومت خوردگي فوالد 403 تا حد چند ميلي آمپر شد با اين حال هدايت تماسي فصل مشترك تا حدود 02 برابر بهبود يافت علت اين امر به تشكيل ذرات هادي نيتريد كروم نسبت داده شد افت كمتر مقاومت خوردگي در دماي پايين نيز ناشي از ايجاد نانو ذرات نيتريد كروم در مقايسه با ذرات ميكروني نيتريد كروم تشكيل شده در دماي باال ميباشد عمليات رسوب حرارتي فعال به منظور ايجاد پوشش مقاوم به خوردگي و با هدايت الكتريكي باال نتوانست مقاومت خورگي مطلوبي ايجاد كند وجود بقاياي آهن در مخلوط پودري و به دام افتادن آنها در پوشش و همچنين زبري زياد و توپوگرافي نامناسب آن موجب عدم دسترسي به مقاومت خوردگي مطلوب و مقاومت تماسي مناسب گرديد با اين حال اين عمليات باعث خروج كروم از فاز نيتريد كروم شد و كروم توانست در يك فاصلهاي از سطح به مقادير باالتر از كروم اوليه برسد با تاييد حضور بقاياي آهن در پوشش و مقاومت خوردگي نامناسب نمونهها عمليات اسيدشويي در نظر گرفته شد تا بتوان از اين طريق اليههاي ضعيف از نظر مقاومت خوردگي را حذف كرد اين عمليات توانست با از بين بردن اليههاي ضعيف تا جاييكه كروم به ماكزيمم مقــدار خود ميرسد مقاومت خوردگي بسيار بااليي مقدار كمتر از 1 ميكروآمپر بر سانتيمتر مربع براي نمونه عمليات شده در دماي پايين را ايجاد كند كه قابل رقابت با روشهاي ديگر با تجهيزات پيچيدهتر و گرانقيمتتر ميباشد عالوه بر آن به علت وجود نيتروژن محلول در الية سطحي مقاومت تماسي فصل مشترك بهبود چشمگيري داشت ضمنا با اندازهگيري زاوية تماس مشخص شد كه خاصيت آبگريزي نمونههاي اسيدشويي شده نسبت به نمونة خام كه از خواص مناسب صفحات دوقطبي محسوب ميشود افزايش يافته است نتايج همچنين نشان داد كه نمونههايي كه عمليات نيتراسيون آنها در دماي پايين انجام شده در نهايت پس از عمليات TRD و اسيدشويي خواص خوردگي بهتري را نشان ميدهند اين موضوع به تشكيل ساختار دو فازي فريت آستنيت نمونههاي دما باال نسبت داده شد به عبارتي در نمونة نيتراسيون شده در دماي باال نيتريد كروم ميكروني تشكيل ميشود كه در مقايسه با نيتريدهاي كروم تشكيل شده در دماي پايين بيشتر ميباشد لذا حين عمليات TRD مناطق غنيتري از كروم ايجاد ميشود از آنجا كه كروم عنصري فريتزا است در نتيجه ساختار دو فاز فريت آستنيت تشكيل ميشود با كمك تئوري بوجينوف كه تكميل شدة تئوري مك دونالد است مدار معادل جديدي براي شبيهسازي رفتار فيلم رويين ارائه شد كه نسبت به ساير مدارهاي معادل ارائه شده تا كنون از دقت باالتري برخوردار بود لذا با استفاده از اين مدار ميتوان به خوبي وقايع الكتروشيميايي را در محيط شبيهسازي شدة پيل سوختي پليمري پيشبيني كرد كلمات كليدي صفحات دو قطبي نيتراسيون پالسمايي رسوب حرارتي فعال مقاومت خوردگي و تماسي فصل مشترك مدار معادل
چكيده انگليسي :
Surface modification of 304SS to improve corrosion resistance and in terfacial contact resistance in simulated polymer exchange membrane fuel cell s condition Mahdi Dadfar m dadfar@ma iut ac ir Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 8415683111 Iran Degree PhD Language Persian Supervisors Prof M Salehi Prof M A Golozar Advisor Assist Prof S Trasatti Abstract The main object of this thesis was to modify surface properties of 304SS to enhance its application in the harsh corrosive environment of PMFCs In this regards plasma nitriding at 2 different tem peratures low 420 and high 520 temperatures was chosen to embed required nitrogen be fore Thermo Reactive Deposition TRD treatment Niobium nitride layers were deposited on both low high temperature samples by TRD method at 1100 for 6h Finally pickling treat ment was employed to remove weak and less protective phases against corrosion Surface char acterization was performed by SEM EDS XRD AFM and GD OES Potentiostatic PS and electrochemical impedance spectroscopy EIS was used to assess corrosion resistance of un treated and treated samples Interfacial contact resistance ICR measurements were carried out to investigate the surface conductivity The results revealed that untreated 304SS is not a good choice to be used as the bipolar plate because of high corrosion rate and low electrical conductiv ity Plasma nitriding also made the corrosion condition worse but better ICR situation was re ported on both low high treated samples These phenomena were attributed to the presence of very conductive nano and micron scale CrN particles created during plasma nitridings The less deterioration condition for low temperature nitrided sample was because of smaller size of CrN particles TRD treatment also was not able to improve the conditions significantly The TRD treated samples were covered by an inhomogeneous layer that could not protect the substrate against corrosion The remained iron particles at surface high amounts of voids and porosities high roughness of the deposited layers are probably responsible for such the poor corrosion con ditions By the way TRD treatment made Cr to come out of CrN phase to create a high concen tration Cr content at a short distance from the surface Pickling treatment tremendously improved corrosion resistance while ICR did not changed significantly Surface hydrophobicity measure ments also revealed very high contact angles in comparison to untreated sample The corrosion improvements were attributed to a rich chromium layer produced by TRD treatment and the low roughness of the modified passive layers A bi layer outer porous and inner dense layer structure is proposed as the most appropriate model for the passive film Higher corrosion resistance of treated samples at low temperature was observed as a result of fine CrN particles created by low temperature plasma nitriding Small size CrN launches short diffusion passes for Cr to come out of CrN structure and then directly gets back into the austenite phase Cr can establish ferrite structure if there are enough Cr rich zones Since CrN particles of low plasma nitrided sample were in nano size Cr could not make enough rich zones to establish ferrite phase while treated samples at high temperature produced much more amounts The duplex structure decreased cor rosion resistance of high temperature treated sample by making galvanic couples
استاد راهنما :
مهدي صالحي، محمد علي گلعذار
استاد مشاور :
استفانو تراساتي
استاد داور :
سيروس جوادپور، بهزاد رضايي، كيوان رييسي
