13836

1224 دكتري

دكتري

اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مواد

۱۳۹۷

چهارده، [۱۲۹]ص.: مصور، جدول، نمودار

مرتضي شمعانيان

علي اشرفي، سعيد اصغري

علي شفيعي، رضا شجاع رضوي، عبدالمجيد اسلامي

1397/06/24

كتابنامه

مواد

مهندسي مواد

ID1224 دكتري

1 چكيده اخيرا صفحات دوقطبي پيلسوختي پليمري از جنس فوالد زنگنزن آستنيتي AISI 616L با پوشش كربني مورد توجه قرار گرفته است در اين تحقيق براي نخستين بار اتصال اين فوالد با پوشش كربني جهت كاربرد بهعنوان صفحات دوقطبي مورد ارزيابي دقيق قرار گرفت و پارامترهاي مناسب جوشكاري ليزر پالسي Nd YAG بر روي اتصال لبهرويهم فويل فوالد زنگنزن 616L بدون پوشش و با پوشش با هدف بهبود خواص مكانيكي و خوردگي نمونههاي جوشكاري شده استخراج گرديد بدينمنظور ابتدا پارامترهاي توان قله در بازه 261 تا 236 وات دوام پالس در بازه 3 1 تا 3 6 ميليثانيه و فركانس در بازه 11 تا 21 هرتز توسط روش رويه پاسخ مورد بهينهسازي قرار گرفت و سپس توسط اين روش آماري چند جملهايهاي درجه دومي براي پيشبيني روند هندسه جوش عيوب جوش و خواص مكانيكي جوش توسعه داده شد مدل هندسه جوش نشان داد عرض جوش در سطح بااليي مياني و پاييني مقطع جوش با افزايش توان قله و دوام پالس زياد ميشود و اثر توان قله بر آنها با روند افزايشي بهترتيب 91 31 و 66 درصد و تأثير دوام پالس با روند كاهشي بهترتيب 67 67 و 26 درصد اندازهگيري شد بيشترين مقدار بريدگي كنار جوش در توان قله و دوام پالس باال ايجاد گرديد و تاثير توان قله و دوام پالس بهترتيب 16 و 31 درصد تخمين زده شد و پر نشدگي جوش با زياد شدن توان قله و كاهش دوام پالس باال افزايش مييابد و اثر توان قله و دوام پالس بهترتيب 66 و 11 درصد بهدست آمد نتايج آزمون برشي نشان داد كه مكانيزم غالب شكست در اين حالت گسترش عيوب بريدگي كنار جوش و نفوذ ناقص جوش ميباشد مدلسازي حاكي از افزايش استحكام برشي با زياد شدن دوام پالس و كاهش توان قله است و حداكثر آن بهميزان 113 مگاپاسكال در توان قله 261 وات و دوام پالس 6 ميليثانيه بهدست آمد در اين شرايط عيوب مذكور به حداقل مقدار خود رسيد استفاده از پوشش كربني بر روي فوالد زنگنزن 616L باعث حذف اكسيژن بهعنوان عنصر فعالساز سطحي از حوضچه جوش و در پي آن معكوس شدن جابجايي مارانگوني ميگردد در نتيجه ميزان بريدگي جوش 87 درصد كاهش و مقدار پرنشدگي جوش و عرض باالي جوش بهترتيب 21 و 8 درصد افزايش يافت كاهش شديد ميزان بريدگي جوش در اينحالت باعث شد كه تقريبا هيچگونه شكستي ناشي از گسترش اين عيب ديده نشود مدلسازي نشان از حداكثر استحكام كندگي جوش در مقادير پايين توان قله و مقادير باالي دوام پالس و فركانس دارد و بيشترين مقدار آن يعني 133 مگاپاسگال در توان قله 261 وات دوام پالس 3 1 ميليثانيه و فركانس 61 هرتز اندازهگيري شد بررسي نمونهها نشان داد دليل كاهش استحكام كندگي رشد ريزساختار افزايش ميزان فريت دلتا و درشت شدن رسوبات كاربيدي در حوضچه جوش ميباشد در نهايت ارزيابي خوردگي الكتروشيميايي نمونههاي پوششدار جوشكاري شده در محيط شبيهسازي شده پيلسوختي پليمري ثابت نمود كه با كم شدن توان قله از 236 به 261 وات و دوام پالس از 3 6 به 3 1 ميليثانيه چگالي جريان خوردگي بهترتيب 36 و 67 درصد كاهش نشان ميدهد و كاهش چگالي جريان خوردگي با كم شدن فركانس چشمگير نبود بر اساس آزمون پتانسيواستاتيك در پتانسيل كاتدي پيلسوختي پليمري شرايط بهينه توان قله 261 وات در 3 1 ميليثانيه و 61 هرتز و دوام پالس 3 1 ميليثانيه در 296 وات و 61 هرتز با چگالي جريان آندي بهترتيب 18 2 و 16 2 ميكروآمپر بر سانتيمتر مربع بهدست آمد خوردگي در توان قله باال 236 وات بهصورت محدود از محل حفرات گازي ناشي از اكسيد شدن پوشش كربني رخ داد اما در دوام پالس باال 3 6 ميليثانيه نقاط مختلف جوش و فلز پايه نزديك خط ذوب دچار خوردگي موضعي گرديد خوردگي موضعي در جوش بهصورت خوردگي انتخابي آستنيت نسبت به فريت در شرايط شبيهسازي شده پيلسوختي پليمري ديده شد و دليل اثر شديدتر دوام پالس نسبت به توان قله بر خوردگي كاهش زيادتر نرخ سرد شدن و در پي آن درشتتر شدن كل ريزساختار جوش شناسايي گرديد همچنين دليل خوردگي موضعي فلز پايه نزديك خط ذوب اثرات حرارتي و اكسايش كربن در اين منطقه تشخيص داده شد بهطوري كه در مواردي دسترسي محلول خوردگي به سطح فلز پايه ميتواند راحتتر صورت پذيرد كلمات كليدي جوشكاري ليزر پالسي طراحي آزمايش عيوب جوش استحكام برشي استحكام كندگي خوردگي الكتروشيميايي فوالد زنگنزن آستنيتي 616L

Pulsed Laser Welding of Carbon Coated AISI 316L Stainless Steel Foils for Applications in PEM Fuel Cell Bipolar Plates M R Pakmanesh E mail mr pakmanesh@ma iut ac ir Date of Submission 18 July 2018 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Supervisor s Name Prof M Shamanian E mail shamanian@cc iut ac ir 1st Advisor s Name Dr A Ashrafi E mail ashrafi@cc iut ac ir 2st Advisor s Name Dr S Asghari E mail s asghari@isrc ac irAbstractRecently PEM fuel cell bipolar plates made of carbon coated AISI 316L have attracted attention Parameters suitable for Nd YAG pulsed laser welding on the lap joint of the said steel wereevaluated for the first time in this study To this end the parameters peak power pulse duration and frequency were optimized using the response surface methodology and a second orderpolynomial was developed to predict the T peel Strength The investigations show that the strengthof the weld is related directly to the extent of the microstructure and at a power of 130W 2 5msand 16Hz it reached its maximum that is 542MPa In the following the potentiodynamiccorrosion evaluation proved that with pulse duration decreasing from 3 5ms to 1 5ms peak powerdecreasing from 650W to 130W and frequency decreasing from 20Hz to 12Hz corrosion currentdensity decreased by 76 34 and 18 Then according to the potentiostatic test on the cathodicpotential of the fuel cell the optimum conditions i e a peak power of 130W at 2 5ms and apulse duration of 1 5ms at 390W were achieved respectively at anodic current densities of0 82 A cm2 and 0 61 A cm2 In the end based on all of the electrochemical corrosion propertiesand mechanical properties the optimum welding conditions were including the peak power of130W the pulse duration of 2 5ms and the frequency of 16Hz Keywords Nd YAG pulsed laser welding response surface methodology strength electrochemical corrosion 316L Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Institute of Materials and Energy Iranian Space Research Center Isfahan Iran

مرتضي شمعانيان

علي اشرفي، سعيد اصغري

علي شفيعي، رضا شجاع رضوي، عبدالمجيد اسلامي