Progresul cercetării conectorilor cu plăci de ferită rezistente la uzură
În 1997, Hitachi Metal Company a dezvoltat materialul metalic Fe-22Cr aliaj de sistem feritic ZMG232 pentru conectori SOFC cu o temperatură de funcționare de 1000 de grade . Materialul feritic a fost selectat ca conector SOFC deoarece materialul feritic are un coeficient de dilatare termică mai scăzut decât austenita, care este mai asemănător cu materialul component SOFC. Compania a adoptat apoi o serie de măsuri de îmbunătățire a procesului, cum ar fi reducerea conținutului de oxizi de impurități și a dezvoltat placa rezistentă la uzură ZMG232L în 2005.
Placa rezistentă la uzură ZMG232L poate forma un strat dens de oxid de Cr2O3 în mediul de lucru, deci are o conductivitate electrică bună inerentă în același timp, dar are și o rezistență remarcabilă la oxidare. Deși rezistența la oxidare a conectorului poate fi obținută și prin formarea unui strat de oxid de Al2O3, Al2O3 nu are conductivitate electrică la temperatura de funcționare a plăcii rezistente la uzură ZMG232L, astfel încât aliajul stratului de oxid Cr2O3 cu rezistență mică la temperaturi ridicate este potrivit pentru Materiale metalice conector SOFC.
Odată cu dezvoltarea continuă a SOFC, au fost propuse cerințe mai mari pentru materialele metalice conector - pentru a îmbunătăți în continuare rezistența la oxidare și pentru a reduce cantitatea de evaporare a Cr generată de materialele metalice pentru a reduce impactul asupra performanței componentelor de generare a energiei. Pe baza plăcii rezistente la uzură ZMG232L, Hitachi Metal Company a realizat proiectarea unui aliaj de peliculă și densificare compus din strat spinel și strat de oxid de crom cu conductivitate electrică prin adăugarea de elemente de aliere și optimizarea componentelor și a dezvoltat o nouă placă rezistentă la uzură din aliaj ZMG232G10 cu rezistența la oxidare și conductivitatea electrică au crescut de aproximativ 2 ori.
Structura stratului de oxid și designul aliajului plăcii rezistente la uzură ZMG232G10 sunt prezentate pe scurt mai jos.
Când placa rezistentă la uzură ZMG232L este tratată termic într-o atmosferă oxidantă, se formează un strat de oxid cu dublu strat pe suprafața piesei de prelucrat, stratul de suprafață este stratul de oxid (Mn,Cr) 3O4, stratul interior (matrice) este stratul de oxid de Cr2O3. Rezistența la oxidare depinde de stratul de oxid Cr2O3, dar evaporarea elementului Cr conținut în acesta va duce la deteriorarea performanței elementului generator de energie, deși stratul de oxid (Mn,Cr) 3O4 va avea un anumit efect inhibitor. asupra evaporării Cr, dar viteza de oxidare a (Mn,Cr) 3O4 face ca efectul de protecție să fie limitat.
Pentru a rezolva problemele de mai sus, se iau următoarele măsuri în proiectarea aliajului.
1) Îmbunătățiți rezistența la oxidare: reduceți conținutul de Mn și reduceți rata de oxidare a (Mn,Cr) 3O4;
2) Inhibați evaporarea Cr: Adăugați Cu, Cu difuzează în stratul de oxid (Mn,Cr)3O4, densificând stratul de oxid (Mn,Cr)3O4.
Datorită măsurilor de proiectare a compoziției de mai sus, placa rezistentă la uzură ZMG232G10 are o rezistență mai bună la oxidare decât placa rezistentă la uzură ZMG232L, iar cantitatea de evaporare a Cr este redusă.
ZMG232G10 placa de uzură și comparație cu alte plăci de uzură
Pentru a comercializa SOFC, costul de producție al fiecărei componente trebuie redus. În ultimii ani, a fost studiată aplicarea plăcii rezistente la uzură din ferită în conectorii SOFC. Rezistența la oxidare a conectorului plăcii rezistente la uzură ZMG232G10 dezvoltat de Hitachi Metal Company a fost comparată cu alte plăci rezistente la uzură, iar proba de testare a avut o grosime de 10 mm. Deoarece cu cât grosimea plăcii este mai subțire, cu atât rezistența la oxidare a aliajului este mai slabă, este necesar să se acorde atenție designului grosimii atunci când placa rezistentă la uzură este utilizată ca material conector SOFC. Când ZMG232G10 este utilizat ca material conector SOFC, poate fi utilizat un material mai subțire decât placa obișnuită rezistentă la uzură.
Cu cât este mai mică modificarea incrementului de oxidare în timp, cu atât rezistența la oxidare este mai bună, cum ar fi rezistența la oxidare a plăcii de uzură ZMG232G10 este semnificativ mai bună decât SUS430. În circumstanțe normale, creșterea de oxidare a stratului de oxid care formează aliajul crește conform regulii parabolice odată cu creșterea timpului, dar creșterea de oxidare a SUS430 crește brusc odată cu creșterea timpului în tratamentul de oxidare inițial. Înainte de timpul de oxidare de 2500h, tendința de schimbare a incrementului de oxidare SUS444 este practic aceeași cu cea a ZMG232G10, dar după creștere, incrementul de oxidare SUS444 scade rapid, ceea ce este rezultatul spargerii stratului său de oxidare cu rezistență la oxidare. Comparația de mai sus arată că, în comparație cu plăcile rezistente la uzură ZMG232G10, SUS430 și SUS444 au o rezistență slabă la oxidare.
