%34تخفیف

دانلود پروژه: توسعه­ي پوشش­هاي اسپينلي Mn-Cu-O بر روي فولادهاي زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال­دهنده در پيل­هاي سوختي اکسيد جامد

تعداد 140صفحه در فایل word

توسعه­ي پوشش­هاي اسپينلي Mn-Cu-O بر روي فولادهاي زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال­دهنده در پيل­هاي سوختي اکسيد جامد 

دکتراي مهندسي مواد

چکيده

 

فولادهاي زنگ نزن فريتي با قابليت تشکيل اکسيد کروم از جمله­ي بهترين گزينه­ها به عنوان اتصال­دهنده در پيل­هاي سوختي اکسيد جامد، محسوب مي­شوند. اين در حالي است که کاهش رسانايي الکتريکي در حين کار در دماي بالا، تبخير کروم و مشکل مسموميت کاتد که ناشي از رشد اجتناب­ناپذير پوسته­ي اکسيدي Cr2O3 است، چالش مهمي در برابر کاربرد اين گروه از اتصال­دهنده­هاي فلزي است. به منظور حفاظت از پيل سوختي اکسيد جامد در برابر مسمويت کرومي کاتد و بهبود مقاومت ويژه­ي سطحي آن در طي عمر کاري تعيين شده، پوشش اسپينلي Cu1.3Mn1.7O4 به روش حرارتي بر روي زيرلايه­هاي فولادي AISI 430 رشد داده شد. در اين راستا، ابتدا پودرهاي اسپينلي CuxMn3-xO4 (3/1≥x≥9/0) با روش گليسين-نيترات همراه با آسياکاري مکانيکي توليد و سپس مورد ارزيابي­هاي ميکروساختاري نظير پراش پرتوي ايکس، ميکروسکوپ الکتروني روبشي، ميکروسکوپ الکتروني عبوري و آناليز حرارتي و تعيين رسانايي الکتريکي به روش جريان مستقيم، قرار گرفتند. در ادامه، اثر اضافه شدن لانتانيوم به ترکيب پوشش اسپينلي بر روي مکانيزم رشد زيرپوسته­ي اکسيدي Cr­2O3 و رفتار الکتريکي اتصال­دهنده­ي AISI 430 در دماي کاري پيل سوختي اکسيد جامد (750 درجه­ي سانتيگراد) بررسي شد. بدين منظور، دو نوع پوشش حاوي لانتانيوم شامل پوشش­هاي کامپوزيتي Cu1.3Mn1.7O4/La2O3 (حاوي 12 و 22 درصد وزني از ذرات اکسيدي) و پوشش­هاي آلايش شده­ي Cu1.3Mn1.7-xLaxO4 (5/0و3/0=x) بر روي زيرلايه­ي فولادي اعمال شدند. نتايج نشان داد که پوشش اسپينلي Cu1.3Mn1.7O4 نه تنها مقدار مقاومت ويژه­ي سطحي را کاهش مي­دهد، بلکه به عنوان مانع مؤثري در برابر مهاجرت کروم به سمت پوشش و کاتد عمل نموده و رشد زيرپوسته­ي اکسيدي را محدود مي­نمايد. نتايج آناليز طيف­سنج توزيع انرژي نشان داد که يک ناحيه­ي اسپينل مخلوط با نفوذپذيري محدود براي اکسيژن، ميان پوشش و زيرلايه پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه­ي سانتيگراد شکل گرفت و به اين ترتيب رشد زيرپوسته­ي اکسيد کروم (2~ ميکرومتر) در مقايسه با نمونه­ي بدون پوشش (4~ ميکرومتر) کاهش چشمگير يافت.  در نمونه­هاي پوشش داده شده­ي کامپوزيتي و آلايش شده، فاز پروسکايتي LaCrO3 در اثر نفوذ درهم ميان Cr2O3 و يا CrO3 با La2O3 تشکيل شد. توزيع اين فاز در نمونه­هاي کامپوزيتي به صورت نانوذرات آگلومره و در نمونه­هاي آلايش شده به صورت نانوذرات با توزيع يکنواخت و جداگانه ارزيابي گرديد. حضور نانوذرات LaCrO3 در راستاي پوشش و زيرپوسته­ اکسيدي همراه با نقش مؤثر پوشش اسپينلي زمينه، سبب شد تا ضخامت زيرپوسته­ي اکسيدي در نمونه­­هاي کامپوزيتي و آلايش شده پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه­ي سانتيگراد به ترتيب، به 1~ ميکرومتر و زير ميکرون کاهش يابد. ذکر اين نکته ضروري است که اين پوشش­ها مانع مؤثري در برابر مهاجرت کروم عمل نموده و آناليز طيف­سنج توزيع انرژي عدم حضور کروم در کاتد متصل به اين قطعات را تأييد نمود. بر اساس نتايج به دست آمده، مشخص شد که توزيع يکنواخت نانوذرات جداگانه­ي LaCrO3 در نمونه­هاي آلايش شده نسبت به نمونه­هاي کامپوزيتي عاملي در جهت کاهش ضخامت زيرپوسته­ي اکسيدي تا مقادير زير ميکرون است. نتايج آزمون مقاومت ويژه­ي سطحي براي نمونه­ي بدون پوشش نشان داد که مقدار آن پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه­ي سانتيگراد، 5/63 ميلي اهم سانتيمتر مربع است؛ اين در حالي است که مقاومت ويژه­ي سطحي براي نمونه با پوشش اسپينلي پس از زمان مشابه، با 70 درصد کاهش نسبت به نمونه­ي بدون پوشش، به 3/19 ميلي اهم سانتيمتر مربع رسيد. علت اين کاهش قابل توجه به عواملي نظير رسانايي الکتريکي چشمگير ترکيب اسپينلي Cu1.3Mn1.7O4 (140زيمنس بر سانتيمتر)، کاهش رشد زيرپوسته­ي اکسيدي و اتصال مناسب ميان پوشش و زيرلايه نسبت داده شد. حضور نانوذرات رساناي LaCrO3  در راستاي زيرپوسته­ي اکسيدي و همچنين زمينه­ي اسپينلي و کاهش قابل توجه ضخامت زيرپوسته در نمونه­هاي کامپوزيتي و آلايش شده منجر به کاهش به ترتيب 22 درصدي (15 ميلي اهم سانتيمتر مربع) و 49 درصدي (9/9 ميلي اهم سانتيمتر مربع) مقاومت ويژه­ي سطحي در مقايسه با نمونه­ي داراي پوشش اسپينلي پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه­ي سانتيگراد، گرديد.

کلمات کليدي: اتصال­دهنده، اسپينل، پوشش، پيل سوختي اکسيد جامد، فرآيند گليسين-نيترات، فولاد زنگ نزن فريتي، رسانايي الکتريکي.

 

 

 

 

فهرست مطالب

صفحه

عنوان

8

فهرست مطالب . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

چکيده  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

فصل اول: مقدمه  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

فصل دوم: مباني علمي و مروري بر پژوهش­ها  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

14

2-1- پيل­هاي سوختي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

2-1-1- اصول عملکرد پيل­هاي سوختي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2-1-2- آرايه­ي پيل­هاي سوختي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

              آرايه­ي حاصل از چيدمان پيل­هاي صفحه­اي تخت  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

              آرايه­ي حاصل از چيدمان پيل­هاي يکپارچه  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

              آرايه­ي حاصل از چيدمان پيل­هاي لوله­اي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

2-1-3- انواع پيل­هاي سوختي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

             پيل سوختي اکسيد جامد (SOFC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2-1-4- مقايسه­ي انواع پيل­هاي سوختي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

2-2- مواد پيل­ سوختي اکسيد جامد  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2-2-1- الکتروليت  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2-2-2- کاتد  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2-2-3- آند  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2-2-4- اتصال­دهنده  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

             اتصال­دهنده­هاي فلزي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

             آلياژهاي پايه کروم  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

             آلياژهاي پايه آهن (فولادهاي زنگ نزن فريتي) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

2-3- پوشش­هاي اکسيد عناصر فعال بر روي اتصال­دهنده­هاي فلزي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

2-4- پوشش­هاي پروسکايتي خاکي کمياب بر روي اتصال­دهنده­هاي فلزي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

2-5- پوشش­هاي اسپينلي بر روي اتصال­دهنده­هاي فلزي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

2-5-1- پوشش­هاي اسپينلي ايجاد شده با روش پوشش دهي دوغابي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

2-5-2- پوشش­هاي اسپينلي ايجاد شده با روش سل-ژل  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62

2-5-3- پوشش­هاي اسپينلي ايجاد شده با روش رسوب­دهي الکتريکي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

2-6- مقايسه­ي پوشش­هاي اسپينلي با پوشش­هاي اکسيد عناصر فعال و پروسکايتي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

2-7- جمع­بندي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

هشت

73

فصل سوم: روش تحقيق  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

73

3-1- توليد پودرهاي اسپينلي CuxMn3-xO4 (3/1≥x≥9/0) با استفاده از روش گليسين-نيترات همراه با آسيا­کاري مکانيکي . . . .

75

3-2- مشخصه­يابي ميکروساختاري پودرهاي اسپينلي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

3-2-1- آناليز پراش پرتوي ايکس XRD  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

77

3-2-2- آناليز حرارتي TG/DTA  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

77

3-2-3- مشاهدات ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و عبوري (TEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

77

3-3- اندازه­گيري رسانايي الکتريکي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

3-4- توليد و مشخصه­يابي پودرهاي کامپوزيتي Cu1.3Mn1.7O4/La2O3  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

3-5- توليد و مشخصه­يابي پودرهاي اسپينلي آلايش­ شده با لانتانيوم Cu1.3Mn1.7-xLaxO4 (x=0.3,0.5) . . . . . . . . . . . . . . . . .

79

3-6- انجام فرآيند پوشش­دهي بر روي فولاد زنگ­نزن فريتي AISI 430  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

82

3-7- مشخصه­يابي پوشش  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

83

فصل چهارم: نتايج و بحث  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

83

4-1-  سنتز احتراقي و مشخصه­يابي پودرهاي اسپينلي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

90

4-2- رسانايي الکتريکي پودرهاي اسپينلي  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

94

4-3- ميکروساختار قطعات پوشش داده شده و بدون پوشش  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

94

4-3-1- قطعات بدون پوشش AISI 430  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

99

4-3-2-  قطعات AISI 430 پوشش داده شده با Cu1.3Mn1.74  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

107

4-3-3-  قطعات AISI 430 پوشش داده شده با کامپوزيت Cu1.3Mn1.74/La2O3  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

117

4-3-4- قطعات AISI 430 پوشش داده شده با پودرهاي اسپينلي آلايش­ شده با لانتانيوم Cu1.3Mn1.7-xLaxO4 (x=0.3,0.5)

124

4-4- اندازه­گيري­هاي مقاومت ويژه­ي سطحي (ASR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

127

فصل پنجم: نتيجه گيري  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

127

5-1- نتيجه­گيري  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

129

5-2- پيشنهادات  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

130

مراجع  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

نه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “دانلود پروژه: توسعه­ي پوشش­هاي اسپينلي Mn-Cu-O بر روي فولادهاي زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال­دهنده در پيل­هاي سوختي اکسيد جامد”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo