Ferito dilimui atsparių plokščių jungčių tyrimų eiga
1997 m. Hitachi Metal Company sukūrė metalo medžiagą Fe-22Cr feritinės sistemos lydinį ZMG232, skirtą SOFC jungtims, kurių darbinė temperatūra yra 1000 laipsnių. Feritinė medžiaga buvo pasirinkta kaip SOFC jungtis, nes feritinė medžiaga turi mažesnį šiluminio plėtimosi koeficientą nei austenitas, kuris yra panašesnis į SOFC komponento medžiagą. Tada bendrovė ėmėsi procesų tobulinimo priemonių, pavyzdžiui, sumažino priemaišų oksidų kiekį, ir 2005 m. sukūrė nusidėvėjimui atsparią plokštę ZMG232L.
Dėvėjimui atspari ZMG232L plokštė darbo aplinkoje gali sudaryti tankų Cr2O3 oksido sluoksnį, todėl jai būdingas geras elektros laidumas, bet taip pat pasižymi išskirtiniu atsparumu oksidacijai. Nors jungties atsparumą oksidacijai taip pat galima gauti formuojant Al2O3 oksido sluoksnį, Al2O3 neturi elektros laidumo esant ZMG232L dilimui atsparios plokštės darbinei temperatūrai, todėl Cr2O3 oksido sluoksnio lydinys su maža varža aukštoje temperatūroje yra tinkamas SOFC jungties metalinės medžiagos.
Nuolat tobulinant SOFC, jungčių metalinėms medžiagoms keliami aukštesni reikalavimai – toliau gerinti atsparumą oksidacijai ir sumažinti metalinių medžiagų generuojamo Cr garavimo kiekį, kad būtų sumažintas poveikis elektros energijos gamybos komponentų veikimui. Remiantis ZMG232L nusidėvėjimui atsparia plokšte, Hitachi Metal Company sukūrė plėvelės ir tankinimo lydinio, sudaryto iš špinelio sluoksnio ir chromo oksido sluoksnio, turinčio elektrinį laidumą, projektą, pridėdama legiravimo elementų ir optimizuojant komponentus, ir sukūrė naują lydinio ZMG232G10 nusidėvėjimui atsparią plokštę su atsparumas oksidacijai ir elektrinis laidumas padidėjo apie 2 kartus.
Žemiau trumpai pristatoma ZMG232G10 dilimui atsparios plokštės oksido sluoksnio struktūra ir lydinio konstrukcija.
Kai ZMG232L nusidėvėjimui atspari plokštelė yra termiškai apdorojama oksiduojančioje atmosferoje, ant ruošinio paviršiaus susidaro dvisluoksnis oksido sluoksnis, paviršinis sluoksnis yra (Mn,Cr) 3O4 oksido sluoksnis, vidinis sluoksnis (matrica) yra Cr2O3 oksido sluoksnis. Atsparumas oksidacijai priklauso nuo Cr2O3 oksido sluoksnio, tačiau jame esančio Cr elemento išgaravimas lems elektros energijos gamybos elemento veikimo pablogėjimą, nors (Mn,Cr) 3O4 oksido sluoksnis turės tam tikrą slopinamąjį poveikį. dėl Cr išgaravimo, tačiau dėl (Mn,Cr) 3O4 oksidacijos greičio apsaugos poveikis yra ribotas.
Siekiant išspręsti aukščiau nurodytas problemas, lydinio konstrukcijoje imamasi šių priemonių.
1) Padidinkite atsparumą oksidacijai: sumažinkite Mn kiekį ir (Mn,Cr) 3O4 oksidacijos greitį;
2) Slopinkite Cr išgaravimą: įpilkite Cu, Cu pasklinda į (Mn,Cr) 3O4 oksido sluoksnį, tankindamas (Mn,Cr) 3O4 oksido sluoksnį.
Dėl pirmiau nurodytų sudėties projektavimo priemonių ZMG232G10 nusidėvėjimui atspari plokštė turi geresnį atsparumą oksidacijai nei ZMG232L, o Cr išgaravimo kiekis yra sumažintas.
ZMG232G10 nusidėvėjimo plokštės ir kitų nusidėvėjimo plokščių palyginimas
Norint komercializuoti SOFC, reikia sumažinti kiekvieno komponento gamybos sąnaudas. Pastaraisiais metais buvo tiriamas ferito dilimui atsparios plokštės pritaikymas SOFC jungtyse. Hitachi Metal Company sukurtos ZMG232G10 dilimui atsparios plokštės jungties atsparumas oksidacijai buvo lyginamas su kitomis dilimui atspariomis plokštėmis, o bandomasis pavyzdys buvo 10 mm storio. Kadangi kuo plonesnis plokštės storis, tuo prastesnis lydinio atsparumas oksidacijai, būtina atkreipti dėmesį į storio konstrukciją, kai dilimui atspari plokštė naudojama kaip SOFC jungties medžiaga. Kai ZMG232G10 naudojamas kaip SOFC jungties medžiaga, galima naudoti plonesnę medžiagą nei įprasta dilimui atspari plokštė.
Kuo mažesnis oksidacijos laipsnio pokytis, tuo didesnis atsparumas oksidacijai, pvz., ZMG232G10 nusidėvėjimo plokštės atsparumas oksidacijai yra žymiai geresnis nei SUS430. Įprastomis aplinkybėmis lydinį sudarančio oksido sluoksnio oksidacijos prieaugis didėja pagal parabolinę taisyklę ilgėjant laikui, tačiau SUS430 oksidacijos prieaugis smarkiai didėja ilgėjant pradinio oksidacijos apdorojimo laikui. Prieš 2500 h oksidacijos laiką SUS444 oksidacijos prieaugio kitimo tendencija iš esmės yra tokia pati kaip ir ZMG232G10, tačiau po padidėjimo SUS444 oksidacijos prieaugis greitai mažėja, o tai yra dėl jo oksidacijos sluoksnio išsisluoksniavimo ir atsparumo oksidacijai. Aukščiau pateiktas palyginimas rodo, kad, palyginti su ZMG232G10 dilimui atspariomis plokštėmis, SUS430 ir SUS444 atsparumas oksidacijai yra prastas.
