Aplicarea laserului în post-procesarea acoperirii plăcilor bipolare

PEMFCPlacă bipolarăMaterialele includ în principal trei categorii: materiale de grafit, materiale compozite și materiale metalice.Plăci bipolare grafitau o conductivitate bună și sunt ușor de procesat, dar materialul este fragil, are proprietăți mecanice slabe și eficiență scăzută de procesare, ceea ce face dificilă realizarea producției de masă comercială.

CompozitPlăci bipolaresunt confecționate din pulbere de carbon și rășină ca principale materii prime și sunt preparate prin modelare și alte metode. Acestea au costuri scăzute, dar plăcile bipolare compuse au încă probleme precum conductivitatea și permeabilitatea gazelor.

Plăcile bipolare metalice au o rezistență ridicată și conductivitate electrică și termică. Acestea pot fi produse prin metode de producție în masă, cum ar fi ștampilarea foii de metal și rularea. Sunt recunoscute drept prima alegere pentru comercializarea celulelor de combustibil.

În ceea ce priveștePlăci bipolare metalice, deoarece celulele de combustibil funcționează într -un mediu acid, cuplat cu afecțiuni electrice și termice,Plăcile bipolare cu celule de combustibilse va coroda într -un timp foarte scurt. Prin urmare, pregătirea unei acoperiri pe suprafața plăcii bipolare devine o soluție fezabilă.

The Placă bipolară cu celule de combustibilAcoperirea este depusă folosind tehnologia de construcție a magnetului, incluzând în general un strat de tranziție și o acoperire funcțională de suprafață. Nanoparticulele de sputtering cu magnetron variază, în general, de la zeci de nanometri la una sau două sute de nanometri. Acesta este un fenomen unic de sputtering de magnetron.

După ce particulele de acoperire sunt acumulate, se vor forma diferite lacune. La temperatura ridicată, acidul ridicat și mediul curent ridicat alcelula de combustibil, ionii de hidrogen și ionii de fluor generați de degradarea rășinii acidului perfluorosulfonic vor pătrunde în substrat prin golurile dintre particule, provocând coroziunea stratului de tranziție și, în cele din urmă, decojire funcțională și eșec. Aceasta este principala formă de eșec a acoperirii cu substrat dublu.

Mecanism de defecțiune

Cristale coloane în depunere fizică de vapori

Acoperirea eșecului de decojire

O nouă tehnologie pentru tratarea termică a suprafeței materialelor metalice folosind efectul termic generat de energia ridicată a fasciculului laser. Procesul de lucru al acestei tehnologii este: iradierea suprafeței părții cu un laser o poate încălzi peste temperatura critică a schimbării fazelor. După îndepărtarea fasciculului laser, suprafața se răcește rapid și se stinge.

Acest lucru a obținut rezultate semnificative în îmbunătățirea rezistenței la uzură, a rezistenței la coroziune, a rezistenței la oboseală și a rezistenței la impact a suprafeței metalice. Avantajele tratamentului cu laser sunt că este fără poluare și aparține tratamentului local de suprafață, cu presiune scăzută și deformare mică, deci are perspective largi de aplicare.

Tehnologia de tratare a căldurii cu laser

Când densitatea puterii laser este scăzută (<10^4W/cm^2) și timpul de iradiere este scurt, energia laser absorbită de metal nu poate face decât să se ridice temperatura materialului de la suprafață la interior, dar menține faza solidă neschimbată. Este utilizat în principal pentru tratamentul piesei de recoacere și schimbarea fazelor, în mare parte instrumente, angrenaje și rulmenți; Odată cu creșterea densității puterii laser (10^4 ~ 10^6W/cm2) și extinderea timpului de iradiere, suprafața materialului se topește treptat și odată cu creșterea energiei de intrare, interfața de fază lichid-solid se deplasează treptat la partea profundă a materialului. Acest proces fizic este utilizat în principal pentru remellarea suprafeței, alierea, placarea și sudarea conductivității termice a metalelor.

Creșteți în continuare densitatea puterii (> 10^6W/cm^2) și extinde timpul de acțiune laser. Suprafața materialului nu numai că se topește, dar și se vaporizează. Vaporii se adună lângă suprafața materialului și ionizează slab pentru a forma plasmă. Această plasmă rară ajută materialul să absoarbă laserul. Sub presiunea expansiunii de vaporizare, suprafața lichidă se deformează pentru a forma gropi. Această etapă este utilizată pentru sudarea cu laser, în general în micro-jointe la 0,5 mm.

Stres de compresie în timpul depunerii fizice de vapori

Când laserul este utilizat pentru a iradia suprafața din oțel inoxidabil, acoperirea este încălzită într -o stare topită de temperatura ridicată generată de laser instantaneu, apoi răcită rapid. După topire, golurile dintre particule sunt reduse, formând o structură similară cu o soluție solidă, care poate împiedica ionii de hidrogen și ioni de fluor să pătrundă în substrat.

În al doilea rând, după tratamentul de topire la temperaturi ridicate, acoperirea poate forma o soluție solidă cu substratul, îmbunătățind rezistența de legare între acoperire și substrat. Mai ales pentru substraturile din oțel inoxidabil, rezistența slabă de legătură între substrat și acoperire este o problemă proeminentă. Tratamentul cu laser poate îmbunătăți eficient rezistența de legare a acoperirii.

În al treilea rând, iradierea cu laser poate reduce, de asemenea, tensiunea compresivă formată în interiorul acoperirii în timpul sputteringului de magnetron. Prin tratamentul termic la temperatură ridicată, stresul din interiorul acoperirii poate fi eliberat și viața acoperirii poate fi îmbunătățită.

În al patrulea rând, tratamentul termic de iradiere cu laser poate forma un efect asemănător cu stingerea asupra plăcii bipolare. Îmbunătățirea rezistenței plăcii bipolare după formare este benefică pentru îmbunătățirea rezistenței plăcii bipolare, mai ales atunci când substratul plăcii bipolare a celulei de combustibil devine din ce în ce mai subțire în viitor. Oferă condiții convenabile pentru utilizarea de substraturi de 0,075 mm sau chiar 0,05 mm.

Îmbunătățirea decalajului de particule de acoperire prin tratamentul termic cu laser

Tratament cu laser dePlacă bipolarăAcoperirea are avantaje evidente. Cum să crești viteza tratamentului cu laser este o problemă de inginerie care trebuie rezolvată. Există multePlăci bipolareși o suprafață mare. Premisa rapidă, cu costuri reduse și de înaltă calitate este premisa pentru aplicarea la scară largă în inginerie. Cred că vom vedea mai multe cazuri de aplicare de laser în tratamentul de acoperire în viitor.