바이폴라 플레이트 코팅의 후 처리에서 레이저의 적용

PEMFC바이폴라 플레이트재료에는 주로 흑연 재료, 복합 재료 및 금속 재료의 세 가지 범주가 포함됩니다.흑연 바이폴라 플레이트전도도가 우수하고 처리하기 쉽지만 재료는 부서지기 쉬우 며 기계적 특성이 좋지 않고 처리 효율이 낮아 상업적 질량 생산을 달성하기가 어렵습니다.

합성물양극판주요 원료로 탄소 분말 및 수지로 만들어지며 성형 및 기타 방법으로 제조됩니다. 비용은 낮지 만 복합 양극도 플레이트는 여전히 전도도 및 가스 침투와 같은 문제가 있습니다.

금속 바이폴라 플레이트는 고강도 및 전기 및 열전도율을 갖습니다. 금속 시트 스탬핑 및 롤링과 같은 대량 생산 방법으로 생산할 수 있습니다. 그들은 연료 전지의 상업화를위한 첫 번째 선택으로 인식됩니다.

관점에서금속 바이폴라 플레이트, 연료 전지는 산성 환경에서 작동하며 전기 및 열 조건과 함께연료 전지 바이폴라 플레이트아주 짧은 시간 안에 부식됩니다. 따라서, 바이폴라 플레이트의 표면에서 코팅을 제조하는 것은 실행 가능한 용액이된다.

그만큼연료 전지 바이폴라 플레이트코팅은 일반적으로 전이 층 및 표면 기능 코팅을 포함하여 Magnetron 구조 기술을 사용하여 증착됩니다. 마그네트론 스퍼터링 나노 입자는 일반적으로 수십 개의 나노 미터에서 1 ~ 2 백 나노 미터까지 다양합니다. 이것은 Magnetron Sputtering의 독특한 현상입니다.

코팅 입자가 쌓이면 다른 갭이 형성됩니다. 고온에서, 높은 산 및 고전류 환경의연료 전지, 퍼플 루오 술 폰 산 수지의 분해에 의해 생성 된 수소 이온 및 불소 이온은 입자 사이의 갭을 통해 기질로 침투하여 전이 층의 부식과 궁극적으로 기능적 필링 및 고장을 유발할 것이다. 이것은 이중 기판 코팅의 주요 형태입니다.

실패 메커니즘

물리 증기 증착의 원주 결정

코팅 필링 고장

레이저 빔의 높은 에너지에 의해 생성 된 열 효과를 사용하여 금속 재료 표면의 열처리를위한 새로운 기술. 이 기술의 작업 과정은 다음과 같습니다. 레이저로 부품 표면을 조사하면 임계 위상 변화 온도 이상으로 가열 될 수 있습니다. 레이저 빔을 제거한 후 표면은 빠르게 냉각되고 자체를 켄 렌치합니다.

이것은 내마모성, 부식성, 피로 저항성 및 금속 표면의 충격 저항을 개선하는 데 중요한 결과를 얻었습니다. 레이저 처리의 장점은 오염이없고 낮은 압력 및 작은 변형으로 국부 표면 처리에 속하므로 광범위한 응용 전망이 있습니다.

레이저 열처리 기술

레이저 전력 밀도가 낮고 (<10^4W/cm^2) 조사 시간이 짧으면 금속에 의해 흡수 된 레이저 에너지는 물질의 온도 만 표면에서 내부로 올라갈 수 있지만 고체상은 변하지 않게 유지할 수 있습니다. 주로 부품 어닐링 및 위상 변화 경화 처리, 주로 도구, 기어 및 베어링에 사용됩니다. 레이저 전력 밀도 (10^4 ~ 10^6W/cm2)의 증가 및 조사 시간의 연장에 따라, 재료의 표면이 점차 녹고, 입력 에너지의 증가에 따라 액체-고고 상 계면은 점차 재료의 깊은 부분으로 이동한다. 이 물리적 과정은 주로 금속의 표면 상재, 합금, 클래딩 및 열전도도 용접에 사용됩니다.

전력 밀도 (> 10^6W/cm^2)를 추가로 증가시키고 레이저 동작 시간을 연장합니다. 재료 표면은 녹을뿐만 아니라 기화됩니다. 증기는 물질 표면 근처에서 모여 약하게 이온화되어 혈장을 형성합니다. 이 희귀 한 혈장은 재료가 레이저를 흡수하는 데 도움이됩니다. 기화 확장의 압력 하에서, 액체 표면은 구덩이를 형성하기 위해 변형된다. 이 단계는 일반적으로 0.5mm 이내의 마이크로 조인트로 레이저 용접에 사용됩니다.

물리 증기 증착 동안 압축 응력

레이저가 스테인레스 스틸 표면을 조사하는 데 사용될 때, 코팅은 레이저에 의해 생성 된 고온에 의해 용융 상태로 가열 된 다음 빠르게 냉각됩니다. 용융 후, 입자 사이의 갭이 감소되어 고체 용액과 유사한 구조를 형성하여 수소 이온 및 불소 이온이 기질로 침투하는 것을 방지 할 수 있습니다.

둘째, 고온 용융 처리 후, 코팅은 기질과 고체 용액을 형성하여 코팅과 기질 사이의 결합 강도를 개선시킬 수있다. 특히 스테인레스 스틸 기판의 경우, 기판과 코팅 사이의 불량한 결합 강도는 두드러진 문제입니다. 레이저 처리는 코팅의 결합 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

셋째, 레이저 조사는 또한 마그네트론 스퍼터링 동안 코팅 내부에 형성된 압축 응력을 감소시킬 수있다. 고온 열처리를 통해 코팅 내부의 응력을 방출 할 수 있으며 코팅 수명이 향상 될 수 있습니다.

넷째, 레이저 조사 열처리는 양극성 플레이트에 담금질 같은 효과를 형성 할 수있다. 형성 후 바이폴라 플레이트의 강도를 개선하는 것은 특히 연료 전지의 양극 플레이트의 기판이 향후 더 얇아 질 때 양극판의 강도를 향상시키는 데 유리합니다. 0.075mm 또는 0.05mm 기판을 사용하기에 편리한 조건을 제공합니다.

레이저 열처리에 의한 코팅 입자 갭의 개선

레이저 처리바이폴라 플레이트코팅에는 명백한 장점이 있습니다. 레이저 처리 속도를 높이는 방법은 해결 해야하는 엔지니어링 문제입니다. 많은 것이 있습니다양극판그리고 넓은 지역. 빠르고 저비용 및 고품질 처리는 엔지니어링 분야의 대규모 응용 프로그램에 대한 전제입니다. 앞으로 코팅 처리에서 레이저의 더 많은 적용 사례를 볼 것이라고 생각합니다.