بررسي ميكروساختار و رفتار اكسيداسيون و الكتريكي فولاد Crofer 22APU پوشش داده شده با تيتانيوم براي كاربرد در اتصال دهنده هاي پيل سوختي اكسيد جامد

Investigation on the Microstructure, Oxidation and Electrical Behavior of Ti-coated Crofer 22APU Steel for SOFC Interconnect Applications

يكي از موثرترين راه ها براي بهبود مقاومت به اكسيداسيون اتصال دهنده هاي مورد استفاده در پيل هاي سوختي اكسيد جامد، اعمال يك لايه پوشش رساناي محافظ است. در اين پژوهش، فولاد فريتيCrofer 22APU در يك مخلوط پودر پايه تيتانيوم به روش سمانتاسيون فشرده پوشش داده شد. تركيب پودر براي پوشش دهي تيتانيوم به صورت20 درصد وزني Ti، 5 درصد وزني NH4Cl به عنوان فعال كننده و 75 درصد وزني Al2O3 بود. بهينه دما و زمان براي دست يابي به بهترين كيفيت پوشش از لحاظ چسبندگي و عدم تخلخل 800 درجه سانتي گراد به مدت زمان هفت ساعت بود. پوشش تيتانايز حاصل شامل فاز هاي TiFe، TiFe2 و TiCr2 بود. نتايج مربوط به آزمون هاي اكسيداسيون همدما و اكسيداسيون سيكلي در دماي 900 درجه سانتي گراد، نشان داد كه نمونه هاي پوشش داده شده با تيتانيوم مقاومت به اكسيداسيون بهتري نسبت به نمونه هاي بدون پوشش دارند. مطالعات ساختاري و فازي نمونه هاي پوشش دار و اكسيد شده با ميكروسكوپ الكتروني روبشي و آزمون پراش پرتو ايكس انجام شد. در طول فرايند اكسيداسيون، پوشش به فازهاي TiFe، TiFe2، TiFe2O5، TiO2 و TiCr2O4 تبديل شده است. افزايش وزن نمونه هاي پوشش دار نسبت به نمونه هاي بدون پوشش كمتر بود كه نشان مي دهد پوشش به طور موثري زيرلايه را در برابر اكسيداسيون حفظ مي كند. همچنين، مقاومت الكتريكي نمونه هاي پوشش دار از نمونه هاي بدون پوشش بالاتر بود.

One of the most effective ways to improve oxidation resistance of interconnects used in solid oxide fuel cells (SOFCs) is to apply a layer of conductive protective coating. In this study, Crofer 22APU ferritic steel was coated in a titanium- based powder mixture by pack cementation method. The powder composition for titanium coating was Ti 20 wt.%, NH4Cl 5 wt.% (activator) and Al2O3 75 wt.%. The optimum temperature and time to obtain the best coating quality in terms of adhesion and porosity were 800 °C and 7 hours, respectivly. The obtained titanized coating consisted of TiFe, TiFe2 and TiCr2 phases. The results of isothermal and cyclic oxidation tests carried out at 900 °C, showed that titanium-coated samples had better oxidation resistance than non-coated samples. Microstructural and phase studies of coated and oxidized samples were performed by scanning electron macroscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis (XRD). During oxidation process, the coating layer was converted into TiFe, TiFe2, TiFe2O5, TiO2 and TiCr2O4 phases. The coated specimens had lower weight gains relative to uncoated samples showing that coating effectively protects the substrate against oxidation. Moreover, coated samples had higher electrical resistance than uncoated ones.