Áp dụng laser trong quá trình xử lý lớp phủ lưỡng cực

PEMFCTấm lưỡng cựcVật liệu chủ yếu bao gồm ba loại: vật liệu than chì, vật liệu composite và vật liệu kim loại.Các tấm lưỡng cực than chìCó độ dẫn tốt và dễ xử lý, nhưng vật liệu là giòn, có tính chất cơ học kém và hiệu quả xử lý thấp, gây khó khăn cho việc đạt được sản xuất hàng loạt thương mại.

Tổng hợpCác tấm lưỡng cựcđược làm bằng bột carbon và nhựa làm nguyên liệu thô và được chuẩn bị bằng cách đúc và các phương pháp khác. Chúng có chi phí thấp, nhưng các tấm lưỡng cực tổng hợp vẫn có vấn đề như độ dẫn điện và thẩm thấu khí.

Các tấm lưỡng cực kim loại có cường độ cao và độ dẫn điện và nhiệt. Chúng có thể được sản xuất bằng các phương pháp sản xuất hàng loạt như dập và cuộn tấm kim loại. Chúng được công nhận là lựa chọn đầu tiên cho thương mại hóa pin nhiên liệu.

Về mặtTấm lưỡng cực kim loại, vì pin nhiên liệu hoạt động trong môi trường axit, cùng với điều kiện điện và nhiệt,các tấm lưỡng cực pin nhiên liệusẽ ăn mòn trong một thời gian rất ngắn. Do đó, việc chuẩn bị một lớp phủ trên bề mặt của tấm lưỡng cực trở thành một giải pháp khả thi.

CácTấm lưỡng cực pin nhiên liệuLớp phủ được lắng đọng bằng công nghệ xây dựng Magnetron, thường bao gồm lớp chuyển tiếp và lớp phủ chức năng bề mặt. Các hạt nano phóng xạ từ tính thường dao động từ hàng chục nanomet đến một hoặc hai trăm nanomet. Đây là một hiện tượng độc đáo của phép thuật từ tính.

Sau khi các hạt phủ được chất đống, các khoảng trống khác nhau sẽ được hình thành. Ở nhiệt độ cao, axit cao và môi trường hiện tại cao củapin nhiên liệu, các ion hydro và các ion flo được tạo ra bởi sự suy giảm của nhựa axit perfluorosulfonic sẽ xâm nhập vào chất nền thông qua các khoảng trống giữa các hạt, gây ra sự ăn mòn của lớp chuyển tiếp và cuối cùng là bong tróc và thất bại. Đây là hình thức chính của sự thất bại của lớp phủ cơ chất kép.

Cơ chế thất bại

Tinh thể cột trong lắng đọng hơi vật lý

Lớp phủ bị hỏng

Một công nghệ mới để xử lý nhiệt bề mặt vật liệu kim loại bằng cách sử dụng hiệu ứng nhiệt được tạo ra bởi năng lượng cao của chùm tia laser. Quá trình làm việc của công nghệ này là: chiếu xạ bề mặt của bộ phận bằng laser có thể làm nóng nó lên trên nhiệt độ thay đổi pha quan trọng. Sau khi loại bỏ chùm tia laser, bề mặt nhanh chóng làm mát và làm nguội chính nó.

Điều này đã đạt được kết quả quan trọng trong việc cải thiện khả năng chống mài mòn, kháng ăn mòn, kháng mỏi và kháng tác động của bề mặt kim loại. Ưu điểm của điều trị bằng laser là nó không có ô nhiễm và thuộc về điều trị bề mặt cục bộ, với áp suất thấp và biến dạng nhỏ, do đó, nó có triển vọng ứng dụng rộng.

Công nghệ xử lý nhiệt bằng laser

Khi mật độ công suất laser thấp (<10^4W/cm^2) và thời gian chiếu xạ là ngắn, năng lượng laser được hấp thụ bởi kim loại chỉ có thể khiến nhiệt độ của vật liệu tăng từ bề mặt vào bên trong, nhưng duy trì không thay đổi pha rắn. Nó chủ yếu được sử dụng để ủ một phần và thay đổi pha xử lý làm cứng, chủ yếu là các công cụ, bánh răng và vòng bi; Với sự gia tăng mật độ công suất laser (10^4 ~ 10^6W/cm2) và sự mở rộng của thời gian chiếu xạ, bề mặt của vật liệu dần dần tan chảy và với sự gia tăng năng lượng đầu vào, giao diện pha lỏng-rắn dần di chuyển đến phần sâu của vật liệu. Quá trình vật lý này chủ yếu được sử dụng để phục hồi bề mặt, hợp kim, ốp và hàn độ dẫn nhiệt của kim loại.

Tiếp tục tăng mật độ công suất (> 10^6W/cm^2) và kéo dài thời gian hành động laser. Bề mặt vật liệu không chỉ tan chảy, mà còn bốc hơi. V hơi tập hợp gần bề mặt vật liệu và ion hóa yếu để tạo thành plasma. Plasma hiếm này giúp vật liệu hấp thụ laser. Dưới áp lực mở rộng hóa hơi, các biến dạng bề mặt chất lỏng để tạo thành hố. Giai đoạn này được sử dụng để hàn laser, thường trong các khớp vi mô trong vòng 0,5mm.

Ứng suất nén trong quá trình lắng đọng hơi vật lý

Khi laser được sử dụng để chiếu xạ bề mặt thép không gỉ, lớp phủ được làm nóng đến trạng thái nóng chảy bởi nhiệt độ cao được tạo ra bởi laser ngay lập tức, và sau đó nhanh chóng làm mát. Sau khi nóng chảy, các khoảng trống giữa các hạt bị giảm, tạo thành một cấu trúc tương tự như dung dịch rắn, có thể ngăn chặn các ion hydro và ion flo xâm nhập vào chất nền.

Thứ hai, sau khi xử lý nóng chảy ở nhiệt độ cao, lớp phủ có thể tạo thành một dung dịch rắn với chất nền, cải thiện cường độ liên kết giữa lớp phủ và chất nền. Đặc biệt đối với chất nền thép không gỉ, cường độ liên kết kém giữa chất nền và lớp phủ là một vấn đề nổi bật. Điều trị bằng laser có thể cải thiện hiệu quả sức mạnh liên kết của lớp phủ.

Thứ ba, chiếu xạ laser cũng có thể làm giảm ứng suất nén hình thành bên trong lớp phủ trong quá trình phun từ tính. Thông qua xử lý nhiệt nhiệt độ cao, ứng suất bên trong lớp phủ có thể được giải phóng và tuổi thọ của lớp phủ có thể được cải thiện.

Thứ tư, xử lý nhiệt chiếu xạ laser có thể tạo thành một hiệu ứng giống như dập tắt trên tấm lưỡng cực. Cải thiện sức mạnh của tấm lưỡng cực sau khi hình thành có lợi để cải thiện sức mạnh của tấm lưỡng cực, đặc biệt là khi chất nền của tấm lưỡng cực của pin nhiên liệu ngày càng mỏng hơn trong tương lai. Nó cung cấp các điều kiện thuận tiện cho việc sử dụng chất nền 0,075mm hoặc thậm chí 0,05mm.

Cải thiện khoảng cách hạt bằng cách xử lý nhiệt bằng laser

Điều trị bằng laserTấm lưỡng cựcLớp phủ có lợi thế rõ ràng. Làm thế nào để tăng tốc độ điều trị bằng laser là một vấn đề kỹ thuật cần được giải quyết. Có rất nhiềuCác tấm lưỡng cựcvà một khu vực rộng lớn. Chế biến nhanh, chi phí thấp và chất lượng cao là tiền đề cho ứng dụng quy mô lớn trong kỹ thuật. Tôi tin rằng chúng ta sẽ thấy nhiều trường hợp ứng dụng của laser trong xử lý lớp phủ trong tương lai.