آکادمی و موسسه علمی پژوهشی ابن سینا

نتيجه گيري

هدف از اين پژوهش، متوقف کردن نفوذ کروم از اتصال دهنده ي فولادي AISI 430 به سمت کاتد، کاهش رشد زيرپوسته ي اکسيدي Cr2O3 و همچنين بهبود خواص الکتريکي نظير مقاومت ويژه ي سطحي، در شرايط کاري پيل سوختي اکسيد جامد بود. به اين منظور، از سيستم اسپينلي CuxMn3-xO4 (3/1≥x≥9/0)، اسپينلي کامپوزيتي Cu1.3Mn1.7O4-La2O3 و اسپينلي آلايش شده Cu1.3Mn1.7-xLaxO4 (5/0و3/0=x) که با استفاده از روش گليسين-نيترات همراه با آسيا کاري مکانيکي توليد گرديد، براي پوشش دهي فولاد زنگ نزن فريتي AISI 430 بهره گرفته شد. 
خلاصه ي نتايج بدست آمده به شرح زير است:

1- فاز اسپينلي مورد نظر در نسبت استوکيومتريک 1/11 به شکل کامل تشکيل شد. اين در حالي است که هيچ نشاني از فاز اسپينلي در نسبت غني از سوخت (67/1=G/N) يافت نشد. علاوه بر اين، پودرهاي به دست آمده در نسبت سوخت ناکافي(56/0=G/N) ماهيت آمورف از خود نشان دادند.        

2- نمونه ي III (پودرهاي اسپينلي 3 ساعت آسيا و پرس سرد شده) رسانايي الکتريکي کمتري معادل با 23 زيمنس بر سانتيمتر در مقايسه با نمونه ي II (پودرهاي اسپينلي 1 ساعت آسيا و پرس سرد شده) که مقدار رسانايي آن  29 زيمنس بر سانتيمتر اندازه-گيري شد، نشان داد. اين امر به سهم بيشتر مرزدانه هاي نمونه ي III به عنوان مراکز سدکننده ي حاملان بار الکتريکي (الکترون-ها)، باز مي گردد.     

3- افزايش مقدار مس در محدوده ي (3/1≥x≥9/0)، سبب افزايش رسانايي الکتريکي ترکيبات استوکيومتريک اسپينلي از 52 زيمنس بر سانتيمتر به 140 زيمنس بر سانتيمتر در 750 درجه ي سانتيگراد، شد. به اين ترتيب، با افزايش مقدار مس، يک رشد 169 درصدي در مقدار رسانايي الکتريکي مشاهده  گرديد.  

4- در خصوص نمونه ي بدون پوشش AISI 430 که به مدت 500 ساعت در 750 درجه ي سانتيگراد اکسيد گرديد (نمونه ي B)، ضخامت پوسته ي اکسيدي متشکل از زيرپوسته ي Cr 2O3 و لايه ي بالايي (Mn,Cr,Fe)3O4، 4~ ميکرومتر ارزيابي شد. 

5- انجام عمليات حرارتي به مدت 2 ساعت در محيط 5%H2+Ar، قبل از انجام 100 ساعت و 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه ي سانتيگراد (به ترتيب، نمونه هاي F و G)، سبب شکل گيري پوشش هاي بدون ترک که از طريق يک زيرپوسته ي نازک اکسيدکروم به خوبي به زيرلايه متصل شده اند، گرديد. 

6- نشانه اي از مهاجرت کروم به سطح يا در راستاي ضخامت پوشش  نمونه هاي F و G مشاهده نشد که اين مطلب گوياي نقش مؤثر پوشش Cu1.3Mn1.7O4 به عنوان مانعي در برابر نفوذ اين کاتيون هاست. 

7- تشکيل نواحي اسپينل مخلوط در نمونه هاي F و G به شکل چشمگيري مانع از نفوذ اکسيژن شده و نرخ رشد پوسته ي اکسيدي را کاهش داد. 

8- در خصوص نمونه هاي پوشش داده شده با پودرهاي اسپينلي کامپوزيتي و اسپينلي آلايش شده، فاز LaCrO3 در اثر واکنش ميان زيرپوسته ي اکسيدي Cr 2O3 و يا گونه هاي گازي حاوي کروم (CrO3) با ذرات اکسيدلانتانيوم  تشکيل شد.

9- اين نانوذرات مانعي در برابر نفوذ بيشتر کروم از زيرلايه به سمت پوشش محسوب شدند چرا که سطح در دسترس براي نفوذ کروم را در محل فصل مشترک کاهش مي دهند. 

10- نمونه هاي پوشش داده شده با Cu1.3Mn1.7O4-12 wt.% La2O3 و Cu1.3Mn1.4La0.3O4 نسبت به نمونه ي بدون پوشش، کاهش 75 درصدي و نسبت به نمونه ي پوشش داده شده با اسپينل ساده Cu1.3Mn1.7O4 کاهش بيش از 50 درصدي در رشد زيرپوسته ي اکسيدکروم پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه ي سانتيگراد، نشان دادند.

11-  نشاني از نفوذ کروم به کاتد در تماس با نمونه هاي اسپينلي کامپوزيتي و آلايش شده، پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه ي سانتيگراد رديابي نشد. 

12- مقادير مقاومت ويژه ي سطحي براي نمونه ي بدون پوشش از 26 ميلي  اهم سانتيمتر مربع به 5/63 ميلي  اهم سانتيمتر مربع پس از گذشت 500 ساعت افزايش يافت (رشد 144 درصدي). اين در حالي است که مقدار مقاومت ويژه ي سطحي براي نمونه ي پوشش داده شده با Cu1.3Mn1.7O4 پس از گذشت زماني مشابه، 3/19 ميلي اهم سانتيمتر مربع به دست آمد که در مقايسه با نمونه ي بدون پوشش، کاهش 70 درصدي نشان  داد.

13- مقاومت ويژه ي سطحي براي نمونه ي کامپوزيتي از مقدار اوليه ي 5/17 ميلي اهم سانتيمتر مربع به مقدار نهايي 15 ميلي اهم سانتيمتر مربع رسيد. اين در حالي است که توزيع يکنواخت تر نانوذرات اکسيدلانتانيوم و کاهش ضخامت زيرپوسته ي اکسيدي به زير ميکرون سبب شد که مقدار مقاومت ويژه ي سطحي براي نمونه ي آلايش شده در پايان 500 ساعت اکسيداسيون تنها به 9/9 ميلي اهم سانتيمتر مربع برسد.

پيشنهادات

پيشنهادات براي ادامه ي اين پژوهش عبارتند از:

1- بکارگيري ساير فولادهاي زنگ نزن فريتي نظير Crofer 22 APU و E-brite، طراحي شده براي کاربرد در اتصال-دهنده هاي پيل سوختي اکسيد جامد. 

2- استفاده از ساير روش هاي پوشش دهي نظير رسوب دهي الکتريکي يا رسوب فيزيکي بخار به عنوان جايگزين براي روش چاپ صفحه اي.

3- آلايش مکان مس در ترکيب اسپينلي Cu1.3Mn1.7O4 توسط لانتانيوم و بررسي اثرات اين ترکيب در رشد زيرپوسته ي اکسيدي و تغييرات مقاومت الکتريکي پيل سوختي اکسيد جامد.