Application du laser dans le post-traitement du revêtement de plaque bipolaire

Pemfcplaque bipolaireLes matériaux comprennent principalement trois catégories: matériaux de graphite, matériaux composites et matériaux métalliques.Plaques bipolaires en graphiteont une bonne conductivité et sont faciles à traiter, mais le matériau est cassant, a de mauvaises propriétés mécaniques et une faible efficacité de traitement, ce qui rend difficile la production de masse commerciale.

Compositeplaques bipolairessont en poudre de carbone et en résine comme principaux matières premières et sont préparés par moulage et autres méthodes. Ils sont à faible coût, mais les plaques bipolaires composites ont toujours des problèmes tels que la conductivité et la perméation du gaz.

Les plaques bipolaires métalliques ont une résistance élevée et une conductivité électrique et thermique. Ils peuvent être produits par des méthodes de production de masse telles que l'estampage et le roulement de la feuille de métaux. Ils sont reconnus comme le premier choix de commercialisation des piles à combustible.

En termes deplaques bipolaires métalliques, puisque les piles à combustible fonctionnent dans un environnement acide, associée à des conditions électriques et thermiques,plaques bipolaires à pile à combustibleCorrosera dans un temps très court. Par conséquent, la préparation d'un revêtement à la surface de la plaque bipolaire devient une solution réalisable.

Leplaque bipolaire à pile à combustibleLe revêtement est déposé à l'aide de la technologie de construction magnétron, y compris généralement une couche de transition et un revêtement fonctionnel de surface. Les nanoparticules de pulvérisation de magnétrons vont généralement de dizaines de nanomètres à un ou deux cents nanomètres. Il s'agit d'un phénomène unique de pulvérisation du magnétron.

Une fois les particules de revêtement accumulées, différentes lacunes seront formées. À haute température, un environnement à courant élevé et à courant élevé depile à combustible, les ions hydrogène et les ions fluor générés par la dégradation de la résine d'acide perfluorosulfonique pénètrent dans le substrat à travers les lacunes entre les particules, provoquant la corrosion de la couche de transition et finalement le pelage et la défaillance fonctionnels. Il s'agit de la principale forme de défaillance du revêtement à double substrat.

Mécanisme de défaillance

Cristaux colonnes en dépôt de vapeur physique

Échec du pelage du revêtement

Une nouvelle technologie pour le traitement thermique de la surface des matériaux métalliques en utilisant l'effet thermique généré par la haute énergie du faisceau laser. Le processus de travail de cette technologie est: l'irradiation de la surface de la pièce avec un laser peut la chauffer au-dessus de la température critique du changement de phase. Après avoir retiré le faisceau laser, la surface se refroidit et se termine rapidement.

Cela a obtenu des résultats significatifs dans l'amélioration de la résistance à l'usure, de la résistance à la corrosion, de la résistance à la fatigue et de la résistance à l'impact de la surface métallique. Les avantages du traitement au laser sont qu'il est sans pollution et appartient au traitement de surface local, à basse pression et à une petite déformation, il a donc de larges perspectives d'application.

Technologie de traitement thermique au laser

Lorsque la densité de puissance du laser est faible (<10 ^ 4W / cm ^ 2) et que le temps d'irradiation est court, l'énergie laser absorbée par le métal ne peut que faire monter la température du matériau de la surface à l'intérieur, mais maintenir la phase solide inchangée. Il est principalement utilisé pour le recuit des pièces et le traitement de durcissement du changement de phase, principalement des outils, des engrenages et des roulements; Avec l'augmentation de la densité de puissance laser (10 ^ 4 ~ 10 ^ 6W / cm2) et l'extension du temps d'irradiation, la surface du matériau fond progressivement, et avec l'augmentation de l'énergie d'entrée, l'interface de phase liquide-solide se déplace progressivement vers la partie profonde du matériau. Ce processus physique est principalement utilisé pour le remontage en surface, l'alliage, le revêtement et le soudage de conductivité thermique des métaux.

Augmentez davantage la densité de puissance (> 10 ^ 6w / cm ^ 2) et prolongez le temps d'action au laser. La surface du matériau fond non seulement, mais vaporise également. La vapeur se rassemble près de la surface du matériau et ionise faiblement pour former du plasma. Ce plasma raréfié aide le matériau à absorber le laser. Sous la pression de l'expansion de vaporisation, la surface liquide se déforme pour former des fosses. Cette étape est utilisée pour le soudage au laser, généralement en micro-articulations à moins de 0,5 mm.

Stress compressif pendant le dépôt physique de vapeur

Lorsque le laser est utilisé pour irradier la surface de l'acier inoxydable, le revêtement est chauffé à un état fondu par la température élevée générée par le laser instantanément, puis s'est rapidement refroidi. Après la fusion, les lacunes entre les particules sont réduites, formant une structure similaire à une solution solide, qui peut empêcher les ions hydrogène et les ions fluor de pénétrer dans le substrat.

Deuxièmement, après un traitement de fusion à haute température, le revêtement peut former une solution solide avec le substrat, améliorant la résistance de liaison entre le revêtement et le substrat. Surtout pour les substrats en acier inoxydable, la mauvaise résistance à la liaison entre le substrat et le revêtement est un problème de premier plan. Le traitement au laser peut efficacement améliorer la force de liaison du revêtement.

Troisièmement, l'irradiation au laser peut également réduire la contrainte de compression formée à l'intérieur du revêtement pendant la pulvérisation du magnétron. Grâce au traitement thermique à haute température, le stress à l'intérieur du revêtement peut être libéré et la durée de vie du revêtement peut être améliorée.

Quatrièmement, le traitement thermique d'irradiation laser peut former un effet de type exintente sur la plaque bipolaire. L'amélioration de la résistance de la plaque bipolaire après la formation est bénéfique pour améliorer la résistance de la plaque bipolaire, en particulier lorsque le substrat de la plaque bipolaire de la pile à combustible s'amincit à l'avenir. Il fournit des conditions pratiques pour l'utilisation de substrats de 0,075 mm ou même de 0,05 mm.

Amélioration de l'écart de particules de revêtement par traitement thermique au laser

Traitement au laser deplaque bipolaireLe revêtement a des avantages évidents. Comment augmenter la vitesse du traitement au laser est un problème d'ingénierie qui doit être résolu. Il y a beaucoupplaques bipolaireset une grande zone. Le traitement rapide, à faible coût et de haute qualité est la prémisse de l'application à grande échelle en ingénierie. Je crois que nous verrons plus de cas d'application de laser dans le traitement du traitement à l'avenir.