Регистрация / Вход
Прислать материал

Особенности высокотемпературного окисления нержавеющих хромистых сталей

Фамилия
Пикалов
Имя
Олег
Отчество
Владимирович
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Материаловедения полупроводников и диэлектриков
Академическая группа
ММТМ-16-4-4
Научный руководитель
д. ф.-м.н., доцент Бредихин С.И.
Название тезиса
Особенности высокотемпературного окисления нержавеющих хромистых сталей
Тезис

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) – электрохимические генераторы, преобразующие химическую энергию топлива в электричество. ТОТЭ работают при высоких температурах 550-900°С, поэтому в отличие от низкотемпературных топливных элементов могут работать на различных углеводородах (природный газ, био-газ, попутный нефтяной газ). Основными преимуществами таких генераторов являются достаточно высокий КПД (до 70%) и экологичность производимой энергии, так как продуктами реакции являются электричество и водяной пар.

В батареях ТОТЭ токовые коллекторы выполняют функцию токосъема. Специально для токовых коллекторов ТОТЭ были разработаны хромистые стали ферритного класса с подходящими значениями коэффициента теплового расширения (КТР), такие как, например, Crofer 22 APU (Германия), основным недостатком которых является высокая цена. Выбор бюджетной стали с подходящим значением КТР, а также нанесение защитного покрытия, обеспечивающего достаточно высокую проводимость контактов в рабочем режиме ТОТЭ, смогут решить вышеперечисленные проблемы.

В качестве объектов исследования были выбраны  хромистые стали марок 12X17 и 08Х18Т1. В таблице  представлены результаты измерений КТР сталей, а также результаты измерений скорости окисления каждой стали в режиме термоциклирования в течение 300 часов на воздухе при 850°С.

Как видно из таблицы, КТР данных сталей близок к КТР Crofer 22 APU, однако значения скоростей окисления больше чем у Crofer 22 APU как минимум на порядок. Исследование морфологии и состава окисных пленок,  образующихся на поверхности сталей в процессе окисления, проводили методами  электронной микроскопии, EDX анализа и рентгеноструктурного анализа. Анализ полученных данных показал, что чем ниже содержание хрома в стали, тем выше скорость окисления: при содержании хрома ниже 18% на поверхности стали растет не плотный слой из Cr2O3, как в случае Crofer 22 APU и 08X18Т1, а многофазная окалина из Cr2O3, Fe2O3, CrMn2O4.

Дальнейшие исследования будут направлены на исследование проводимости токовых коллекторов из нержавеющих хромистых сталей с защитными покрытиями и без покрытий в рабочем режиме катодной камеры ТОТЭ.

Марка стали

12X17

08X18Т1

Crofer 22 APU

Cr,%

17

18

22

КТР, х10-6К-1

12.9

12.6

12.9

νокисления, (гр/см2)2

850°С

1.6·10-13

2·10-13

10-14