燃料电池不锈钢模压薄型双极板真空钎焊技术研究

摘要

清洁能源利用和开发的升温使得燃料电池汽车逐渐成为世界各国关注的热点。质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于具有较低温度（60-120℃）下运行、启动快、电能密度高、对所需求功率变化的响应好等优点而备受青睐。双极板是PEMFC核心部件之一。不锈钢薄板是双极板制造最优候选材料之一，使用不锈钢双极板可以极大地提高燃料电池的质量比功率和体积比功率。 本文的主要任务是把双极板的阳极单极板、冷却剂流场框和阴极单极板焊在一起，并保证双极板平整无变形。主要研究内容是确定不锈钢真空钎焊钎料、研究钎焊工艺参数对接头剪切强度的影响、钎料选择对接头腐蚀性能的影响，最后设计相应的夹具，采用优化的工艺参数对不锈钢双极板试件进行钎焊。结果表明，锡银钎料对不锈钢的润湿效果要优于锡铅钎料；对于锡银钎料而言，当钎料中含银量在2％-4％时，随着含银量的增加，润湿面积也不断的增加，含银量达到4％时，不锈钢润湿面积达到最大值，当含银量在4％-6％时，随着含银量的增加，润湿面积逐渐降低；钎料TS-2AgSn最佳钎焊温度为230℃，钎料TS-4AgSn最佳钎焊温度为250℃，钎料TS-6AgSn最佳钎焊温度为260℃；母材表面粗糙度有利于钎料的润湿。采用真空钎焊焊接不锈钢双极板，三种钎料中，使用。TS-4AgSn钎料的接头强度值最高，TS-6AgSn钎料次之，TS-2AgSn钎料强度最小；钎焊不锈钢双极板的最佳钎料为TS-4AgSn，使用该钎料钎焊最佳工艺参数为钎焊温度250℃、钎焊保温时间15min、真空度10-2Pa。在电解质为0．5mol/L的H2SO4加．5ppm F-溶液中，在钎焊接头的界面处都产生了电偶腐蚀现象，使用TS-4AgSn钎料得到的不锈钢钎焊接头的腐蚀电流密度值最小为1．67μA·cm-2。与激光焊相比，真空钎焊技术有效降低不锈钢双极板的焊接变形。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2质子交换膜燃料电池概述

1.2.1质子交换膜燃料电池

1.2.2双极板

1.3钎焊

1.3.1真空钎焊原理

1.3.2真空钎焊的优点

1.3.3真空钎焊工艺

1.4不锈钢钎焊的发展现状

1.4.1不锈钢软钎焊

1.4.2不锈钢硬钎焊

1.5课题主要研究内容

第二章试验材料及方法

2.1试验材料

2.1.1母材

2.1.2钎料与钎剂

2.2试验方法

2.2.1钎料对不锈钢母材的润湿性试验

2.2.2钎焊接头强度试验

2.2.3钎焊接头腐蚀试验

2.2.4微观组织分析

2.2.5不锈钢双极板的焊接

2.2.6不锈钢双极板焊接变形测量

本章小结

第三章试验结果与分析

3.1钎料对不锈钢的润湿性

3.1.1钎料对不锈钢润湿的结果

3.1.2含银量对不锈钢润湿的影响

3.1.3表面粗糙度对不锈钢润湿的影响

3.2钎焊接头强度

3.2.1强度试验结果

3.2.2含银量对接头强度的影响

3.2.3接头间隙对钎焊接头强度的影响

3.2.4保温时间对钎焊接头强度的影响

3.3钎焊接头电化学腐蚀性能

3.3.1钎焊接头腐蚀试验结果

3.3.2钎焊接头腐蚀分析

3.4双极板焊接变形

本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢