[发明专利]一种粉末冶金铬合金燃料电池连接件的封孔方法

说明书

一种粉末冶金铬合金燃料电池连接件的封孔方法，其特征在于：将待封孔的粉末冶金铬合金连接件烧结态放入热处理炉中，在800～1050℃下渗碳气氛下进行氧化‑碳化热处理，碳势Cp0.3～1.5％，保温时间1～8h，然后在空气中冷却，最后经喷砂处理，去除连接件表面的铬碳/氧化合物，其中粉末冶金铬合金连接件的化学成分铬含量为75～100％，孔隙率为5％～20％，不含油，未经过机加工或喷砂等处理。本发明工艺简单，操作方便，较好地解决了粉末冶金铬合金连接板气密性的难题，通过热处理和喷砂，仅在粉末冶金铬合金连接件孔隙表面形成连续致密的化合物层，而又不改变基体的性能，有效地提高了连接件的气密性，是一种很有应用前景的铬合金封孔方法。

技术领域

本发明属于能源生产技术领域，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池堆的粉末冶金铬合金燃料电池连接件的封孔方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池工作原理是在阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H₂)、甲烷(CH₄)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O₂得到电子变为O^2-，在化学势的作用下，O^2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应生成水，失去的电子通过外电路回到阴极，从而产生电流。在采用固体氧化物燃料电池进行发电时，将单个电池联接成大功率电堆就需要一种既能耐高温氧化，导电导热性良好，热膨胀特征与电极陶瓷匹配，又能长期稳定工作的新材料作为连接件。电池连接件作为电池堆主要元部件起到隔离不同固体氧化物燃料电池间氧化气体和燃料气体的作用，另外作为单片固体氧化物燃料电池的电连接体，将电化学反应产生的电流导引出来。经过大量的材料选择和实验，发现铬基合金材料能满足燃料电池的连接件的要求。电池连接体通常具有复杂的面型，而铬的熔点高(近1900℃)，活性强，易脆裂，传统方法(熔铸+机加工)制备困难、成本昂贵。近年来由于提炼和粉末冶金加工技术的发展，铬基连接板可以采用粉末冶金方法通过一次成型-烧结得到复杂面型的连接件。孔隙是粉末冶金产品的固有特点，由于孔隙的存在，无法保证连接件的气密性，无法隔离氧化气体和燃料气体，所以需要对粉末冶金连接件进行封孔处理，获得良好的气密性的同时保证连接体的导电性能。连接件的工作温度在800～1000℃，导致通常的粉末冶金产品浸渗树脂或无机硅酸钠类等封孔剂封孔的方法无法应用于电池连接件。

目前，国内外还没有关于粉末冶金铬基产品的封孔处理的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、操作方便且生产成本低的粉末冶金铬合金燃料电池连接件的封孔方法

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金铬合金燃料电池连接件的封孔方法，其特征在于：将待封孔的粉末冶金铬合金连接件烧结态放入热处理炉中，在800～1050℃下渗碳气氛下进行氧化-碳化热处理，碳势Cp：0.3～1.5％，保温时间1～8h，然后在空气中冷却，最后经喷砂处理，去除连接件表面的铬碳/氧化合物。

作为改进，所述粉末冶金铬合金连接件的化学成分铬含量为75～100％，孔隙率为5％～20％，不含油，未经过机加工或喷砂处理。

作为改进，所述热处理炉可采用间歇式炉或连续带式炉，通过调节碳势来调节气氛中CO与O₂的含量。

作为改进，所述氧化-碳化热处理可以采用分段处理，先在800～900℃下保温2～6小时，再升温至900～1050℃保温1～2小时。

再改进，所述喷砂处理所采用的磨料为陶瓷砂(氧化铝或碳化硅)，陶瓷砂的粒度为0.4～1.0mm，磨料的喷射方式为压缩空气式。铬合金连接件经热处理封孔后，产品表面也会形成一层铬的碳/氧化合物，该层化合物面比电阻较大，需经过喷砂处理清除。