خلاصه اختراع :

در این كار بهبود خواص صفحه دو قطبی پیل سوختی از طریق پوشش دادن یك لایه نازك با استفاده دستگاه پلاسمای كانونی مورد بررسی قرار گرفت. SS316L به علت حجم پایین، قیمت مناسب، استحكام مكانیكی و تمایل شدید به تشكیل لایه غیر فعال در محیط اسیدی پیل سوختی به عنوان صفحه دو قطبی انتخاب گردید، اما از آنجا كه لایه غیر فعال تشكیل شده باعث كاهش هدایت الكتریكی و در نتیجه افزایش مقاومت تماسی سطح می شود به یك پوشش خارجی نیاز می باشد كه ضمن حفاظت از صفحه دو قطبی در برابر خوردگی باعث افزایش هدایت الكتریكی و در نتیجه افزایش بازده پیل سوختی نیز شود كه در این كار TiN به عنوان پوشش مورد استفاده قرار گرفت. برای این منظور از نیتروژن به گاز كاری دستگاه پلاسمای كانونی استفاده شد و از یك آند با سر تیتانیومی به منظور ایجاد یون های تیتانیوم استفاده گردید. پوشش TiN با استفاده از ۲۰، ۱۰ و ۳۰ شات بر روی سطح SS316L نشانده شد. پس از آنالیز SEM، آزمایشات مقاومت تماسی، پله پتانسیل و پتنتیواستات در محیط شبیه سازی شده ی پیل سوختی انجام گرفت. در آزمایش مقاومت تماسی، ICR نمونه ها پس از پوشش دادن با TiN به طور بسیار زیادی كاهش یافت. مثلا در نیروی فشاری 200 N/Cm2مقاومت تماسی نمونه بدون پوشش 149.7 mΩ.Cm2می باشد در حالی كه برای نمونه ۳۰ شات این مقدار 10Ωm.cm2 می باشد یعنی حدود ۱۰ برابر كاهش یافته است. كه این نشان از هادی بودن پوشش TiN می باشد. هم چنین به منظور بررسی هدایت الكتریكی نمونه ها پس از قرار گرفتن در محیط پیل سوختی این آزمایش پس از آزمایش پتنتیواستا ت نیز انجام گرفت. كه پس از آزمایش پنتیواستات نیز مقاومت تماسی نمونه های پوشش داده شده كاهش بسیار زیادی را نسبت به نمونه بدون پوشش نشان دادند كه نشان می دهد لایه غیر فعال تشكیل شده بسیار پایدارتر بوده و هم چنین از هدایت الكتریكی خوبی نیز برخوردار می باشد. در آزمایش پله پتانسیل، پتنانسیل خوردگی نمونه ی بدون پوشش -0.3vبه دست آمد كه برای نمونه های پوشش داده شده این مقدار به سمت مثبت حركت كرده و در نمونه ۲۰ شات 0.042vبه دست آمد. چگالی جریان در آزمایش پتنتیواستات نیز برای نمونه ی بدون پوشش 8.3µA/Cm2به دست آمد در حالی كه برای نمونه پوشش داده شده 1µm/cm2می باشد. نرخ خوردگی برای SS316L برابر با 0.09 µm/year می باشد در حالی كه برای نمونه ۲۰ شات برابر با 0.01 µm/year می باشد یعنی حدود ۹ برابر كاهش یافته است. مقاومت قطبشی نیز برای نمونه بدون پوشش و ۱۳۲ می باشد در حالی كه برای نمونه ۲۰ شات و ۱۲۲۳۵ می باشد. هم چنین پس از آزمایش پتنتیواستات به منظور بررسی مكانیسم گسترش خوردگی آنالیز SEM نیز انجام شده است. در نمونه بدون پوشش گسترش خوردگی و ایجاد حفره ها بر روی سطح به طور واضح مشخص می باشد اما برای نمونه ای كه تحت ۳۰ شات قرار گرفته است سطح نمونه تقریبا صاف می باشد. در شكل ۲۰ شات تشكیل یك لایه غیر فعال به خوبی مشاهده می شود كه وجود محصولات خوردگی نیز در روی آن مشخص می باشد. 1 - 5 - نتیجه گیری نهایی نتایج به دست آمده از این آزمایشات نشان می دهد كه می توان از پلاسمای كانونی به منظور بهبود خواص هدایت الكتریكی، خوردگی، سختی سازی سطح و ... در صنایع گوناگون استفاده كرد. همچنین SS316L با پوششی از نانو ذرات TiN گزینه مناسبی برای استفاده به عنوان صفحه دو قطبی پیل سوختی می باشد از مزایای استفاده از پلاسمای كانونی به منظور لایه نشانی نانو ذرات روی سطح نسبت به سایر روش ها دمای پایین مورد نیاز، مدت زمان كوتاه، ارزان بودن گازهای مورد استفاده، عدم نیاز به گرمایش اضافی و آسان بودن كنترل فشار دستگاه می باشد. در این كار بهبود چشم گیر خواص هدایت الكتریكی و خوردگی صفحه دو قطبی پیل سوختی مشاهده شد كه این امر در نهایت منجر به افزایش بازده پیل سوختی می شود.