Utlenianie materiału termoelektrycznego CoSb3 z warstwą Cr-5Si nanoszoną metodą PVD

• Autorzy: Godlewska E. , Zawadzka K. , Marks K.

Warianty tytułu

EN

Oxidation of a CoSb3 thermoelectric material with a Cr-5Si layer deposited by PVD

• Konferencja: Ogólnopolska Konferencja "Korozja 2011" (10 ; 12-16.06.2011 ; Rytro, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Materiały na bazie trójantymonku kobaltu CoSb3, używane są jako elementy generatorów termoelektrycznych. Ze względu na niską stabilność termiczną i chemiczną ich temperatura pracy zwykle nie przekracza 450°C. W powietrzu ulegają reakcji z tlenem, przy czym tworzy się gruba wielowarstwowa zgorzelina, natomiast w warunkach beztlenowych wykazują tendencję do utraty antymonu przez sublimację. Niniejsza praca prezentuje wyniki badań nad właściwościami ochronnymi warstw Cr-5Si (% at.) osadzonych na materiale termoelektrycznym CoSb3 metodą impulsowego rozpylania magnetronowego. Spodziewanym efektem modyfikacji powierzchni było wytworzenie in-situ wielowarstwowej powłoki ceramiczno-metalicznej, która stanowiłaby barierę zarówno dla dyfuzji tlenu jak i antymonu. Przeprowadzono testy utleniania w powietrzu w temperaturze 500 i 600°C. Degradację materiału w czasie, spójność i przyczepność warstw oraz zasięg reakcji i dyfuzji oceniano na podstawie systematycznych analiz powierzchni, przełomów oraz przekrojów poprzecznych. Badano mikrostrukturę oraz zmiany składu chemicznego i fazowego. Stwierdzono, że warstwy Cr-5Si, o grubości 2-3 žm zapewniają skuteczną ochronę materiału CoSb3 przed utlenianiem w temperaturze 500°C.

EN

Materials based on cobalt triantimonide CoSb3 are used as elements of thermoelectric generators. Due to low chemical and thermal stability their working temperature usually does not exceed 450°C. When exposed to air, they readily react with oxygen producing a thick multilayer scale, while in oxygen-free atmospheres they undergo degradation as a result of antimony loss. This paper presents investigations on the protective properties of Cr-5Si (at%) layers deposited on the surface of thermoelectric material CoSb3 by a pulse magnetron sputtering technique. The expected outcome of this treatment was in-situ formation of a multilayer ceramic-metallic coating, which would play a role of a diffusion barrier for oxygen and antimony. Oxidation tests were performed in air at 500 and 600 °C. Degradation of the material in time, coating integrity and adherence as well as extent of reaction and diffusion were evaluated on the basis of systematic analyses of surfaces, fractures and cross-sections in terms of microstructure, phase composition and chemical composition. It has been stated that the Cr-5Si layers, thickness of 2-3 žm, provide good protection for the CoSb3 material against oxidation at 500°C.

Słowa kluczowe

PL

CoSb3; odporność na utlenianie; powłoki ochronne Cr-Si

EN

CoSb3; oxidation resistance; Cr-Si protective coatings

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 6
• Strony: 322--324
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., il.

Twórcy

autor

Godlewska E.

autor

Zawadzka K.

autor

Marks K.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków,

Bibliografia

• 1. C. Uher, rozdz. 34 w Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano, Edited by D.M. Rowe, CRC Press: Taylor & Francis Group, LLC, Boca Raton, Nowy Jork 2006.
• 2. J.P. Fleurial, A. Borshchevsky, T. Caillat, 15th International Conference on Thermoelectrics, Pennington, NJ, 1996, 91.
• 3. V. Savchuk, A. Boulouz, S. Chakraborty, J. Schumann, H. Vinzelberg, Journal of Applied Physics 92 (2002) 5319.
• 4. E. Godlewska, K. Zawadzka, A. Adamczyk, M. Mitoraj, K. Mars, Oxidation of Metals 74 (2010) 113.
• 5. M.S. El-Genk, H. Saber, T. Caillat, J. Sakamoto, Energy Conversion and Management 47 (2006) 174.
• 6. J.S. Sakamoto, T. Caillat, J-P. Fleurial, G. Snyder, Method of suppressing sublimation in advanced thermoelectric devices, The United States of America as represented by the Administrator of the National Aeronautics and Space Administration, 27.01.2009, US7480984 B1.
• 7. F.W. Dynys, M.V. Nathal, J.A. Nesbitt, E.J. Opila, A. Sayir, Research & Technology 2006, NASA Glenn Research Center, Cleveland, Ohio (2006) 254.
• 8. J.S. Sakamoto, G. Snyder, T. Calliat, J-P. Fleurial, S.M Jones, J-A. Palk, System and method for suppressing sublimation using opacifi ed aerogel, California Institute of Technology, 04.05.2006, zgłoszenie patentowe US20060090475 A1.
• 9. M. Venkatraman, J.P. Neumann, Bulletin of Alloy Phase Diagrams 11 (1990) 435.
• 10. J. Barin, O. Knacke, O. Kubashewski, Thermochemical Properties of Inorganic Substances, Springer-Verlag, Berlin; Verlag Stahleisen, Dusseldorf, 1973.