Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Laser welding of ferritic stainless steel 1.4509 used in the manufacturing of catalyst housings and diesel particulate filters

Lisiecki Aleksander, Rokita Zbigniew, Ginalski Dariusz, Kośny Andrzej, Pakieła Wojciech

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2022

|

Vol. 66, No. 3

7--17

EN

The article discusses the results of tests as well as quality assessments of test joints made of tubes having a nominal thickness of 1.5 mm, a rectangular cross-section and a width of 140 mm and a length of 240 mm, made of ferritic stainless steel grade 1.4509 with the addition of microagents and used in the production of catalyst housings and diesel particulate filters. Test joints were made using a prototype line equipped with a TruDisk 2002 disk laser (TRUMPF) at a ROCH production plant in Tarnowskie Góry. The tests involved the preparation of an experimental batch of tubes. The tubes used in the tests were subjected to various procedures, i.e. only to laser welding (5 specimens), to the rolling of the weld surface after laser welding (5 specimens) and to the additional heat treatment of the joint area after welding (5 specimens). Most of the test welded joints represented high quality level B and were characterised by tensile strength not lower than that of the base material as well as by high plasticity confirmed in the Erichsen cupping test. However, slight undercuts of the weld root revealed in the tests indicated the risk of the partial lack of penetration or the formation of excessive undercuts in the production process. The foregoing necessitates the strict application of the welding procedure and, in particular, the ensuring of the high precision of laser beam positioning and accuracy when preparing sheet edges before welding.

PL

W artykule opisano wyniki badań i oceny jakości złączy próbnych rur o grubości nominalnej 1,5 mm, przekroju prostokątnym i szerokości 140 mm oraz długości 240 mm ze stali nierdzewnej ferrytycznej z mikrododatkami gatunku 1.4509, przeznaczonych do wytwarzania obudów katalizatorów i filtrów cząstek stałych. Złącza próbne wykonano za pomocą prototypowej linii z laserem dyskowym TRUMPF TruDisk 2002 w zakładzie produkcyjnym ROCH w Tarnowskich Górach. Do badań przygotowano partię doświadczalną rur bezpośrednio po spawaniu laserowym, z rozwalcowaną powierzchnią spoiny oraz po dodatkowej obróbce cieplnej obszaru złącza. Większość badanych złączy próbnych charakteryzuje się wysokim poziomem jakości B, wytrzymałością na rozciąganie nie niższą od materiału rodzimego oraz wysoką plastycznością, potwierdzoną w próbie tłoczności. Jednak ujawnione nieznaczne podtopienia grani spoiny wskazują na ryzyko wystąpienia częściowego braku przetopienia lub nadmiernych podtopień w procesie produkcyjnym. Z tego względu konieczne jest ścisłe stosowanie procedury spawania, w szczególności zapewnienie wysokiej precyzji pozycjonowania wiązki laserowej oraz dokładności przygotowania krawędzi blach do spawania.

2

Geometry Characterization of AISI 430 Stainless Steel Microstructuring Using Laser

Moldovan Edit R., Concheso Doria Carlos, Ocaña Moreno Jose Luis, Baltes Liana Sanda, Stanciu Elena Manuela, Croitoru Catalin, Pascu Alexandru, Tierean Mircea Horia

Archives of Metallurgy and Materials

|

2022

|

Vol. 67, iss. 2

645--652

EN

Laser-generated surface patterns provide the means for local mechanical interlocking between the joined materials, tunes the wettability of surfaces that come in contact, and generally are the main factor for bonding strength enhancement, especially between dissimilar materials. This paper presents the influence of different patterning overlays generated with a pulsed laser on the surface of stainless-steel sheets. For all experiments, an overlapping degree of 90% has been chosen between three different patterns, while the engraving speed, pulse frequency and number of passes have varied. The textured surfaces’ morphology was assessed through optical microscopy, and the roughness of the surfaces was correlated with the corresponding experimental parameters. The results have indicated promising insights for joining stainless steel to plastic materials, which is otherwise difficult to assess through usual welding techniques.

3

Corrosion properties of 1.4512 ferritic and 1.4404 austenitic steels for the automotive industry

Zatkalíková Viera, Markovičová Lenka, Wróbel-Knysak Anna

System Safety : Human - Technical Facility - Environment

|

2019

|

Vol. 1, nr 1

745--752

EN

Exhaust systems are susceptible to in-service wear because of their exposition to the very aggressive corrosive environment. Various stainless steels grades (mostly ferritic and austenitic, but also martensitic and duplex) and protective coatings are currently used for exhaust system elements to increase their aestetics and corrosion resistance. This article focuses on evaluation and comparison of the common corrosion properties of two stainless steels with different microstructures (ferritic and austenitic) used for exhaust system components at the low ambient temperature (35 °C). An aggressive acidic corrosion solution for electrochemical cyclic potentiodynamic tests (ASTM G61) was chosen to simulate partly inner (condensate) and also external environment (reaction of exhaust gases with water, chlorides in solution after winter road maintenance). Exposure tests of the pitting corrosion resistance were performed according to ASTM G48 standard method.

4

Badania korozji wysokotemperaturowej stali ferrytycznej modyfikowanej powierzchniowo nanocząstkami tlenku gadolinu

Mazur Łukasz, Pleśniak Justyna, Dąbek Jarosław, Gil Aleksander, Brylewski Tomasz

Materiały Ceramiczne

|

2019

|

T. 71, nr 2

179--192

PL

Technologie magazynowania energii w coraz większym stopniu zyskują na znaczeniu, gdyż pozwalają one na uniezależnienie produkcji energii elektrycznej od zapotrzebowania na nią. Jednym z bardziej obiecujących rozwiązań w tym zakresie jest stałotlenkowy elektrolizer SOEC (ang. solid oxide electrolytic cell), w którym nadwyżki energii elektrycznej można przekształcić w paliwo (np. wodór). Praca elektrolizera SOEC polega na odwróceniu działania stałotlenkowego ogniwa paliwowego SOFC (ang. solid oxide fuel cell). Pomimo że budowa elektrolizerów - a także materiały stosowane do ich produkcji - pozostają niezmienione, to jednak odwrócenie kierunku reakcji elektrochemicznej oraz inny skład gazowych mieszanin zasilających układ powodują szybszą degradację elementów stosu ogniw pracujących w trybie SOEC. Ważnym elementem stosu elektrolizera SOEC jest interkonektor, który może być wytwarzany z różnych gatunków żaroodpornych stali ferrytycznych. Wadą interkonektorów metalicznych jest ich podatność na korozję wysokotemperaturową, która prowadzi do stopniowego wzrostu oporu wewnętrznego elektrolizera i zarazem do spadku jego sprawności energetycznej. Celem pracy było sprawdzenie, czy stal ferrytyczna Nirosta 4016/1.4016, po zmodyfikowaniu jej powierzchni nanocząstkami Gd2O3 przy użyciu metody zanurzeniowej lub elektrolitycznej, będzie wykazywać wyższą odporność na korozję wysokotemperaturową w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

EN

Energy storage technologies are becoming increasingly significant, since they allow electrical energy to be generated independently of the demand. One of the most promising solutions in this regard is the solid oxide electrolytic cell (SOEC), in which surplus electrical energy can be converted to fuel, for example hydrogen. A SOEC operates in a manner that is the reverse of the operation of a solid oxide fuel cell (SOFC). Even though both the construction of electrolytic cells and the materials used to build them are the same as in the case of SOFCs, the reversal of the direction in which the reaction proceeds and the application of a different composition of gas mixtures that fuel the system cause the components of a SOEC stack to degrade at a more rapid rate. The essential components of SOECs include the interconnect, which can be manufactured from various types of oxidation-resistant ferritic steels. Interconnects are unfortunately susceptible to high-temperature oxidation, which leads to a gradual increase in the internal resistance of the electrolyzer and thus a drop in its power efficiency. The objective of the presented study was to determine whether the Nirosta 4016/1.4016 ferritic steel with a surface modified with Gd2O3 nanoparticles either via dip-coating or electrolysis would exhibit higher resistance to high-temperature oxidation than unmodified steel of this type.

5

Protective-conducting spinel coatings applied in IT-SOFC interconnects

Brylewski T., Bobruk M., Gil A.

Ochrona przed Korozją

|

2017

|

nr 5

136--140

EN

The aim of the presented study was to deposit a protective-conducting Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 coating on the E-Brite ferritic steel by means of electrophoresis and to evaluate its physicochemical properties. The structure and morphology of the powder, sinter, and the steel/coating layered system, and the electrical conductivity of both the sinter and the coating on the steel after oxidation were investigated by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy combined with energydispersive spectroscopy (SEM-EDS), and the two-probe dc method. The obtained spinel exhibited a two-phase composition and high electrical conductivity, while the coating it formed was compact and adhered well to the metallic substrate; moreover, the measured ASR of the steel/ coating system was significantly lower than the level acceptable for interconnect materials. The conducted research confirmed the suitability of the Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 spinel as a coating on the E-Brite ferritic steel to be applied in the production of interconnects used in intermediatetemperature SOFCs.

PL

Celem niniejszej pracy jest otrzymanie oraz badania właściwości fizykochemicznych powłoki ochronno-przewodzacej Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 naniesionej na stal ferrytyczną E-Brite przy użyciu metody elektroforetycznej. Strukturę oraz morfologię proszku, spieku oraz układu warstwowego stal/powłoka, a także przewodnictwo elektryczne zarówno spieku, jak i powłoki na stali po utlenianiu badano przy pomocy dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM-EDS) oraz stałoprądowej metody dwusondowej. Uzyskany spinel wykazuje skład dwufazowy oraz wysokie przewodnictwo elektryczne, zaś uzyskana z niego powłoka jest zwarta i dobrze przylega do podłoża metalicznego, a ponadto wartość zmierzonej rezystancji układu stal/powłoka jest zdecydowanie niższa od dopuszczalnego poziomu ASR dla materiałów interkonektorowych. Na podstawie tych badań potwierdzono przydatność spinelu Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 na powłoki do modyfikacji powierzchniowej stali ferrytycznej E-Brite z przeznaczeniem na interkonektory do ogniw paliwowych typu IT-SOFC.

6

Kinetyka utleniania i właściwości elektryczne stopu Ni-5Cu na interkonektory do stałotlenkowych elektrolizerów SOEC

Dąbek J., Mars K., Bobruk M., Gil A., Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 4

322--334

PL

Zrównoważony rozwój gospodarczy, który z początkiem XXI wieku stał się priorytetem dla wielu krajów o wysokim stopniu industrializacji, nie będzie możliwy do osiągnięcia bez skutecznego rozwiązania problemu magazynowania nadwyżek energii elektrycznej. Jedno z bardziej obiecujących rozwiązań w tym zakresie zakłada wykorzystanie stałotlenkowych elektrolizerów typu SOEC (ang. solid oxide electrolytic cells) do przekształcania nadwyżek wyprodukowanej energii w paliwo, np. wodór. Podstawowym elementem elektrolizera SOEC jest interkonektor, dzięki któremu pojedyncze jego cele można połączyć szeregowo w stos. Głównym problemem, jaki pojawia się przy stosowaniu interkonektorów metalicznych wykonanych z wysokochromewej stali ferrytycznej, jest stopniowy wzrost powierzchniowej rezystancji elektrycznej, wynikający z wysokotemperaturowej korozji tych materiałów. Głównym składnikiem zgorzeliny powstającej na ferrytycznej stali w atmosferze gazów katodowych i anodowych jest tlenek chromu Cr2O3. Niestety tlenek ten reaguje z tlenem i parą wodną, tworząc lotne związki chromu, które wpływają niekorzystnie na katalityczne właściwości mateiału katodowego i anodowego. Zatem istnieje potrzeba wytworzenia nowego typu metalicznych materiałów wolnych od w/w wad, przeznaczonych na interkonektory do elektrolizerów typu SOEC. Temperatura pracy elektrolizerów SOEC mieści się w zakresie 873-1073 K. Celem pracy było zbadanie kinetyki utleniania zarówno stopu Ni-5Cu, jak i czystego niklu będącego materiałem referencyjnym, a także zmierzenie przewodnictwa elektrycznego tych materiałów po ich utlenieniu. Utlenianie zostało przeprowadzone przez 100 godz. w powietrzu w temperaturach 873 K, 973 K, 1023 K i 1073 K. Na podstawie tych badań, uzupełnionych o obserwacje mikroskopowe oraz analizę składu fazowego i chemicznego produktów utleniania, wykazano, że stop Ni-5Cu można traktować jako potencjalny materiał do wytwarzania interkonektorów dla elektrolizerów SOEC w układzie planarnym.

EN

Sustained development, which has become a priority for many highly industrialized countries at the turn of the 21st century, will not be possible without an efficient solution to the problem of storing surplus electricity. The most suitable technologies for this purpose include solid oxide electrolytic cells (SOECs), which utilize electrolysis to efficiently convert surplus electricity into fuel such as hydrogen. One of the most essential components of both SOECs and SOFCs is the interconnect, which allows the individual cells of the electrolyzer to be connected in series to form stacks. When using metallic interconnects on the basis of ferritic steel, the main issue faced is the gradual increase in area-specific resistance that occurs due to the high-temperature corrosion of these materials. Chromia (Cr2O3) is the main component of the scale formed on ferritic steel in an atmosphere consisting of cathode and anode gases. Unfortunately, this oxide reacts with oxygen and water vapor, forming volatile compounds of chromium, which adversely affect the catalytic properties of the electrodes. It is therefore necessary to develop new metallic interconnect materials for the construction of the SOEC-type cell stack, designed to operate at temperatures of 873-1073 K. The aim of the paper was to investigate the oxidation kinetics of the Ni-5Cu alloy in comparison with Ni reference material, and to measure the electrical conductivity of the scale/metal system. Studies were conducted for 100 hrs of oxidation in air at 873 K, 973 K, 1023 K, and 1073 K. When combined with morphological observations and chemical and phase composition analyses of the oxidation products, the investigations demonstrated the suitability of the Ni-5Cu alloy as a potential interconnect material for planar-type SOECs.

7

Physicochemical properties of the Fe-25Cr/(La,Sr)CrO3 layer system in air and Ar/H2/H2O gas mixture

Bobruk M., Brylewski T.

Ochrona przed Korozją

|

2015

|

nr 11

392--395

EN

The oxidation kinetics and electrical properties of the Fe-25Cr stainless steel with the (La,Sr)CrO3 thick film coating were studied during its oxidation at 1073 K for 650 hrs in air and the Ar/H2/H2O gas mixture. The investigated material was the DIN 50049 steel covered with the (La,Sr)CrO3 paste using the screen printing method. To prepare the paste, La0.8Sr0.2CrO3 micropowder was obtained via EDTA gel processes. Kinetic studies demonstrated that the application of the investigated coating can reduce the rate of corrosion of this type of steel by approximately as much as an order of magnitude. The measured values of area-specific resistance of the Fe-25Cr/(La,Sr)CrO3 layered system after oxidation in the afore-mentioned atmospheres were ca. 50% lower than the upper limit specified for interconnects (0.1 Ω⋅cm2).

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań kinetyki utleniania i właściwości elektrycznych stali ferrytycznej Fe-25Cr z powłoką (La,Sr)CrO3 podczas jej utleniania w 1073 K przez 650 godz. w powietrzu i mieszaninie gazu Ar/H2/H2O. Badaniom poddano stal DIN 50049 z naniesioną pastą (La,Sr)CrO3 za pomocą metody sitodruku. Do przygotowania pasty użyto mikroproszku La0.8Sr0.2CrO3, który otrzymano metodą EDTA gel processes. Badania kinetyczne dowiodły, że w wyniku zastosowania powłoki ceramicznej można obniżyć szybkość korozji tego typu stali nawet o około rząd wielkości. Zmierzone wartości powierzchniowej rezystancji elektrycznej układu warstwowego Fe-25Cr/(La,Sr)CrO3 po utlenianiu w w/w atmosferach były około 2 razy niższe od górnej granicy dopuszczalnej dla interkonektorów (0,1 Ω⋅cm2).

8

Influence of yttrium on the physicochemical properties of the Fe-25Cr ferritic steel for IT-SOFC interconnects

Brylewski T., Gil A., Dąbek J.

Ochrona przed Korozją

|

2015

|

nr 11

410--415

EN

The study investigates the influence of yttrium ion implantation on the heat resistance and electrical conductivity of the Fe-25- Cr ferritic steel used as a material for interconnects applied in intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs). The oxidation kinetics of the Fe-25Cr steel, both unmodified and modified, were determined during 200 hrs of observation under isothermal conditions in air and the Ar/H2/H2O and Ar/CH4/H2O gas mixtures at 1073K. A significant improvement in corrosion resistance was observed after surface modification. XRD and SEM-EDS investigations showed that a protective scale composed mainly of Cr2O3 had formed. The yttrium-implanted steel exhibited the lowest area-specific resistance (ASR), which did not exceed the level acceptable for IT-SOFC interconnect materials (0.1 Ω⋅cm2), unlike the ASR of the unmodified steel.

PL

W pracy zbadano wpływ implantowanego jonowo itru na żaroodporność i przewodnictwo elektryczne stali ferrytycznej Fe-25Cr, stosowanej na interkonektory do ogniw paliwowych IT-SOFC. Wyznaczono kinetykę utleniania w warunkach izotermicznych (1073 K, 200 godz.) dla materiału wyjściowego oraz modyfikowanego w środowisku powietrza oraz w mieszaninach gazów: Ar/H2/H2O i Ar/CH4/H2O. Stwierdzono, że stal modyfikowana za pomocą implantacji jonowej charakteryzuje się wyższą odpornością na korozję. Badania XRD i SEM-EDS wykazały, że ochronna zgorzelina w zasadniczej części zbudowana była z Cr2O3. Stal implantowana itrem, w przeciwieństwie do niemodyfikowanej, posiadała niższą powierzchniową rezystancją elektryczną ASR od wartości dopuszczalnej (0,1 Ω⋅cm2) dla materiałów przeznaczonych na IT-SOFC interkonektory.

9

Mikrostruktura oraz właściwości elektryczne warstwy o strukturze spinelu na wybranych wysokochromowych stalach ferrytycznych

Kruk A., Stygar M., Krauz M., Homa M., Adamczyk A., Kucza W., Rutkowski P., Bobruk M., Gil A., Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 3

235--244

PL

Ważnym aspektem technologicznym w produkcji generatorów prądotwórczych jest dobór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych, bowiem od nich zależy wysoka sprawność energetyczna i niezawodność działania tych urządzeń. Interkonektor stanowi podstawowy element składowy ogniwa paliwowego, ponieważ doprowadza on poprzez system kanałów gazowe paliwo i utleniacz oraz odprowadza prąd elektryczny. W przypadku średniotemperaturowych stałotlenkowych ogniw paliwowych IT-SOFC do wytwarzania interkonektorów stosowane są wysokochromowe stale ferrytyczne, które w trakcie pracy ogniwa ulegają procesowi korozji, wykształcając ochronną zgorzelinę Cr2O3. Zgorzelina ta posiada dość znaczy opór elektryczny, a ponadto utlenia się do lotnych tlenków i tlenowodorotlenków chromu, które powodują „zatruwanie” pozostałych elementów ogniwa, obniżając tym samym jego sprawność. W celu przeciwdziałania tym niekorzystnym zjawiskom podjęto próbę zastosowania powłoki o składzie Y0,1Mn1,45Co1,45O4 jako ceramicznej warstwy ochronno-przewodzącej, nanoszonej metodą sitodruku bezpośrednio na powierzchnię stali ferrytycznej. W pracy przestawiono wyniki badań własności fizykochemicznych różnych stali ferrytycznych, czystych oraz z naniesioną powłoką spinelu manganowo-kobaltowego domieszkowanego itrem.

EN

An important technological aspect in production of generators is selection of appropriate structural materials which is a prerequisite for obtaining a high level of energy efficiency and reliability of these devices. The essential component of a fuel cell is an interconnect which supplies gaseous fuel and the oxidant through a system of channels, and also provides a medium for the generated electric current to travel through. In the case of intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC), ferritic stainless steel forms a core of the interconnect; the steel undergoes corrosion during the cell’s operation, forming a protective coating mainly composed of the Cr2O3 scale. However, the scale is characterized by a relatively high electrical resistance, and its formation furthermore entails the evolution of chromium oxides and oxyhydroxides that poison the remaining elements of the cell, reducing its overall efficiency. In order to prevent these processes from taking place, an attempt was made to apply a manganese cobalt-doped yttrium spinel as a protective-conducting ceramic layer on ferritic steel. The paper presents physicochemical properties of different species of pure ferritic steels and steels with the coating composed of the Y0.1Mn1.45Co1.45O4 spinel.

10

Fizykochemiczne właściwości układu warstwowego Fe-25Cr/(La,Ca)CrO3 w atmosferze powietrza i mieszanin gazów Ar/H2/H2O i Ar/CH4/H2O

Brylewski T., Bućko M.M., Rakowska A., Dąbek J., Przybylski K.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 1

8--19

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań kinetyki utleniania i właściwości elektrycznych stali ferrytycznej Fe-25Cr z powłoką (La,Ca)CrO3 podczas jej utleniania w 1073 K w powietrzu i mieszaninach gazów Ar/H2/H2O i Ar/CH4/H2O. Badaniom poddano stal DIN 50049 z naniesioną pastą (La,Ca)CrO3 przy pomocy metody sitodruku. Do przygotowania pasty użyto mikroproszku La0,8Ca0,2CrO3, który otrzymano metodą współstrącania i kalcynacji. Kinetykę wzrostu zgorzeliny na stali czystej oraz pośredniej warstwy reakcyjnej na granicy rozdziału stal/powłoka układu warstwowego Fe-25Cr/(La,Ca)CrO3 w w/w warunkach można opisać w przybliżeniu prawem parabolicznym. Morfologię oraz skład chemiczny i fazowy produktów utleniania stali czystej i stali z powłoką (La,Ca)CrO3 badano przy pomocy SEM-EDS, TEM-SAD i XRD. Wpływ pośredniej warstwy reakcyjnej na właściwości elektryczne badanego układu stal/powłoka przedyskutowano w aspekcie jego przydatności do konstrukcji metalicznych interkonektorów dla ogniw paliwowych SOFC.

EN

The oxidation kinetics and electrical properties of the Fe-25Cr stainless steel coated in the (La,Ca)CrO3 thick film were studied during its oxidation at 1073 K in air and Ar/H2/H2O and Ar/CH4/H2O gas mixtures. The material for the experiments was the DIN 50049 steel covered with the (La,Ca)CrO3 paste, using the screen printing method. To prepare the paste, La0.8Ca0.2CrO3 micropowder was obtained via co-precipitation and calcination. The kinetic growth of the scale on pure steel and of the intermediate reactive layer at the steel/coating interface of the Fe-25Cr/(La,Ca)CrO3 layer system in the afore-mentioned conditions approximately follows the parabolic rate law. The morphology, and the chemical and phase compositions of the oxidation products of pure steel and the steel coated with (La,Ca)CrO3 were investigated using SEM-EDS, TEM-SAD and XRD analyses. The effect of the intermediate reactive layer on the electrical properties of the studied system is discussed in terms of its applicability for the construction of metallic interconnects used in SOFCs.

11

Badania struktury i właściwości fizykochemicznych spineli w układzie Cu-Mn-Co-O otrzymywanych metodą EDTA gel processes

Kruk A., Stygar M., Adamczyk A., Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 3

374--381

PL

Potencjalnymi materiałami do wytwarzania metalicznych interkonektorów dla średniotemperaturowych stałotlenkowych ogniw paliwowych IT-SOFC są żaroodporne stale ferrytyczne. Jednakże lotne związki chromu, parujące ze zgorzeliny tlenku chromu powstałej na powierzchni stali w wyniku procesu utleniania, powodują powolną degradację właściwości elektrycznych elementów ogniwa. Równocześnie produkt utleniania stali wykazuje duży opór elektryczny. W celu ograniczenia tych zjawisk stosuje się modyfikację powierzchniową metalicznego interkonektora, polegającą na naniesieniu odpowiedniej powłoki ochronnej. W tym celu mogą być stosowane spinele z grupy Mn1+xCo2-xO4 (0  x  0,5), gdyż stanowią efektywną barierę zaporową dla odrdzeniowej dyfuzji chromu z interkonektora i tym samym istotnie ograniczają tworzenie się lotnych par Cr. Konieczne jest jednak podwyższenie przewodnictwa elektrycznego tych spineli w zakresie 600-800 °C. Można to osiągnąć przez ich domieszkowanie odpowiednimi metalami. W pracy przestawiono wyniki badań fizykochemicznych spinelu manganowo kobaltowego domieszkowanego różną ilością miedzi.

EN

Materials that may potentially be used to manufacture metallic interconnects for intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) include heat-resistant ferritic steels. However, volatile chromium compounds that evaporate from the chromia scale formed on the surface of steel during oxidation cause slow degradation of the electrical properties of the cell’s elements. At the same time the product of the steel’s oxidation exhibits high electrical resistance and inhibits conductivity. In order to counter these unfavorable phenomena, the metallic interconnect is modified by depositing an appropriate protective layer over its surface. Materials that may be used to do this include spinels from the Mn1+xCo2-xO4 (0  x  0.5) group; these substances provide an effective barrier against outward chromium diffusion from the interconnect’s core, thereby significantly inhibiting the evolution of Cr vapour. Nevertheless, the electrical conductivity of these spinels over the temperature range of 600-800 °C needs to be improved. This can be done by doping them with the appropriate metals. The present paper describes the results of physicochemical investigations of a manganese-cobaltite doped with various quantities of copper.

12

Fusion and friction stir welding of X6Cr17 stainless steel

Meran C., Bilgin M.B.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2013

|

Vol. 61, nr 2

403--409

EN

Purpose: The σ-phase is the most serious of these secondary phases due to its impact on the mechanical properties, corrosion resistance or weldability of stainless steels among other properties. The purpose of this study is getting free σ-phase welding joints by using very novel welding method such a called friction stir welding. Design/methodology/approach: Both of fusion welding methods (MIG and TIG) and friction stir welding method were used to compare microstructure analysis of AISI 430 ferritic stainless steels. After welding, the formation of σ-phase was investigated by mechanical, chemical and micro structure analyses of welded joints. Findings: As a result, the formation of σ-phase have not been observed in FSW processes while compared to traditional fusion welding processes. Not only σ-phase have not been observed in metallurgical investigations but also micro hardness of all specimen have not been over 400HV on friction stir welded joints. Research limitations/implications: It is very difficult to be constant vertical force during friction stir welding. For keeping constant this force, hydraulic controlled welding machines could be used in further researches. Practical implications: This paper and its’ results shown that the friction stir welding could be used for joining of ferritic stainless steels, when you select suitable welding parameters. Originality/value: This study was performed in the frame of the Pamukkale University Scientific Research Projects Coordination Unit project no 2009FBE022 “The research of the factors affecting the friction stir weldability of ferritic stainless steels”.

13

Mn1.5Co1.5O4 spinel conducting coatings on Al453 ferritic steel with regard to their application as interconnects in IT-SOFC

Kruk A., Stygar M., Brylewski T., Przybylski K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

377--381

EN

The ferritic AL453 steel is one of potential metallic interconnect materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells. However, the evaporation of chromium from the chromia scale formed on this steel and the increasing thickness of this scale result in the slow deterioration in the electrical properties of the interconnect’s elements. In order to improve fuel cell efficiency, the surface of the interconnect material was modified by applying a protective-conducting Mn1.5Co1.5O4spinel coating. Thermal and electrical tests of the La0.8Sr0.2FeO3 cathode - AL453/ Mn1.5Co1.5O4 interconnect system at 1073 K for 200 hrs in air confirmed the effectiveness of the spinel layers as a means of stopping chromium diffusion from the AL453 steel and inhibiting oxidation, while at the same time promoting electrical contact and minimizing cathode-interconnect interfacial resistance.

PL

Jednym z potencjalnych materiałów na metaliczne interkonektory do stałotlenkowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC jest stal ferrytyczna AL453.Wzwiązku z parowaniem chromu z powierzchni ochronnej zgorzeliny tlenku chromu oraz wzrostem jej grubości następuje pogorszenie właściwości elektrycznych interkonektora. W celu poprawy wydajności ogniwa paliwowego, stosuje się modyfikacje interkonektor polegającą na nakładaniu na jego powierzchni ochronno-przewodzącej powłoki spinelu Mn1.5Co1.5O4. Przeprowadzone testy termiczne i elektryczne układu katoda La0.8Sr0.2FeO3- interkonektor AL453/ Mn1.5Co1.5O4w 1073 K przez 200 godz. w powietrzu potwierdziły wysoką efektywność powłoki spinelowej jako bariery zaporowej dla dyfuzji chromu ze stali AL453 oraz jej utleniania co w efekcie prowadzi do spadku oporu elektrycznego na interfejsach układu katoda-interkonektor.

14

XPS measurements of AISI 430 SS surface after electropolishing operations in a transpassive region of polarisation characteristics

Hryniewicz T., Rokosz K., Raaen S.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 1

126-129

EN

The paper presents results of measuring the chemical composition of the passive film formed on the ferritic steel AISI 430 SS after mechanical and electrochemical treatments. XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) measurements were taken to obtain the chemical composition of the passive film on AISI 430 SS. The study results show that the ratio of the chromium compounds to iron compounds (Cr/Fe) in the passive film varies depend on the kind of surface treatment, starting from 0.4 after abrasive polishing (MP), up to 2.59 after standard electropolishing (EP) operation. The results of Cr/Fe ratio after electropolishing with electrolyte stirring (MIX) and these after magnetoelectropolishing (MEP) are between the two values. It was found that after electrochemical treatments the main compounds in the passive film consisted of Fe2O3, FeOOH, Cr2O3, Cr(OH)3.

PL

W artykule przedstawiono wyniki pomiarów składu chemicznego warstwy pasywnej wytworzonej na stali ferrytycznej AISI 430 po polerowaniu ściernym oraz polerowaniu elektrolitycznym. Skład chemiczny warstwy wierzchniej stali AISI 430 zbadano przy użyciu fotoelektronowej spektroskopii promieniami Roentgena (XPS). Wyniki badań pokazują, że stosunek zawartości związków chromu do związków żelaza (Cr/Fe) w warstwie pasywnej zmienia się w zależności od rodzaju obróbki powierzchniowej, poczynając od 0.4 po polerowaniu ściernym (MP), do 2,59 po standardowym polerowaniu elektrolitycznym (EP). Wyniki Cr/Fe po elektropolerowaniu z mieszaniem (MIX) i po magnetoelektro-polerowaniu (MEP) mieszczą się pomiędzy tymi wartościami. Na podstawie badań XPS stwierdzono, że warstwa wierzchnia stali składa się ze związków Fe2O3, FeOOH, Cr2O3, Cr(OH)3

15

Fizykochemiczne właściwości materiałów w układzie Crofer 22 APU/La(0,6)Sr(0,4)Co(0,2)Fe(0,8)O3 na interkonektory do zastosowania w SOFC

Miszczyk M., Dziekan E., Przybylski K., Brylewski T., Gaweł R. A., Kruk A.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 1

131-141

PL

W pracy zastosowano materiał katodowy La(0,6)Sr(0,4)Co(0,2)Fe(0,8)O3 (LSCF48) do otrzymania przewodzącej powłoki na interkonektorze ze stali ferrytycznej Crofer 22 APU z przeznaczeniem do budowy ogniwa SOFC. Powłoki LSCF48 w postaci pasty nakładano na powierzchnie stali metodą sitodruku, a następnie poddawano odpowiedniej obróbce termicznej. Do badań fizykochemicznych przygotowano trzy rodzaje próbek: próbki ze stali czystej (Crofer 22 APU), próbki z powłoką naniesioną na podłoże niemodyfi kowane powierzchniowo (Crofer 22 APU/LSCF48) oraz próbki z powłoką naniesioną na podłoże po uprzednim jego utlenianiu w 1073 K przez 24 godz. w powietrzu (Crofer 22 APU/Cr2O3/LSCF48). W oparciu o badania kinetyki utleniania w/w próbek w 1073 K przez 528 godz. w powietrzu stwierdzono, że najwyższą odporność na cykliczne warunki utleniania wykazuje układ Crofer 22 APU/LSCF48. Tak korzystne zjawisko wynika z faktu, że omawiana powłoka bez udziału warstwy przejściowej Cr2O3 wykazuje dobrą przyczepność do rdzenia metalicznego dzięki utworzeniu pośredniej warstwy reakcyjnej pomiędzy metalem a materiałem powłoki. Z utworzeniem tej warstwy reakcyjnej wiąże się też niższa powierzchniowa rezystancja elektryczna w 1073 K w powietrzu w porównaniu z czystą stalą Crofer 22 APU.

EN

In this work, La(0.6)Sr(0.4)Co(0.2)Fe(0.8)O3 (LSCF48) cathode material was used to obtain a conductive coating on Crofer 22 APU ferritic steel interconnect in order to produce a SOFC stack. The LSCF48 coating was deposited on the steel surface via screen-printing and then was subjected to the appropriate thermal treatment. Three types of samples were prepared for physicochemical studies: (i) samples of pure steel (Crofer 22 APU), (ii) samples with coating deposited on the substrate without surface modification (Crofer 22 APU/LSCF48) and (iii) samples with coating deposited on the substrate after its oxidation at 1073 K for 24 hrs in air (Crofer 22 APU/Cr2O3/LSCF48). From the oxidation kinetics study of the afore-mentioned samples carried out at 1073 K for 528 hrs in air, it follows that the Crofer 22 APU/LSCF48 system shows the highest resistance against corrosion in cyclic oxidation conditions. Such a favorable phenomenon is the result of good adhesion between the afore-mentioned coating without the transient Cr2O3 layer and the metallic substrate, due to the formation of an intermediate reaction layer at the metal/coating interphase. The formation of this intermediate reaction layer also leads to lower area specific resistance in air at 1073 K in comparison to pure Crofer 22 APU steel.

16

Zastosowanie dylatometrii w badaniach przemysłowych na przykładzie proszku ferrytycznej stali nierdzewnej AISI 434L

Gądek S., Hebda M., Kazior J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2012

|

R. 109, z. 9-M

77--87

PL

W niniejszym artykule przedstawiono zarys i rozwój stali nierdzewnych oraz jej podział. Omówiono metody i urządzenia do przeprowadzenia badań dylatometrycznych. Zaprezentowano również wyniki badań, które mogą znaleźć szerokie zastosowanie przemysłowe. Koncentrują się one na analizie procesu spiekania ferrytycznej stali nierdzewnej AISI 434L modyfikowanej zaprawą mikroproszku zawierającego bor.

EN

This article presents the scope and development of stainless steel. Moreover, paper also presents the results of researches that can find wide industrial applications. They focus on the analysis of the sintering process of ferritic stainless steel AISI 434L modified with addition of boron containing master alloy.

17

Physicochemical properties of steel/coating composite interconnector for planar-type Solid Oxide Fuel Cell

Przybylski K., Brylewski T.

Ochrona przed Korozją

|

2010

|

nr 11

528-534

EN

A review is presented on the oxidation kinetics, electrical properties, chromium vaporization rate and microstructure investigations of the oxide products formed on Fe-25 wt.-Cr steel uncoated and coated by the screen printing method with thick films of [La,Sr]CoO3, [La,Ca]CrO3, [La,Sr]CrO3, MnCo2O4 and Mn1.5Cr1.5O4 in air and H2/H2O gas mixture at 1023-1173 K for up to 1000 hrs. To improve the poor electrical conductivity of the chromia scale, formed on uncoated steel during the oxidation process, the above electronic conducting thick films composed of paste containing an organic binder and powders prepared via "wet chemical" methods were applied. The oxidation process of the coated steel, taking place in variable temperature cycles, shows good compactness of the conducting layer, as well as good adhesion to the metal substrate, as determined by the structural modification of the intermediate, chromiarich layer formed between the coating and metal substrate. The obtained kinetics data revealed that the oxidation reactions followed approximately the parabolic rate law over the applied temperature range. The calculated parabolic rate constants for the oxidation of DIN 50049 uncoated and coated at 1023-1173K were of the order of 10-13 to 10-14 g2/cm4, which are typical of chromia-formers. The values of the in situ area specific resistance (ASR) measurements by dc two-probe technique for the Fe-25Cr/[La,Sr]CoO3, Fe-25Cr/[La,Ca]CrO3, Fe-25Cr/[La,Sr]CrO3, Fe-25Cr/MnCo2O4 and Fe-25Cr/ Mn1.5Cr1.5O4 composite materials, exposed to air and H2/H2O gas mixture at 1073 K, are lower than the acceptable ASR level of the order of 0.1 cm2 for the SOFC metallic interconnect material. Vaporization measurements of the studied coating layers, performed in humidified air under flow-rate independent conditions at 1073 K, revealed a decreasing volatilization rate of chromia species from the coating materials in comparison with the value of this parameter corresponding to oxide scale built mainly of chromia formed on uncoated steel. The best coating material, i.e. MnCo2O4 decreased Cr vaporization by a factor of about 3.5. The microstructure, phase and chemical analysis of the coating after oxidation were examined by means of SEM-EDS, TEM-SAD and XRD. The influence of the multilayer oxide products formation during interfacial reactions between the coating materials and metal substrates in SOFC operating conditions on the electrical properties of the studied ferritic steel covered with the films, is presented and discussed in terms of the applicability of the composite structural material for construction of the metallic interconnect used in SOFC.

PL

W pracy dokonano przeglądu wyników badań kinetyki utleniania, właściwości elektrycznych, szybkości parowania chromu i mikrostruktury stali Fe-25Cr czystej oraz stali pokrytej powłoką [La,Sr]CoO3, [La,Ca]CrO3, [La,Sr]CrO3, MnCo2O4 i Mn1.5Cr1.5O4 metodą sitodruku i poddanych utlenianiu w powietrzu i w mieszaninie gazu H2/H2O w zakresie temperatur 1023-1173 K w czasie sięgającym 1000 godz. W celu poprawy przewodnictwa elektrycznego zgorzeliny z tlenku chromu utworzonej na stali czystej, na jego powierzchnię nanoszono przewodzące powłoki w Proces utleniania stali pokrytej powłoką w warunkach izotermicznych i cyklicznych zmian temperatury wykazał zwartość i dobrą przyczepność powłoki przewodzącej do podłoża metalicznego, dzięki utworzeniu pośredniej warstwy reakcyjnej na granicy rozdziału powłoka/stal. Badania kinetyki utleniania stali DIN 50049 czystej oraz stali pokrytej powłoką wykazały, że proces narastania produktu reakcji może być z dobrym przybliżeniem opisany przez prawo paraboliczne. Obliczone paraboliczne stałe szybkości utleniania w/w próbek w zakresie temperatur 1023-1173K mieszczą się w przedziale od 10-13 do 10-14 g2/cm4i odpowiadają wartościom uzyskiwanym dla stopów typu "Chromia-formers". Powierzchniowa rezystancja elektryczna [ASR] szeregu układów: Fe-25Cr/(La,Sr)CoO3, Fe-25Cr/(La,Ca)CrO3, Fe-25Cr/ (La,Sr)CrO3, Fe-25Cr/MnCo2O4 i Fe-25Cr/ Mn1.5Cr1.5O4, zmierzona z użyciem metody dwusondowej w warunkach in situ w 1073 K w powietrzu i mieszaninie gazu H2/H2O, jest niższa od 0.1 ?cm2 i tym samym nie przekracza ona dopuszczalnego poziomu ASR ustalonego dla interkonektorów przewidzianych do zastosowania w ogniwach SOFC. W oparciu o pomiary szybkości parowania chromu z badanych próbek w warunkach przepływu powietrza zawierającego parę wodną w 1073K stwierdzono spadek szybkości tworzenia lotnych związków chromu ze stali pokrytej powłoką w porównaniu do stali czystej, na której tworzy się głównie tlenek chromu. Najniższą szybkość parowania Cr, prawie 3,5-krotnie mniejszą w porównaniu do szybkości ubytku masy stali Fe-25Cr czystej, stwierdzono w przypadku zastosowania powłoki MnCo2O4. Mikrostrukturę, skład chemiczny oraz fazowy produktów utleniania próbek badano metodami: SEM-EDS, TEM-SAD oraz XRD. Wpływ tworzenia się pośredniej warstwy reakcyjnej o wielowarstwowej budowie tlenkowej, będącej wynikiem oddziaływania powłoki przewodzącej z podłożem metalicznym na właściwości elektryczne badanych układów stal/powłoka, przedyskutowano w aspekcie przydatności zarówno stali Fe-25Cr jak i powłok ochronnych w kierunku opracowania technologii wytwarzania metalicznych interkonektorów przewidzianych do zastosowania w ogniwach paliwowych SOFC.

18

Metaliczny interkonektor jako istotny element ogniwa paliwowego ze stałym elektrolitem tlenkowym SOFC

Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 3

415-427

PL

W niniejszej pracy przedstawiono opis budowy ogniwa paliwowego ze stałym elektrolitem tlenkowym SOFC ze szczególnym uwzględnieniem roli, jaką w ogniwie odgrywa metaliczny interkonektor. Omówiono kryteria doboru materiałów na interkonektory, które z uwagi na specyficzne warunki eksploatacji ogniw są nieporównywalnie surowsze niż wymagania stawiane pozostałym komponentom ogniwa SOFC, niezależnie od jego konfiguracji. Poważnym problemem, pojawiającym się przy stosowaniu interkonektorów metalicznych, jest stopniowy wzrost powierzchniowej rezystancji elektrycznej, związany ze wzrostem grubości zgorzeliny tlenkowej podczas wysokotemperaturowego utleniania stali ferrytycznej. Zbyt wysoki opór elektryczny zgorzeliny może prowadzić do spadku mocy całego stosu ogniwa paliwowego. Ponadto w wyniku utworzenia takiej zgorzeliny zachodzi parowanie lotnych tlenków i tlenowodorotlenków chromu, które wbudowują się do materiału katody i powodują wzrost jej polaryzacji aktywacyjnej, co oznacza zarazem skrócenie czasu eksploatacji ogniwa SOFC. W celu ograniczenia tych niekorzystnych zjawisk, konieczna jest modyfikacja właściwości fizykochemicznych stopów metalicznych. Zazwyczaj osiąga się to przez naniesienie na powierzchnie stali ferrytycznych przewodzących powłok ochronnych o współczynnikach rozszerzalności cieplnej zbliżonym do jej wartości w odniesieniu do osnowy metalicznej i materiału katody. W świetle tego zagadnienia dokonano krytycznego podsumowania dotychczasowej wiedzy na temat badań właściwości fizykochemicznych metalicznych interkonektorów modyfikowanych powłokami ochronno-przewodzącymi o różnych składach.

EN

The present paper describes the construction of a solid oxide fuel cell with particular emphasis on the significance of the metallic interconnect. Some criteria for the selection of materials for interconnects were discussed; due to the specific operating conditions of the cells, these criteria are far more strict than in the case of other components of SOFCs, regardless of their configuration. A serious issue in the application of interconnects is the gradual increase in area specific resistance connected with an increase in the thickness of oxide scales during high-temperature oxidation of ferritic steel. Overly high electrical resistance of the scale may lead to a decrease in the power output of the whole stack of the SOFC. Furthermore, due to the formation of such a scale some volatile chromium oxides and oxyhydroxides vaporize, incorporating themselves into the electrode material and increasing its activation polarization, which results in lower durability of the SOFC. In order to prevent these detrimental processes, it is necessary to modify the physicochemical properties of metallic alloys. This is usually achieved by covering the surface of ferritic steels with conducting protective coatings with thermal expansion coefficients close to that of the metallic matrix and the cathode material. With regard to this issue, a critical review of the current knowledge on the research concerning physicochemical properties of metallic interconnects modified with conducting protective coatings of various composition is presented.

19

Zjawisko żebrowania w stalach odpornych na korozję o strukturze ferrytycznej

Rostek T., Sztwiertnia K., Pospiech J., Bołd T.

Archiwum Nauki o Materiałach

|

2002

|

T. 23, nr 4

283-299

PL

Na podstawie prac własnych oraz danych z literatury dokonano syntetycznego opisu zjawiska żebrowania w ferrytycznych stalach chromowych odpornych na korozję. Badania wykazały pewne prawidłowości w strukturze i teksturze materiału mogące mieć wpływ na zjawisko żebrowania. W mikroteksturze materiału wyodrębniono dwa elementy o odmiennej anizotropii plastycznej; pasma orientacji {001}<110> oraz osnowę, w której przeważają obszary o orientacjach {112}<110>, {111}<112> i {111}<134>. Zwrócono również uwagę na segregację pierwiastków stopowych i jej związek z występowaniem niejednorodności oraz podatnością na korozję blach ze stali ferrytycznej. Zaproponowano zmiany w tradycyjnej technologii produkcji blach w celu minimalizacji niekorzystnego zjawiska żebrowania.

EN

Based on the authors' own investigations, as well as on observations of other authors, synthetic description of ridging phenomenon occuring in ferritic stainless steel was made. Investigations show some regularities in structure and texture having influence on the ridging phenomenon. The material is composed of two macro-elements of different plastic anisotropy: the bands described by the texture component {001}<110> and the matrix described by the components {112}<110>, {111}<112> and {111}<134>. The segregation of the alloy elements may play an important role in the formation of these inhomogeneities and in the corrosion of sheets. The proposed changes in the traditional technological processing of sheets obtained from this steel type are to limit the occurrence of the ridging effect.