燃料电池双极板结构激光增材制造及表面精整加工

作     者：张万里 林开杰 陕俊豪 许勇 黄广靖 孙婧佳 顾冬冬 ZHANG Wanli;LIN Kaijie;SHAN Junhao;XU Yong;HUANG Guangjing;SUN Jingjia;GU Dongdong

作者机构：南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京210000 江苏省高性能构件激光增材制造工程研究中心江苏南京210016 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2021YFB1715400) 国防基础科研计划资助项目(JCKY2020605C007) 江苏省重点研发计划资助项目(BE2022069,BE2022069-1) 

出 版 物：《钢铁》 (Iron and Steel)

年 卷 期：2024年第59卷第6期

页      码：60-71页

摘      要：质子交换膜燃料电池双极板异形截面微流道制造成形存在挑战,且表面粗糙度对其性能与寿命造成重要影响。激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)技术得益于成形自由度高、可实现复杂结构成形等特点,在解决该复杂微流道成形问题方面具有显著优势,且磨粒流加工可实现复杂流道的高效精抛光。采用LPBF技术成形了316L不锈钢质子交换膜燃料电池双极板异形截面微流道结构,获得了优化的激光工艺(激光功率为150 W,扫描速度为800 mm/s,扫描间距为50μm),该工艺下成形试样致密度为99.5%。自主研发设计了磨粒流抛光设备及夹具,对优化工艺下LPBF成形的异形截面微流道进行了抛光工艺优化,基于光镜、激光共聚焦和扫描电子显微镜等试验手段,研究了不同抛光压力对LPBF成形质子交换膜燃料电池双极板异形截面微流道成形精度、表面粗糙度及显微组织的影响规律,获得了最佳磨粒流抛光工艺(抛光压力为9 MPa、抛光时间为90 min、磨粒粒径为0.037 5 mm)。结果表明,随着抛光压力增大,微流道内壁质量得到了有效提升且沿微流道长度方向的抛光不均现象明显改善,抛光压力为9~11 MPa时,成形构件表面粗糙度低至2.43~3.57μm,改善量可达77.9%~85.7%。流道结构顶部硬度最小,变化量最大,与悬垂位置的致密度及显微组织有关。其中抛光压力为9 MPa时,中间及出口处的设计总偏差量最小,分别为61μm和82μm。揭示了磨粒流抛光LPBF成形燃料电池双极板异形截面微流道的机制,以期为LPBF成形复杂结构的表面精整工作提供参考。

主 题 词：激光增材制造 磨粒流 燃料电池 微流道 表面精整 抛光压力 

学科分类：0808[工学-自动化类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240218

馆 藏 号：203128369...