ايجاد پوشش نانو الکترولس نيکل -فسفر بر روي آلياژ آلومينيوم به عنوان صفحات دو قطبي در پيلهاي سوختي با غشاي الکتروليت پليمري

STUDENT

DEGREE

YEAR

Formation of Nano Ni-P Electroless Coating on the Aluminum Alloy Substrate for Bipolar Plates in Proton Exchange Membrane Fuel Cell In this study electroless Ni-P coating was deposited on aluminium substrate with and without stabilizers in the electroless bath. After 2, 4 and 6 hours deposition, thickness of coating with stabilizers were 20, 35 and 43 microns respectively and thickness of coating without stabilizers were 24, 39 and 48 microns. Stabilizers decrease deposition rate with adsorption on coating. Also deposition rate in pH=4 is lower than higher pH. X-ray diffraction analysis showed all of the coatings had semi-amorphous structures.The structures were mixture of amorphous phase and crystalline phase that contained Ni(111). Electrochemical impedance spectroscopy testing showed after 12 hours immersion of samples in stimulated solution, charge transfer resistance (R ct ) in samples with 20, 35 and 43 microns coating were 13.5, 16.5 and 17 k?.cm 2 and in samples with 24, 39 and 48 microns coating were 28, 34 and 42 k?.cm 2 respectively. This showed corrosion resistance increased without stabilizers in the bath. Also Electrochemical impedance spectroscopy testing on 35 and 39 micron coating , showed after 80 days of immersion of samples, the solution could not diffuse through coating and also showed passivation in samples with stabilizers were stronger. Tafel polarization testing showed corrosion rate in coating with stabilizers in samples with 20, 35 and 43 microns coating were 8, 5 and 4 µA/cm 2 and in coating without stabilizers in samples with 24, 39 and 48 microns coating were 0.9, 0.6 and 0.5 µA/cm 2 that showed corrosion rate decreased one order of magnitude without stabilizers in the bath. Corrosion potential in coating with stabilizers in samples with 20, 35 and 43 microns coating were -268, -259 and -228 mV and in coating without stabilizers in samples with 24, 39 and 48 microns coating were -360, -305 and -305 mV respectively.This showed because of deposition of bath impurities in bath without stabilizers corrosion potential had become more active. Potentiostatic testing showed in cathodic conditions current density in coating with stabilizers was 10 mA/cm 2 and in coating without stabilizers was 1 mA/cm 2 . Also in anodic condition current density in both of coatings (with and without stabilizers) were the same and about 100 µA/cm 2 . Analysis results with WDX showed in coating with stabilizers phosphorus content was 9-11 %wt and sulfur content was 0.2-0.5 %wt. Also phosphorus content in coatings without stabilizers was 9-12 %wt and there was no sulfur in coatings. Stabilizers contain sulfur element that adsorb in the

چکيده در اين پژوهش پوشش الکترولسNi-P در شرايط حاوي جزء پايدارکننده و عاري از آن بر روي زيرلايه آلومينيومي پوشش داده شد. ضخامت نمونه ها ي حاوي پارارکننده بعد از 2 ، 4 و 6 ساعت پوشش دهي به ترتيب 20 ، 35 و 43 ميکرون و ضخامت نمونه هاي عاري از پايدارکننده بعد از 2 ، 4 و 6 ساعت پوشش دهي به ترتيب 24 ، 39 و 48ميکرون بود. پايدارکننده ها با جذب بر سطح نمونه ها سرعت پوشش دهي را کنترل کرده و آن را کاهش مي دهند. همچنين به طورکلي نرخ رسوب دهي به دليل پوشش دهي در 4 pH= نسبت به حمام هاي با pH بالا، کم تر بود. آزمون پراش اشعه ايکس نشان داد که در تمام نمونه ها ساختار پوشش نيمه آمورف بوده و ترکيبي از فاز آمورف و فاز کريستالي شامل صفحه (111) نيکل بود. نتايج آزمون طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي خوردگي نشان داد که بعد از 12 ساعت غوطه وري نمونه ها در محلول شبيه سازي پيل سوختي مقدار R ct در نمونه هاي با ضخامت پوشش 20 ، 35 و 43 ميکرون به ترتيب 5/13 ، 5/16 و k?.cm 2 17 و در نمونه هاي با ضخامت 24 ، 39 و 48 ميکرون به ترتيب 28 ، 34 و k?.cm 2 42 بود که نشان مي داد حذف پادارکننده ها منجر به بهبود مقاومت به خوردگي شده است. همچنين آزمون طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي بر روي نمونه هاي با ضخامت 35 و 39 ميکرون بعد از 80 روز غوطه وري در محلول شبيه سازي انجام شد که نشان داد اولا محلول نتوانست به زير لايه دسترسي يابد، ثانيا مقدار پاسيواسيون در نمونه هاي حاوي پايدارکننده بيشتر است. نتايج آزمون پلاريزاسيون تافل نشان داد نرخ خوردگي در پوشش هاي حاوي پايدارکننده در ضخامت هاي 20 ، 35 و 43 ميکرون به ترتيب 8 ، 5 و A/cm 2 µ 4 و در نمونه هاي عاري از پايدارکننده در ضخامت هاي 24 ، 39 و 48 ميکرون به ترتيب 9/0 ، 6/0 و A/cm 2 µ 5/ 0 بود که کاهش تقريبا 10 برابري را نشان مي داد. مقدار پتانسيل خوردگي در نمونه هاي حاوي پايدارکننده در ضخامت هاي 20 ، 35 و 43 ميکرون به ترتيب 268- ، 259- وmV 228- و در نمونه هاي عاري از پايدارکننده در ضخامت هاي 24 ، 39 و 48 ميکرون به ترتيب 360- ، 305- وmV 305- بود که نشان مي داد پتانسيل خوردگي به دليل رسوب ناخالصي هاي حمام عاري از پايدارکننده فعال تر شده بود. نتايج آزمون پتانسيواستاتيک نشان داد که در شرايط کاتدي دانسيته جريان در پوشش هاي حاوي پايدارکننده تقريبا m A/cm 2 10 و در پوشش هاي عاري از پايدارکننده تقريبا m A/cm 2 1 بود. همچنين در شرايط آندي مقدار دانسيته جريان در پوشش حاوي پايدارکننده و عاري از پايدارکننده تقريبا يکسان بوده و A/cm 2 µ 100 بود. نتايج آناليز توسط WDX نشان داد که مقدار فسفر پوشش حاوي پايدارکننده 11-9 درصد وزني و مقدار گوگرد آن 5/0-2/0 درصد وزني بود. همچنين مقدار فسفر پوشش عاري از پايدارکننده 12-9 درصد وزني و فاقد گوگرد بود. همچنين با افزايش ضخامت درصد فسفر پوشش ها افزايش يافته بود. پايدارکننده ها حاوي مقادير زيادي گوگرد هستند و در طي فرآيند پوشش دهي جذب سطح فلز مي شوند. دليل افزايش نرخ خوردگي را مي توان به وجود گوگرد در سطح پوشش ها نسبت داد. نتايج آزمون مقاومت الکتريکي تماسي نشان داد که قبل از آزمون