ایجاد پوشش نانو الکترولس نیکل -فسفر بر روی آلیاژ آلومینیوم به عنوان صفحات دو قطبی در پیلهای سوختی با غشای الکترولیت پلیمری

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

در این پژوهش پوشش الکترولسNi-P در شرایط حاوی جزء پایدارکننده و عاری از آن بر روی زیرلایه آلومینیومی پوشش داده شد. ضخامت نمونه ها ی حاوی پارارکننده بعد از 2 ، 4 و 6 ساعت پوشش دهی به ترتیب 20 ، 35 و 43 میکرون و ضخامت نمونه های عاری از پایدارکننده بعد از 2 ، 4 و 6 ساعت پوشش دهی به ترتیب 24 ، 39 و 48میکرون بود. پایدارکننده ها با جذب بر سطح نمونه ها سرعت پوشش دهی را کنترل کرده و آن را کاهش می دهند. همچنین به طورکلی نرخ رسوب دهی به دلیل پوشش دهی در 4 pH= نسبت به حمام های با pH بالا، کم تر بود. آزمون پراش اشعه ایکس نشان داد که در تمام نمونه ها ساختار پوشش نیمه آمورف بوده و ترکیبی از فاز آمورف و فاز کریستالی شامل صفحه (111) نیکل بود. نتایج آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی خوردگی نشان داد که بعد از 12 ساعت غوطه وری نمونه ها در محلول شبیه سازی پیل سوختی مقدار R ct در نمونه های با ضخامت پوشش 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 5/13 ، 5/16 و k?.cm 2 17 و در نمونه های با ضخامت 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 28 ، 34 و k?.cm 2 42 بود که نشان می داد حذف پادارکننده ها منجر به بهبود مقاومت به خوردگی شده است. همچنین آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بر روی نمونه های با ضخامت 35 و 39 میکرون بعد از 80 روز غوطه وری در محلول شبیه سازی انجام شد که نشان داد اولا محلول نتوانست به زیر لایه دسترسی یابد، ثانیا مقدار پاسیواسیون در نمونه های حاوی پایدارکننده بیشتر است. نتایج آزمون پلاریزاسیون تافل نشان داد نرخ خوردگی در پوشش های حاوی پایدارکننده در ضخامت های 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 8 ، 5 و A/cm 2 µ 4 و در نمونه های عاری از پایدارکننده در ضخامت های 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 9/0 ، 6/0 و A/cm 2 µ 5/ 0 بود که کاهش تقریبا 10 برابری را نشان می داد. مقدار پتانسیل خوردگی در نمونه های حاوی پایدارکننده در ضخامت های 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 268- ، 259- وmV 228- و در نمونه های عاری از پایدارکننده در ضخامت های 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 360- ، 305- وmV 305- بود که نشان می داد پتانسیل خوردگی به دلیل رسوب ناخالصی های حمام عاری از پایدارکننده فعال تر شده بود. نتایج آزمون پتانسیواستاتیک نشان داد که در شرایط کاتدی دانسیته جریان در پوشش های حاوی پایدارکننده تقریبا m A/cm 2 10 و در پوشش های عاری از پایدارکننده تقریبا m A/cm 2 1 بود. همچنین در شرایط آندی مقدار دانسیته جریان در پوشش حاوی پایدارکننده و عاری از پایدارکننده تقریبا یکسان بوده و A/cm 2 µ 100 بود. نتایج آنالیز توسط WDX نشان داد که مقدار فسفر پوشش حاوی پایدارکننده 11-9 درصد وزنی و مقدار گوگرد آن 5/0-2/0 درصد وزنی بود. همچنین مقدار فسفر پوشش عاری از پایدارکننده 12-9 درصد وزنی و فاقد گوگرد بود. همچنین با افزایش ضخامت درصد فسفر پوشش ها افزایش یافته بود. پایدارکننده ها حاوی مقادیر زیادی گوگرد هستند و در طی فرآیند پوشش دهی جذب سطح فلز می شوند. دلیل افزایش نرخ خوردگی را می توان به وجود گوگرد در سطح پوشش ها نسبت داد. نتایج آزمون مقاومت الکتریکی تماسی نشان داد که قبل از آزمون