Effect of Composition, Microstructure and Component Thickness on the Oxidation Behaviour of Laves Phase Strengthened Interconnect Steel for Solid Oxide Fuel Cells (SOFC)
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Beschreibung
Der hoch-chromhaltige, Laves-Phasen verfestigte ferritische Stahl Crofer 22 H ist ein
potentiell geeigneter Kandidat als Konstruktions Werkstoff für Interkonnektoren in
Festelektrolyt-Brennstoffzellen (SOFCs).
Die vorliegende Arbeit hatten eine Untersuchung der SOFC-relevanten Eigenschaften,
insbesondere Oxidationsverhalten und elektrische Leitfähigkeit in SOFC-Betriebsgasen
als Funktion der Temperatur zum Ziel, mit Schwerpunkt auf der meist verwendeten
Betriebstemperatur von 800 °C.
Die Untersuchungen an Crofer 22 H ergaben, dass der Chromverbrauch als Folge der
Deckschichtbildung die Bildung einer Laves-Phasen verarmten Zone in Oberflächennähe
zur Folge hat. Parallel bildet sich eine Zone an der Oxid/Stahl-Grenzfläche in der die
Laves-Phase angereichert ist. Mathematische Modellierung ergab, dass die
Verarmung/Anreicherung durch den Einfluss der Chromkonzentration auf die
Niobaktivität in der Stahlmatrix erklärt werden kann. Zusätzlich wurde durch Versuche
mit lösungsgeglühtem und gealtertem Material gezeigt, dass die oberflächennahen
Umwandlungsvorgänge zumindest teilweise auf eine bevorzugte Keimbildung der Laves-
Phase an der Stahl/Oxid-Grenzfläche zurück zu führen sind.
Experimentelle Untersuchungen und theoretische Betrachtungen zeigten, dass die
Abhängigkeit der Oxidationsrate von der Komponenten-/Probendicke mit dem Abbau
von Oxid-Wachstumsspannungen mit Kriechen des metallischen Substrats korreliert ist.
Wegen der geringen intrinsischen Kriechbeständigkeit von Crofer 22 APU, zeigen dünne
Proben dieses Werkstoffs bei 800 °C in Luft höhere Oxidationsraten als dicke Proben.
Für den kriechbeständigeren Crofer 22 H geschieht dies nur nach einem Verlust an
intrinsischer Festigkeit durch Vergröberung der Laves-Phase. In diesem Fall wird die
Resistenz der dünnsten Proben gegen Kriechverformung zu gering, um signifikante
Relaxation von Oxid-Wachstumsspannungen zu verhindern; dies führt zu einer erhöhten
Oxidationsrate.
Autor*in
Cristina Asensio Jimenez