Kemajuan penelitian konektor pelat tahan aus ferit
Pada tahun 1997, Hitachi Metal Company mengembangkan bahan logam paduan sistem feritik Fe-22Cr ZMG232 untuk konektor SOFC dengan suhu pengoperasian 1000 derajat . Material feritik dipilih sebagai konektor SOFC karena material feritik mempunyai koefisien muai panas yang lebih rendah dibandingkan austenit, yang lebih mirip dengan material komponen SOFC. Perusahaan kemudian mengadopsi serangkaian langkah perbaikan proses, seperti mengurangi kandungan oksida pengotor, dan mengembangkan pelat tahan aus ZMG232L pada tahun 2005.
Pelat tahan aus ZMG232L dapat membentuk lapisan oksida Cr2O3 yang padat di lingkungan kerja, sehingga memiliki konduktivitas listrik yang baik pada saat yang sama, tetapi juga memiliki ketahanan oksidasi yang luar biasa. Meskipun ketahanan oksidasi konektor juga dapat diperoleh dengan membentuk lapisan oksida Al2O3, Al2O3 tidak memiliki konduktivitas listrik pada suhu pengoperasian pelat tahan aus ZMG232L, sehingga paduan lapisan oksida Cr2O3 dengan resistansi kecil pada suhu tinggi cocok untuk Bahan logam konektor SOFC.
Dengan pengembangan SOFC yang berkelanjutan, persyaratan yang lebih tinggi telah diajukan untuk bahan logam konektor - untuk lebih meningkatkan ketahanan oksidasi dan mengurangi jumlah penguapan Cr yang dihasilkan oleh bahan logam guna mengurangi dampak terhadap kinerja komponen pembangkit listrik. Berdasarkan pelat tahan aus ZMG232L, Hitachi Metal Company merealisasikan desain film dan paduan densifikasi yang terdiri dari lapisan spinel dan lapisan oksida kromium dengan konduktivitas listrik dengan menambahkan elemen paduan dan mengoptimalkan komponen, dan mengembangkan pelat tahan aus paduan ZMG232G10 baru dengan ketahanan oksidasi dan konduktivitas listrik meningkat sekitar 2 kali lipat.
Struktur lapisan oksida dan desain paduan pelat tahan aus ZMG232G10 diperkenalkan secara singkat di bawah ini.
Ketika pelat tahan aus ZMG232L diberi perlakuan panas dalam atmosfer pengoksidasi, lapisan oksida dua lapis terbentuk pada permukaan benda kerja, lapisan permukaannya adalah lapisan oksida (Mn,Cr) 3O4, lapisan dalam (matriks) adalah lapisan oksida Cr2O3. Ketahanan oksidasi bergantung pada lapisan oksida Cr2O3, namun penguapan unsur Cr yang terkandung di dalamnya akan menyebabkan penurunan kinerja elemen pembangkit listrik, meskipun lapisan oksida (Mn,Cr) 3O4 akan mempunyai efek penghambatan tertentu. pada penguapan Cr, namun laju oksidasi (Mn,Cr) 3O4 membuat efek perlindungannya terbatas.
Untuk mengatasi masalah di atas, langkah-langkah berikut diambil dalam desain paduan.
1) Meningkatkan ketahanan oksidasi: mengurangi kandungan Mn dan menurunkan laju oksidasi (Mn,Cr) 3O4;
2) Menghambat penguapan Cr: Tambahkan Cu, Cu berdifusi ke dalam lapisan oksida (Mn,Cr) 3O4, memadatkan lapisan oksida (Mn,Cr) 3O4.
Karena langkah-langkah desain komposisi di atas, pelat tahan aus ZMG232G10 memiliki ketahanan oksidasi yang lebih baik daripada pelat tahan aus ZMG232L, dan jumlah penguapan Cr berkurang.
Pelat aus ZMG232G10 dan perbandingan pelat aus lainnya
Untuk mengkomersialkan SOFC, biaya produksi setiap komponen harus dikurangi. Dalam beberapa tahun terakhir, penerapan pelat tahan aus ferit pada konektor SOFC telah dipelajari. Ketahanan oksidasi konektor pelat tahan aus ZMG232G10 yang dikembangkan oleh Hitachi Metal Company dibandingkan dengan pelat tahan aus lainnya, dan sampel uji memiliki ketebalan 10mm. Karena semakin tipis ketebalan pelat maka ketahanan oksidasi paduannya semakin buruk, maka perlu diperhatikan desain ketebalan bila pelat tahan aus digunakan sebagai bahan konektor SOFC. Jika ZMG232G10 digunakan sebagai material konektor SOFC, material yang lebih tipis dari pelat tahan aus biasa dapat digunakan.
Semakin kecil perubahan kenaikan oksidasi seiring berjalannya waktu, semakin baik ketahanan oksidasinya, seperti ketahanan oksidasi pelat aus ZMG232G10 secara signifikan lebih baik daripada SUS430. Dalam keadaan normal, peningkatan oksidasi lapisan oksida pembentuk paduan meningkat sesuai dengan aturan parabola dengan bertambahnya waktu, namun peningkatan oksidasi SUS430 meningkat tajam dengan bertambahnya waktu dalam perlakuan oksidasi awal. Sebelum waktu oksidasi 2500 jam, tren perubahan peningkatan oksidasi SUS444 pada dasarnya sama dengan ZMG232G10, namun setelah peningkatan, peningkatan oksidasi SUS444 menurun dengan cepat, yang merupakan akibat terkelupasnya lapisan oksidasi dengan ketahanan oksidasi. Perbandingan di atas menunjukkan bahwa dibandingkan dengan pelat tahan aus ZMG232G10, SUS430 dan SUS444 memiliki ketahanan oksidasi yang buruk.
