[发明专利]一种具有优异耐蚀性能的Cr‑Fe‑Ni基块体非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有优异耐蚀性能的Cr-Fe-Ni基块体非晶合金及其制备方法，属于新材料及其制备技术领域。

背景技术

非晶合金（又称金属玻璃）因其独特的原子长程无序排列结构，不存在晶界、位错等晶体学缺陷，具有高强度和硬度、良好耐磨性和远优于对应晶态合金的耐腐蚀性等优点。特别是非晶合金在其过冷液相区内呈现粘性流动特性，可实现超塑性加工成形。非晶合金既可以作为块体结构材料或功能材料，也可以以粉体或涂层材料的形式加以应用。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）内部的双极板长期在高温的酸性及富氧环境下工作，须满足易加工成型、耐腐蚀、高强度等要求。传统的石墨双极板耐蚀性好，但脆性大，流场加工困难。金属双极板优异的机械加工性能弥补了石墨双极板的缺陷，但耐蚀性较差。具有高强度、高耐蚀性和良好超塑性加工性的非晶合金有望成为新一代的双极板表面涂层材料。适合于热喷涂等工艺的燃料电池用双极板非晶涂层材料要求同时具备低的玻璃转变温度（T_g），大的过冷液相区间（ΔT_x，结晶化温度T_x与T_g的差值），良好的非晶形成能力，优异的力学性能和耐蚀性能。低的T_g意味着更低的加工温度，通过减少燃料消耗和设备老化来降低生产成本。大的ΔT_x表示可以在过冷液相区内得到更低的粘度，有助于形成更致密的非晶涂层。目前，已有Ni基Ni-Cr-P-B非晶合金用于PEMFC双极板的表面涂层材料，其耐蚀性明显优于SUS316L不锈钢，且改性后的双极板的发电性能可以与传统的石墨双极板媲美[Kim et al, J Jap Inst Met, 75(2011): 122]。但Ni基非晶原料价格较高，阻碍了其大规模应用。Fe基非晶合金具有与Ni基非晶合金相似的力学性能和热性能，但Fe元素的价格远低于Ni元素。如能够克服Fe基非晶稍逊于Ni基非晶的耐蚀性能，并同时满足低T_g、大ΔT_x和高非晶形成能力，Fe基非晶合金有望成为PEMFC双极板涂层材料，且成本低廉，有利于商业推广。