Chinese Journal of Rare Metals

2026, v.50;No.366(09) 1420-1431

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PEM制氢气体扩散层用Ti-Nb合金组织结构及耐腐蚀机制研究
Microstructural Evolution and Corrosion Resistance Mechanisms of Ti-Nb Alloys for Gas Diffusion Layers in PEM Water Electrolysis

周昭宇,刘蔚,付艳艳,于庆河,米菁,郝雷

摘要(Abstract):

气体扩散层作为质子交换膜(PEM)电解槽中的关键材料,起到了传输电子以及气液传输的作用。但是因为阳极区长时间处于酸性、富氧且高电位的工况之中,使得阳极气体扩散层的力学性能和化学稳定性面临更高要求。目前,市面上的阳极扩散层大多采用由纯钛丝烧结制备的钛毡,存在着加工过程中钛丝力学性能不足发生脆断且耐蚀性较差等问题。本文通过在纯钛中添加铌(Nb)元素优化合金成分,对合金进行多道次热轧处理,探究其微观组织演变与室温延展性和耐蚀性的变化规律。结果表明,在纯钛(Ti)中添加少量的Nb元素,经过800℃热轧后退火,其组织结构为纯α-Ti相,可以明显提高纯钛的室温延展性和耐腐蚀性。当Nb元素的添加量为1.5%(质量分数)时,合金的断后延伸率提升至67.5%,高于工业纯钛(TA1)的断后延伸率36%,晶粒明显细化,主要织构类型演变为■,织构的演变激活了基面滑移和锥面滑移,提升了合金的室温塑性。当Nb元素的添加量为2%时,合金的晶粒进一步细化,合金的断后延伸率降低为38.5%,主要织构类型演变为■,织构的演变抑制了二阶锥面滑移,导致合金的室温塑性下降。随着合金中Nb元素含量的上升(0~2%),合金的电化学容抗弧半径逐渐增大,耐腐蚀性逐渐增强,表面拟合电阻由1.27 kΩ·cm~(-2)逐渐增加到4.01 kΩ·cm~(-2)。

关键词(KeyWords): Ti-Nb合金;室温塑性;织构分析;电化学阻抗

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家重点研发计划项目(2022YFB4002002)资助

作者(Author): 周昭宇,刘蔚,付艳艳,于庆河,米菁,郝雷

DOI: 10.13373/j.cnki.cjrm.XY25020010

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