導讀：本文研究了在模擬質子交換膜燃料電池(PEMFCs)陰極環境中，冷變形對激光選區熔化(SLMed)316L不銹鋼的微觀結構演變和腐蝕行為的影響。結果表明，在<50%的變形水平下，隨著變形量的增加，耐腐蝕性有所提高，這是由于變形孿晶、細化亞晶粒，形成了穩定的鈍化膜。在70%的變形水平下，馬氏體形核降低了鈍化膜的穩定性，從而降低了耐腐蝕性。

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是最有前途的清潔能源轉換系統之一，具有高效率發電和充分利用可再生能源的巨大潛力，因此已成為傳統內燃機和其他電池的強大競爭對手。雙極板是PEMFC的關鍵部件之一，在電池組中提供多種功能。它提供相鄰電池之間的電氣連接，同時也是不同電解質的分離器。此外，雙極板具有復雜的流場，通過優化表面流場，可以實現電解質的均勻分布。因此，雙極板所需的各種功能需要一系列復雜的技術來實現。遺憾的是，由于材料浪費和制造復雜流道的挑戰性，傳統的成型和切割工藝無法提供許多改進。作為替代方案，激光選區熔化（SLM）制造技術的使用與雙極板制造非常兼容，例如近凈形狀生產、低生產時間、高材料利用率，以及幾乎沒有幾何收縮。SLM根據其計算機輔助設計模型逐層構建組件。整個過程只需幾個步驟，從計算機建模到使用SLM設備以最少的機械設備直接生產。與傳統的雙極板成型方法相比，SLM板大大簡化了制造過程，并有助于降低成本。

316L不銹鋼具有優良的機械強度、耐腐蝕性、氣密性、高導電性、制造簡單、成本低等優點，是雙極板的常用候選材料。由于其高強度，可以形成極薄的板材（厚度小于0.1 mm），這是一個重要優勢，尤其對于質量和體積至關重要的運輸應用中。傳統金屬雙極板的制造工藝，如沖壓、鑄造和液壓成形，通常會在雙極板上產生不同程度的變形。雙極板作為電池組的骨架，在組裝和使用過程中也會不可避免地發生變形，這些變化最終會影響其在PEMFC環境中的耐腐蝕性。人們廣泛研究了冷變形對常規奧氏體不銹鋼組織演變和耐蝕性的影響；然而，SLM 不銹鋼的微觀結構與其他材料有很大不同?？偟膩碚f，SLMed 316L SS在變形過程中相對穩定，這是因為在晶胞結構邊界處存在強烈的位錯捕獲和保留機制。此外，表面高密度的大角度晶界（HAGB）會阻礙位錯流動速率，促進位錯堆積。SLMed 316不銹鋼主要由面心立方奧氏體相組成。Beak等人的研究表明，盡管施加變形嚴重，增材制造304不銹鋼中并未發生從奧氏體到馬氏體的應變誘導轉變。然而，大變形水平條件下，馬氏體相變仍發生（變形量69%）。也發現SLMed 316L不銹鋼在室溫下幾乎沒有馬氏體相變，而變形溫度降低(?196°C）時，由于層錯能的降低，產生了應變誘發馬氏體。SLM過程中形成的晶?？棙媽?alpha;′馬氏體相變有顯著影響。

復雜的變形機制導致SLM不銹鋼冷變形后的微觀結構發生變化，從而影響其在溶液中的耐蝕性。首先，由于SLM 316L不銹鋼的高凝固速率，幾乎難以觀察到MnS夾雜物；也就是說，在SLM過程中，這些二次元素沒有時間擴散和沉淀成夾雜物；因此，SLM材料的耐腐蝕性得到了提高。其次，SLM 不銹鋼中不可避免地存在孔隙，但它們對其耐腐蝕性的影響尚不清楚。第三，晶界和相界對晶間腐蝕和點蝕有很大影響，后者涉及晶界處的沉淀和元素偏析。第四，SLM產生的獨特子界面表現出一定的影響，例如熔池邊界、重熔區、變形孿晶（DTs）和胞狀結構。它們對不銹鋼腐蝕行為的影響是復雜且有爭議的。迄今為止，SLM不銹鋼在冷變形過程中的微觀結構演變尚未完全闡明，也沒有研究SLM不銹鋼在變形過程中的腐蝕行為。

基于此，北京科技大學鋼鐵冶金新技術國家重點實驗室和新材料技術研究院采用掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、能譜儀（EDS）和電子背散射衍射儀（EBSD）對不同變形程度的SLMed 316L不銹鋼的微觀結構進行了表征。通過動電位極化、電化學阻抗譜（EIS）和Mott-Schottky研究了鈍化膜的腐蝕行為和半導體特性。用X射線光電子能譜（XPS）對鈍化膜的組成進行了定性研究。最后，從薄膜的角度討論了亞晶界、孿晶界和位錯對SLMed 316L不銹鋼腐蝕行為的影響。相關研究結果以題“Effect of cold deformation on corrosion behavior of selective laser melted 316L stainless steel bipolar plates in a simulated environment for proton exchange membrane fuel cells ”發表在腐蝕頂刊《Corrsion Science》上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110257

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