導(dǎo)讀：本文研究了在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)陰極環(huán)境中，冷變形對(duì)激光選區(qū)熔化(SLMed)316L不銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)演變和腐蝕行為的影響。結(jié)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(xì)化亞晶粒，形成了穩(wěn)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(wěn)定性，從而降低了耐腐蝕性。

質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是最有前途的清潔能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之一，具有高效率發(fā)電和充分利用可再生能源的巨大潛力，因此已成為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和其他電池的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。雙極板是PEMFC的關(guān)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(shí)也是不同電解質(zhì)的分離器。此外，雙極板具有復(fù)雜的流場(chǎng)，通過優(yōu)化表面流場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的均勻分布。因此，雙極板所需的各種功能需要一系列復(fù)雜的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。遺憾的是，由于材料浪費(fèi)和制造復(fù)雜流道的挑戰(zhàn)性，傳統(tǒng)的成型和切割工藝無法提供許多改進(jìn)。作為替代方案，激光選區(qū)熔化（SLM）制造技術(shù)的使用與雙極板制造非常兼容，例如近凈形狀生產(chǎn)、低生產(chǎn)時(shí)間、高材料利用率，以及幾乎沒有幾何收縮。SLM根據(jù)其計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型逐層構(gòu)建組件。整個(gè)過程只需幾個(gè)步驟，從計(jì)算機(jī)建模到使用SLM設(shè)備以最少的機(jī)械設(shè)備直接生產(chǎn)。與傳統(tǒng)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(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、氣密性、高導(dǎo)電性、制造簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是雙極板的常用候選材料。由于其高強(qiáng)度，可以形成極薄的板材（厚度小于0.1 mm），這是一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，尤其對(duì)于質(zhì)量和體積至關(guān)重要的運(yùn)輸應(yīng)用中。傳統(tǒng)金屬雙極板的制造工藝，如沖壓、鑄造和液壓成形，通常會(huì)在雙極板上產(chǎn)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(huì)不可避免地發(fā)生變形，這些變化最終會(huì)影響其在PEMFC環(huán)境中的耐腐蝕性。人們廣泛研究了冷變形對(duì)常規(guī)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(jié)構(gòu)與其他材料有很大不同。總的來說，SLMed 316L SS在變形過程中相對(duì)穩(wěn)定，這是因?yàn)樵诰ОY(jié)構(gòu)邊界處存在強(qiáng)烈的位錯(cuò)捕獲和保留機(jī)制。此外，表面高密度的大角度晶界（HAGB）會(huì)阻礙位錯(cuò)流動(dòng)速率，促進(jìn)位錯(cuò)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(yán)重，增材制造304不銹鋼中并未發(fā)生從奧氏體到馬氏體的應(yīng)變誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變。然而，大變形水平條件下，馬氏體相變?nèi)园l(fā)生（變形量69%）。也發(fā)現(xiàn)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(shí)，由于層錯(cuò)能的降低，產(chǎn)生了應(yīng)變誘發(fā)馬氏體。SLM過程中形成的晶粒織構(gòu)對(duì)α′馬氏體相變有顯著影響。

復(fù)雜的變形機(jī)制導(dǎo)致SLM不銹鋼冷變形后的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)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(shí)間擴(kuò)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(duì)其耐腐蝕性的影響尚不清楚。第三，晶界和相界對(duì)晶間腐蝕和點(diǎn)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(chǎn)生的獨(dú)特子界面表現(xiàn)出一定的影響，例如熔池邊界、重熔區(qū)、變形孿晶（DTs）和胞狀結(jié)構(gòu)。它們對(duì)不銹鋼腐蝕行為的影響是復(fù)雜且有爭(zhēng)議的。迄今為止，SLM不銹鋼在冷變形過程中的微觀結(jié)構(gòu)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(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和新材料技術(shù)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(duì)不同變形程度的SLMed 316L不銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。通過動(dòng)電位極化、電化學(xué)阻抗譜（EIS）和Mott-Schottky研究了鈍化膜的腐蝕行為和半導(dǎo)體特性。用X射線光電子能譜（XPS）對(duì)鈍化膜的組成進(jìn)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(cuò)對(duì)SLMed 316L不銹鋼腐蝕行為的影響。相關(guān)研究結(jié)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(fā)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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