多因素耦合作用下固体氧化物燃料电池自适应密封钎焊残余应力研究

随着对能源和节能减排技术的需求日增，固体氧化物燃料电池越来越多地运用在大型电站、分布式供电、军事等领域。燃料电池在高温、氢、氧等恶劣环境下工作，密封技术一直是制约其商业化应用的瓶颈问题。本项目以平板式固体氧化物燃料电池钎焊自适应密封残余应力作为研究对象，进行制造过程的仿真与试验研究。建立应力-氧化-扩散-蠕变-热弹塑性多因素耦合的本构模型，开发与ABAQUS软件连接的子程序，基于有限元法，分析固体氧化物燃料电池自适应密封在高温钎焊过程中产生的残余应力。研究应力、氧化、扩散、蠕变等因素之间的交互作用对残余应力的影响机理。发展逐层钻孔法，采用高速钻削和微米级进给技术，测试自适应密封多层结构沿厚度分布的残余应力，验证有限元模型的正确性。通过计算与试验研究，讨论工艺参数对残余应力、微观组织和力学性能的影响规律，优化钎焊工艺，制定平板式固体氧化物燃料电池柔性自适应密封高温钎焊技术规范。

固体氧化物燃料电池作为一种新能源设备，近十年得到迅速发展。但目前尚未实现工业化应用，主要原因在于高温密封问题没有得到很好的解决。本项目提出了一种钎焊自适应密封方法，但在制造过程中不可避免产生残余应力，对结构完整性产生很大影响。本项目以平板式固体氧化物燃料电池钎焊自适应密封残余应力作为研究对象，进行制造过程的仿真与试验研究。建立应力-氧化-扩散-蠕变-热弹塑性多因素耦合的本构模型，开发与ABAQUS软件连接的子程序，基于有限元法，分析固体氧化物燃料电池自适应密封在高温钎焊过程中产生的残余应力。研究应力、氧化、扩散、蠕变等因素之间的交互作用对残余应力的影响机理。采用中子衍射测试多层结构沿厚度分布的残余应力，验证有限元模型的正确性。研究工艺参数对残余应力、微观组织和力学性能的影响规律，优化了制造工艺与结构尺寸。