Cu含量对316奥氏体不锈钢组织与性能的影响

通过感应熔炼制备出了Cu元素含量不同的316不锈钢，通过扫描电镜(SEM)、透射电镜以及力学试验机等手段，研究了316不锈钢的显微组织以及力学性能。结果表明：随着铜含量的增加，合金强度先上升后下降，塑性也表现出相同的趋势。研究结果表明当铜含量为0.3%的时候，其综合性能达到最佳，硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为252 HV、612 MPa、332 Mpa以及41%。通过TEM观察发现，随着Cu含量的不断增加，Cu逐渐富集在晶界处。

为了减少CO2 等温室气体的排放，我国工信部已经启动研究传统燃油车的推出时间表，并提出了双积分制度来迫使车企生产出新能源汽车。质子交换膜(PEM)燃料电池由于其高功率密度，紧凑的尺寸和快速启动而作为电动汽车的潜在动力源引起了人们的广泛的兴趣[1]。

双极板(BPP)是PEM 燃料电池的主要组成部分之一， 占燃料电池组总重量的4%和45%。

目前正在考虑三种常见类型的双极板材料：石墨，聚合物–碳复合材料和薄金属板[2]。传统的双极板由石墨制成， 但是高成本，易脆性，厚度不易降低和高总重量对它们在大规模生产中的使用提出了挑战。与石墨双极板相比，压缩或注塑聚合物–碳复合材料双极板制造成本更低且制造周期更短[3]。然而，与石墨BPP 相比， 它们具有较低的电导率， 并且该双极板的工作温度区间有限。

一种替代方案是薄的金属双极板[4] [5]， 其具有优异的导电性，重量轻，高强度和降低的制造成本以及优异的机械性能。其中316 不锈钢是其中的最佳选择[6] [7]。

在目前的工作中， 通过感应熔炼制备出了合金成分不同的316 奥氏体不锈钢， 并详细研究了Cu 元素含量不同对于316 不锈钢(316SS)力学性能以及腐蚀性能的影响，阐明了合金成分和碳化物对合金力学性能以及腐蚀性能的影响机制。

2. 实验材料及方法 本实验以316L 粉作为基础，探究Cu 元素添加对合金性能的影响。

首先将高碳铬铁、316L 粉以及Cu 粉作为主要原料，混合均匀后，经压制成型后采用真空中频感应熔炼炉进行熔炼，加入少量钛块进行脱氧，所加Cu 粉含量占总质量的0.1%~0.5%。316 不锈钢化学成分如表1 所示。

其中316L 粉由Sandvik Osprey 公司提供，高碳铬铁由汇广金属有限公司提供，Cu 粉由河北江钻焊接材料有限公司提供。