Effect of Brazing Parameters on the Organization and Mechanical Properties of Brazed Joints of SOFC Metal Connectors

WU Biao; KOU Zhun; DANG Siyuan; LIU Teng; WANG Xiaochun

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.11

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Effect of Brazing Parameters on the Organization and Mechanical Properties of Brazed Joints of SOFC Metal Connectors
Vol. 55, Issue 4, Pages: 81-89(2025)
Received：10 October 2024，

Revised：2024-11-21，

Published：20 April 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.11
稿件说明：

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吴标，寇准，党思远，等.钎焊参数对SOFC金属连接体钎焊接头组织与力学性能的影响［J］.电焊机，2025，55（4）：81-89. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.11.

WU Biao, KOU Zhun, DANG Siyuan, et al.Effect of Brazing Parameters on the Organization and Mechanical Properties of Brazed Joints of SOFC Metal Connectors[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(4): 81-89. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.11.

摘要

为了提高固体氧化物燃料电池（SOFC）堆的装配效率和可靠性，研究了不同钎焊参数对Fe-Cr17不锈钢金属连接体钎焊接头组织与力学性能的影响。采用丝网印刷技术在Fe-Cr17不锈钢表面印刷BNi-5镍基钎料，并在H

气氛中进行高温钎焊，研究了H

流量、钎焊温度、保温时间及焊缝厚度对Fe-Cr17不锈钢钎焊接头微观结构、扩散层以及力学性能的影响。结果表明，钎料与Fe-Cr17不锈钢在焊缝界面处易形成等温凝固区，接头组织主要是Ni-Cr-Fe固溶体；在焊缝中心位置易形成非等温

凝固区，接头组织为连续共晶与脆性金属化合物；当H

流量为10 SLM，钎焊温度为1 190 ℃，保温时间为30 min，焊缝厚度为80 μm时，钎焊接头组织均匀致密，无脆性化合物及孔洞等缺陷，接头最大剪切强度可达到436.76 MPa，剪切模式为韧面撕裂，接头界面结合牢固可靠，可以应用于固体氧化物电堆中金属连接体装配。

Abstract

The brazing process of metal connectors can effectively simplify the assembly process of solid oxide fuel cell stack

reduce the assembly error and improve the assembly efficiency. In this paper

the screen printing technology is used to print brazing material on the surface of Fe-Cr17 stainless steel metal connectors and then placed in H

atmosphere for high temperature brazing

and the effects of H

flow rate

brazing temperature

holding time and weld gap on the microstructure

diffusion layer and mechanical properties of Fe-Cr17 stainless steel brazed joints are investigated. The results show that the brazing material and Fe-Cr17 stainless steel are easy to form ISZ at the weld interface

and the joint organization is mainly Ni-Cr-Fe solid solution; in the center of the weld is easy to form ASZ

and the joint organization is continuous eutectic and brittle metal compounds; Test surface when the H

flow rate of 10SLM

brazing temperature of 1190 ℃

holding time for 30min

weld thickness of 80μm

the joint tissue distribution uniform and dense

no brittle compounds and holes and other defects

the joint maximum shear strength of 436.76MPa

the shear mode of tough surface tearing

the joint interface bonding is strong and reliable

and can be applied to the metal in the solid-oxide power stacks. The joint interface is strong and reliable

and can be applied to the assembly of metal connectors in solid oxide power reactors.

关键词

Keywords

references

刘琨，黄辉，陈曦，等 . 低温固体氧化物燃料电池发展及应用［J］. 稀土， 2024 （ 03 ）： 135 - 142 .

LIU K ， HUANG H ， CHEN X ， et al . Development and Application of Low Temperature Solid Oxide Fuel Cell ［J］. Chinese Rare Earths ， 2024 （ 03 ）： 135 - 142 .

GANDIGLIO M ， MAROCCO P ， NIEMINEN A ， et al . Energy and environmental performance from field operation of commercial-scale SOFC systems ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2024 ， 85 ： 997 - 1009 .

ETTALIBI O ， BOUMERIAME H ， ACHAK O ， et al . Advanced electrolyte materials based on natural minerals for low- temperature solid oxide fuel cells applications ［J］. Fuel ， 2024 ， 377 ： 132848 .

YANG Z G . Recent advances in metallic interconnects for solid oxide fuel cells ［J］. International Materials Reviews ， 2008 ， 53 （ 1 ）： 39 - 54 .

刘聚 . 固体氧化物燃料电池金属连接体材料高温氧化性能研究［D］. 北京：华北电力大学（北京）， 2023 .

LIU J . High temperature oxidation performance of metal connectors for solid oxide fuel cells ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2023 .

蒲健，华斌，杨杰，等 . SOFC金属连接体材料的高温氧化和导电性能［J］. 钢铁研究学报， 2007 （ 10 ）： 34 - 39 .

PU J ， HUA B ， YANG J ， et al . Oxidation Kinetics and Electrical Conductivity of Heat Resistant Alloys Used as SOFC Metallic interconnects ［J］. Journal of Iron and Steel Research ， 2007 （ 10 ）： 34 - 39 .

游彭飞 . SOFC铁素体不锈钢连接体用NiFe2O4基涂层的制备与高温性能［D］. 安徽：中国科学技术大学， 2018 .

YOU P F . Preparation and high temperature performances of NiFe2O4 spinel coating for ferritic stainless steel ［D］. Anhui ： University of Science and Technology of China ， 2018 .

周文龙 . 3YSZ陶瓷与Crofer22H不锈钢空气反应钎焊工艺及机理研究［D］. 黑龙江：哈尔滨工业大学， 2021 .

ZHOU W L . Reactive air brazing process and mechanism of 3YSZ ceramics and Crofer22H srainless steel ［D］. Heilongjiang ： Harbin Institute of Technology ， 2021 .

石浩江，颜家振，李宁，等 . Ag-Cu钎料真空钎焊FeCrMo/MnCu阻尼合金钎焊接头的组织及性能研究［J］. 热加工工艺， 2019 （ 13 ）： 50 - 53 .

SHI H J ， YAN J Z ， LI N ， et al . Study on Microstructure and Performance of FeCrMo/MnCu Damping Alloy Brazed Joint by Vacuum Brazing Using Ag-Cu Filler Metal ［J］. Hot Working Technology ， 2019 （ 13 ）： 50 - 53 .

田晓羽，张志伟，周晨，等 . 钎焊温度对BNi-2非晶钎料钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢组织和性能的影响［J］. 焊接学报， 2024 （ 06 ）： 61 - 67 .

TIAN X Y ， ZHANG Z W ， ZHOU C ， et al . Effect of brazing temperature on microstructure and properties of1Cr18Ni9Ti stainless steel brazed by amorphous BNi-2 filler ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2024 （ 06 ）： 61 - 67 .

师伟伟，谢斌 . 利用X光无损检测SOFC金属封接的试验研究［J］. 中国科学技术大学学报， 2017 ， 47 （ 12 ）： 1002 - 1005 .

SHI W W，XIE B， Study on X-ray nondestructive testing of SOFC metal brazing ［J］. Journal of University of Science and Technology of China ， 2017 ， 47 （ 12 ）： 1002 - 1005 .

Kim J Y ， Hardy J S ， Weil K S . Novel Metal-Ceramic Joining for Planar SOFCs ［J］. Journal of the Electrochemical Society ， 2005 ： 152 - 156 .

张启运，庄鸿寿 . 钎焊手册第3版［M］. 北京：机械工业出版社， 2008 ： 183 - 184 .

谷海明，唐新华 . 不锈钢真空钎焊工艺特点及其应用［J］. 热加工工艺， 2011 （ 23 ）： 164 - 167 .

GU H M ， TANG X H . Process Characteristics of Vacuum Brazing for Stainless Steel and lts Application ［J］. Hot Working Technology ， 2011 （ 23 ）： 164 - 167 .

马壮 . TiAl/GH4169异质高温合金真空钎焊工艺及接头组织性能研究［D］. 河南：河南农业大学， 2024 .

MA Z . Research on vacuum brazing process of TiAl/GH4169 heterogeneous super alloys and microstructure and mechanical properties ［D］. Henan ： Henan Agricultural University ， 2024 .

赵公祥 . BNi5镍基钎料真空钎焊316L不锈钢接头组织性能研究［D］. 上海：上海交通大学， 2019 .

ZHAO G X . Study on microstructures and properties of 316L stainless steel joint vacuum brazing with BNi5 nickel-based filler metal ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University ， 2019 .

于治水，祁凯，李瑞峰，等 . BNi-2+BNi-5复合钎料钎焊不锈钢填缝能力及其组织性能研究［J］. 热加工工艺， 2009 （ 03 ）： 111 - 113 .

YU Z S ， QI K ， LI R F ， et al . Study on Clearance Filling Ability and Interfacial Structure of 316L Stainless Steel Brazed joint Using BNi-2+BNi-5 Composite Filler ［J］. Hot Working Technology ， 2009 （ 03 ）： 111 - 113 .

张冠星，张雷，沈元勋，等 . 感应钎焊工艺对钎缝组织和性能的影响［J］. 焊接， 2020 （ 07 ）： 30 - 34 .

ZHANG G X ， ZHANG L ， SHEN Y X ， et al . Effect of induction brazing process on microstructure and properties of brazing seam ［J］. Welding & Joining ， 2020 （ 07 ）： 30 - 34 .

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