机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (10): 189-200.doi: 10.3901/JME.260170
• 材料科学与工程 • 上一篇
张鹏1,2,3, 朱学卫2,3,4, 任忠凯2,3,4, 刘文文2,3,4, 于保洋1,2,3, 田芸睿5, 李玉新5, 赵春江6
ZHANG Peng1,2,3, ZHU Xuewei2,3,4, REN Zhongkai2,3,4, LIU Wenwen2,3,4, YU Baoyang1,2,3, TIAN Yunrui5, LI Yuxin5, ZHAO Chunjiang6
摘要: 传统金属双极板成形工艺存在模具寿命低及成形件表面质量差等问题。基于自搭建装置,采用热气胀成形技术开展304不锈钢燃料电池双极板微流道成形。结合实验和数值模拟,研究成形压力、成形温度和热处理工艺对成形深度、典型位置厚度分布及微观组织演变的影响机制,基于材料的成形极限图,预测板料的易断裂区域。研究结果表明:热处理引起的晶粒静态再结晶可显著提升材料延展性并降低屈强比,从而提升燃料电池双极板微流道的成形深度,改善局部破裂现象。热处理后,微流道的最大成形深度达到1 250.46 μm,而热处理前仅为587.68 μm,轮廓填充率也从43.61%提升到92.21%。热处理后,微流道侧壁和底部位置出现显著减薄,易断裂区域从上圆角转移至流道底部,热气胀成形流道与模具接触侧粗糙度大于非接触侧。上圆角区域的晶粒沿材料流动方向的切向发生拉伸和旋转。实验与数值模拟结果在流道典型位置厚度和成形深度方面的误差均小于5.5%,数值模拟结果可靠性较高。研究结果为不锈钢双极板热气胀成形提供了工艺基础与理论依据。
中图分类号: