燃料电池用隔板的制造方法以及制造装置制造方法及图纸

一种燃料电池用隔板的制造方法以及制造装置。制造方法：准备工序，准备在至少一部分的表面具有钝化膜的金属制的基材；以及氧化钛膜形成工序，在85～92.5体积％的氮气氛下的室内，使用将包含钛的原料溶液以及氩气一同喷射的第一喷射单元，对金属制的基材的表面进行大气压等离子体处理。制造装置具有：输送单元，对在至少一部分的表面具有钝化膜的金属制的基材进行输送；85～92.5体积％的氮气氛下的处理室，供由输送单元输送的金属制的基材以能够通过的方式配置；以及第一喷射单元，在处理室内沿着金属制的基材的通过方向配置，一同喷射包含钛的原料溶液以及氩气而用于进行大气压等离子体处理。

Manufacturing method and device of separator for fuel cell

The invention relates to a manufacturing method and a manufacturing device of a separator for a fuel cell. Manufacturing method: the preparation process is to prepare a metal substrate with a passivation film on at least a part of the surface; and the titanium oxide film formation process. In the room under the nitrogen atmosphere of 85-92.5% by volume, the surface of the metal substrate is treated by atmospheric pressure plasma using the first spraying unit that sprays the titanium containing raw material solution and argon together. The manufacturing device has: a conveying unit for conveying the metal base material with a passivation film on at least a part of the surface; a processing chamber in a nitrogen atmosphere of 85-92.5% by volume for the metal base material conveyed by the conveying unit to be configured in a way that can pass through; and a first spraying unit which is configured in the processing chamber along the passing direction of the metal base material to spray the package together The raw material solution containing titanium and argon are used for atmospheric pressure plasma treatment.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池用隔板的制造方法以及制造装置
本专利技术涉及燃料电池用隔板的制造方法以及制造装置。
技术介绍
燃料电池通过使氢与氧进行电化学反应而得到电动势。伴随燃料电池的发电而产生的生成物原理上仅为水。因此，作为几乎不存在对地球环境产生负担的清洁发电系统受到瞩目。燃料电池以在电解质膜的两面配置有电极催化剂层的膜电极接合体(以下，也记载为“MEA”)为基本单位而构成。在燃料电池的运转时，将包含氢的燃料气体向阳极(燃料极)侧的电极催化剂层供给，将包含氧的氧化气体向阴极(空气极)侧的电极催化剂层供给，从而得到电动势。在阳极上进行氧化反应，在阴极上进行还原反应，并向外部电路供给电动势。在燃料电池中，通常情况下在MEA的各电极催化剂层的外侧配置有气体扩散层，在气体扩散层的外侧还配置有隔板，从而构成燃料电池单电池。燃料电池通常基于希望的电力，作为需要的多个燃料电池单电池的组合(以下，也记载为“燃料电池组”)来使用。燃料电池用隔板可能与通过燃料电池的反应产生的水、以及负担电荷移动的氢离子(H+)接触。因此，燃料电池用隔板需要较高的导电性以及耐腐蚀性。因此，作为燃料电池用隔板，通常使用碳或者金属制材料。作为耐腐蚀性优良的金属制材料，能够举出不锈钢。然而，不锈钢通常情况下在其表面存在钝化膜，因此导电性较低。因此，开发了使不锈钢的表面的导电性以及耐腐蚀性提高的技术。例如，专利文献1记载了一种构造件的防腐方法，是提高构造件(X)的防腐性的方法，其特征在于，将对TiO2添加0.01～0.2重量％的Nb等5价的元素所得的材料作为热喷镀材，通过等离子体热喷镀法、大气压等离子体喷涂法，向构造件的表面进行热喷镀而成膜。该文献记载了能够将不锈钢用作构造件X的内容。另外，该文献还记载了如下内容：将热喷镀材变成水雾状所得的材料向等离子体产生单元供给而作为等离子体流，在大气气氛下使其热喷镀附着于构造件X的表面，从而形成钛氧化物半导体层Y。专利文献2记载了一种高氮固溶体不锈钢，其特征在于，通过等离子体氮化处理使氮以高浓度固溶于不锈钢的表面，从而在表面部位形成基于相变的氮化层。专利文献3记载了一种低温型燃料电池用隔板，将由规定的成分构成的奥氏体不锈钢、或者由规定的成分构成的奥氏体·铁素体不锈钢作为基材，在其表面形成主要由TiO2构成的导电性的氧化钛的包覆层，上述低温型燃料电池用隔板的特征在于，该包覆层含有用于赋予导电性的杂质，其体积电阻率被调整为102Ω·m以下。作为将不锈钢的表面的钝化膜除去来制造燃料电池用隔板的技术，例如专利文献4记载了一种钝态金属表面的对碳的低接触电阻化表面处理法，其特征在于，通过附着有贵金属的研磨材料对钝态金属进行研磨，从而在除去了表面氧化皮膜后立即使贵金属附着于该钝态金属。专利文献5记载了一种燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，具备：将金属制的材料板形成为凹凸状截面的冲压成形工序；和仅在形成为上述凹凸状截面的上述材料板的凸部镀覆导电性金属的镀覆工序，使保持有包含上述导电性金属的离子的镀液的镀液保持件仅与上述凸部接触，并在该镀液保持材与上述材料板之间以规定的电流密度(平均电流密度5～26A/dm2除外)进行通电，从而进行上述镀覆工序，并且在上述材料板的表面产生氢而利用该氢将形成于上述材料板的表面的钝态被膜还原，同时在上述材料板镀覆上述导电性金属。另外，作为不锈钢的表面处理技术，例如专利文献6记载了一种原子炉构造件，配置于原子炉冷却水(R)的内部，上述原子炉构造件的特征在于，在暴露于放射光的照射气氛的构造件(X)的表面配置有氧欠缺构造的钛氧化物半导体层(Y)。该文献记载了能够使用SUS304不锈钢作为构造件(X)的内容。专利文献1：日本特开平9-324253号公报专利文献2：日本特开2015-161011号公报专利文献3：日本专利第3980166号公报专利文献4：日本特开2002-134128号公报专利文献5：日本专利第5580444号公报专利文献6：日本特开平8-201578号公报如上述那样，公知有使耐腐蚀性优良的不锈钢那样的金属制的基材的表面的导电性以及耐腐蚀性提高的技术。然而，在这些技术中，存在一些课题。例如，如专利文献1所记载的方法那样，在不锈钢的表面在大气气氛下形成了钛氧化物膜的情况下，所得的材料的导电性较低。该原因是因为在所形成的钛氧化物膜与不锈钢之间存在钝化膜(自然氧化膜)。针对这样的课题，公知有在将金属制的基材的表面的钝化膜除去后，形成导电性的膜的技术(例如，专利文献4以及5)。然而，即便将金属制的基材的表面的钝化膜除去，也有可能在到形成导电性的膜为止的期间，金属制的基材的表面发生自然氧化而再次形成钝化膜。因此，存在即便实施金属制的基材的表面的钝化膜的除去，也无法得到充分的导电性的课题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种在能够用作燃料电池用隔板的金属制的基材中，实质抑制由自然氧化引起的金属制的基材的表面上的钝化膜的形成，并提高该金属制的基材的表面的导电性的单元。本专利技术人对用于解决上述课题的单元进行了各种研究。本专利技术人发现了如下事实：在规定浓度的氮气氛下的室内，通过包含钛的原料溶液对金属制的基材的表面进行大气压等离子体处理，从而与在大气气氛下进行大气压等离子体处理的情况相比，得到具有更高导电性的表面被膜的金属制的基材。另外，本专利技术人还发现了如下事实：通过上述方法得到的具有表面被膜的金属制的基材的表面被膜的紧贴性较高。本专利技术人基于上述见解而完成了本专利技术。即，本专利技术包括以下的方式以及实施方式。(1)一种燃料电池用隔板的制造方法，其中，包括：准备工序，准备在至少一部分的表面具有钝化膜的金属制的基材；和氧化钛膜形成工序，在85～92.5体积％的氮气氛下的室内，使用将包含钛的原料溶液以及氩气一同喷射的第一喷射单元，对金属制的基材的表面进行大气压等离子体处理。(2)根据上述实施方式(1)所记载的方法，其中，在氧化钛膜形成工序之前还包括氮化处理工序，在该氮化处理工序中，在使用第一喷射单元的室内，使用喷射氮气的第二喷射单元，对金属制的基材的表面进行大气压等离子体处理，从而对该金属制的基材的至少一部分的表面的钝化膜进行氮化处理。(3)根据上述实施方式(1)或(2)所记载的方法，其中，金属制的基材为不锈钢。(4)根据上述实施方式(1)～(3)中任一项所记载的方法，其中，包含钛的原料溶液包含三价钛化合物。(5)一种燃料电池用隔板的制造装置，其中，具有：输送单元，对在至少一部分的表面具有钝化膜的金属制的基材进行输送；85～92.5体积％的氮气氛下的处理室，其中，由输送单元输送的金属制的基材以能够通过的方式配置；以及第一喷射单元，在处理室内沿着金属制的基材的通过方向配置，一同喷射包含钛的原料溶液以及氩气而用于进行大气压等离子体处理。(6)根据上述实施方式(5)所记载的装置，其中，还具有第二喷射单元，该第二喷射单元在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池用隔板的制造方法，其中，包括：/n准备工序，准备在至少一部分的表面具有钝化膜的金属制的基材；和/n氧化钛膜形成工序，在85～92.5体积％的氮气氛下的室内，使用将包含钛的原料溶液以及氩气一同喷射的第一喷射单元，对金属制的基材的表面进行大气压等离子体处理。/n

【技术特征摘要】
20180518 JP 2018-0961801.一种燃料电池用隔板的制造方法，其中，包括：
准备工序，准备在至少一部分的表面具有钝化膜的金属制的基材；和
氧化钛膜形成工序，在85～92.5体积％的氮气氛下的室内，使用将包含钛的原料溶液以及氩气一同喷射的第一喷射单元，对金属制的基材的表面进行大气压等离子体处理。


2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板的制造方法，其中，
在氧化钛膜形成工序之前还包括氮化处理工序，在该氮化处理工序中，在使用第一喷射单元的室内，使用喷射氮气的第二喷射单元，对金属制的基材的表面进行大气压等离子体处理，从而对该金属制的基材的至少一部分的表面的钝化膜进行氮化处理。


3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用隔板的制造方法，其中，
金属制的基材为不锈钢。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池用隔板的制造方法，其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：高田智司，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP