钛基材、钛基材的制造方法及水电解用电极、水电解装置制造方法及图纸

本发明专利技术的钛基材具有由钛或钛合金构成的基材主体，在该基材主体的表面形成有马格涅利相氧化钛皮膜，所述马格涅利相氧化钛皮膜由以化学式Ti

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钛基材、钛基材的制造方法及水电解用电极、水电解装置
本专利技术涉及一种导电性及耐腐蚀性优异的钛基材、钛基材的制造方法及由该钛基材构成的水电解用电极、水电解装置。本申请主张基于2018年3月12日在日本申请的专利申请2018-044659号、2019年3月8日在日本申请的专利申请2019-042773号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
由钛或钛合金构成的钛基材例如如专利文献1所示，用于在电极等通电部件中也尤其要求耐氧化性(耐腐蚀性)的用途。然而，例如固体高分子型燃料电池(PEFC)的阴极电极、水电解装置的阳极电极、面向锂离子电池或锂离子电容器的电极材料等在高电位、存在氧、强酸性气氛等严酷的腐蚀环境下使用时，无法说耐腐蚀性充分，导致使用时在钛基材的表面形成绝缘性的TiO2膜，存在作为电极等通电部件的性能劣化的问题。因此，例如专利文献2中提出了如下的基材：在由铝、镍或者钛构成的基材的表面形成金及铂等贵金属皮膜，由此在确保导电性的情况下提高耐腐蚀性。并且，专利文献3中提出了在钛或钛合金的表面形成有不会出现TiO2的X射线衍射峰的氧化被膜的钛材料。而且，专利文献4中提出了如下的基材：在由纯钛或者钛合金构成的钛材料的表面具有氧与钛的原子浓度比(O/Ti)为0.3以上且1.7以下的氧化钛层，并在该氧化钛层上形成有包含选自Au、Pt、Pd的至少一种贵金属的合金层。专利文献1：日本特开2003-226992号公报专利文献2：日本特开2010-135316号公报专利文献3：日本专利第5831670号公报专利文献4：日本特开2010-236083号公报非专利文献1：TsutomuIoroiet；StabilityofCorrosion-ResistantMagneli-PhaseTi4O7-SupportedPEMFCCatalystsHighPotentials,“JournalofTheElectrochemicalSociety”,155(4)B321-B326(2008)(TsutomuIoroi等；耐腐蚀的马格涅利相Ti4O7负载的PEMFC催化剂高电势的稳定性，《电化学学会杂志》，155(4)B321-B326(2008))如专利文献2及专利文献4所示那样形成贵金属皮膜时，会导致极大地增加成本，无法广泛使用。并且，在专利文献3中记载的氧化被膜中，导电性及耐腐蚀性不充分，因此无法用作在严酷的环境下使用的部件。在此，作为导电性及耐腐蚀性优异的材料，可举出以化学式TinO2n-1(4≤n≤10)表示的马格涅利相(magneliphase)氧化钛。在该马格涅利相氧化钛中，具有与TiO2同等的耐腐蚀性，并且具有与石墨同等的导电性。作为以往的马格涅利相氧化钛，例如如非专利文献1所示，提供有通过在高温下对TiO2进行还原的热还原法制造的粉末形状的马格涅利相氧化钛。然而，在由钛或钛合金构成的基材的表面形成TiO2来进行热还原时，氧扩散到基材侧，基材本身氧化而导致导电性等特性劣化。因此，尚未提供具有马格涅利相氧化钛被膜的钛基材等。
技术实现思路
本专利技术是以如以上的情况为背景而完成的，其目的在于提供一种导电性及耐腐蚀性尤其优异，在严酷的腐蚀环境下也能够使用的钛基材、钛基材的制造方法及由该钛基材构成的水电解用电极、水电解装置。为了解决这种课题并实现所述目的，本专利技术的钛基材的特征在于，具有由钛或钛合金构成的基材主体，在该基材主体的表面形成有马格涅利相氧化钛皮膜，所述马格涅利相氧化钛皮膜由以化学式TinO2n-1(4≤n≤10)表示的马格涅利相氧化钛构成。根据该结构的钛基材，在由钛或钛合金构成的基材主体的表面形成有由以化学式TinO2n-1(4≤n≤10)表示的马格涅利相氧化钛构成的马格涅利相氧化钛皮膜，因此导电性及耐腐蚀性尤其优异。因此，在高电位、存在氧、强酸性气氛等严酷的腐蚀环境下也能够用作电极等通电部件。在此，本专利技术的钛基材中，优选所述马格涅利相氧化钛皮膜含有Ti4O7及Ti5O9中的至少一个或两个。此时，所述马格涅利相氧化钛皮膜含有导电性及耐腐蚀性尤其优异的Ti4O7及Ti5O9中的至少一个或两个，因此尤其适合作为在高电位、存在氧、强酸性气氛等严酷的腐蚀环境下使用的通电部件。并且，本专利技术的钛基材中，优选所述马格涅利相氧化钛皮膜的膜厚设在0.1μm以上且30μm以下的范围内。此时，所述马格涅利相氧化钛皮膜的膜厚设为0.1μm以上，因此能够确保充分的耐腐蚀性。另一方面，所述马格涅利相氧化钛皮膜的膜厚设为30μm以下，因此能够作为钛基材确保充分的导电性。并且，不使用Ti基材而整个电极由马格涅利相氧化钛构成的氧化物电极中，作为电极的强度并不充分。而且，本专利技术的钛基材中，优选所述基材主体设为气孔率在30％以上且97％以下的范围内的多孔体。此时，由钛或钛合金构成的基材主体设为多孔体，其气孔率设为30％以上，因此比表面积变大，能够促进钛基材的表面上的反应。并且，能够有效地排除因反应而生成的气体。另一方面，所述基材主体的气孔率设为97％以下，因此能够确保基材主体的强度。并且，本专利技术的钛基材中，优选所述马格涅利相氧化钛皮膜具有多孔结构。此时，电极的比表面积进一步提高，能够广泛提供电极的反应场。本专利技术的钛基材的制造方法的特征在于，为上述钛基材的制造方法，所述钛基材的制造方法包括：TiO2皮膜形成工序，在由钛或钛合金构成的基材主体的表面形成TiO2皮膜；及还原处理工序，通过微波等离子体还原法对形成于所述基材主体的表面的TiO2皮膜进行还原，从而形成由马格涅利相氧化钛构成的马格涅利相氧化钛皮膜，所述马格涅利相氧化钛以化学式TinO2n-1(4≤n≤10)表示，其中，还原处理工序在基板温度400℃以下、处理时间15分钟以下的条件下实施。在该结构的钛基材的制造方法中，具备：TiO2皮膜形成工序，在由钛或钛合金构成的基材主体的表面形成TiO2皮膜；及还原处理工序，通过微波等离子体还原法对该TiO2皮膜进行还原来形成马格涅利相氧化钛皮膜，因此能够制造具有由马格涅利相氧化钛构成的马格涅利相氧化钛皮膜的钛基材，所述马格涅利相氧化钛以化学式TinO2n-1(4≤n≤10)表示。并且，在基板温度400℃以下、处理时间15分钟以下的条件下实施还原处理工序，因此能够抑制氧扩散到基材主体侧，并能够抑制基材主体特性的劣化。而且，通过在TiO2皮膜形成工序中调整TiO2皮膜的膜厚，能够控制马格涅利相氧化钛皮膜的膜厚。本专利技术的水电解用电极的特征在于，由上述钛基材构成。根据该结构的水电解用电极，由形成有马格涅利相氧化钛皮膜的钛基材构成，所述马格涅利相氧化钛皮膜由以化学式TinO2n-1(4≤n≤10)表示的马格涅利相氧化钛构成，因此导电性及耐腐蚀性尤其优异，能够抑制氧化引起的劣化，并能够大幅提高使用寿命。并且，耐腐蚀性优异，因此能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛基材，其特征在于，/n具有由钛或钛合金构成的基材主体，/n在该基材主体的表面形成有马格涅利相氧化钛皮膜，所述马格涅利相氧化钛皮膜由以化学式Ti

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180312 JP 2018-044659;20190308 JP 2019-0427731.一种钛基材，其特征在于，
具有由钛或钛合金构成的基材主体，
在该基材主体的表面形成有马格涅利相氧化钛皮膜，所述马格涅利相氧化钛皮膜由以化学式TinO2n-1表示的马格涅利相氧化钛构成，其中，4≤n≤10。


2.根据权利要求1所述的钛基材，其特征在于，
所述马格涅利相氧化钛皮膜含有Ti4O7及Ti5O9中的至少一个或两个。


3.根据权利要求1或2所述的钛基材，其特征在于，
所述马格涅利相氧化钛皮膜的膜厚在0.1μm以上且30μm以下的范围内。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的钛基材，其特征在于，
所述基材主体为气孔率在30％以上且97％以下的范围内的多孔体。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的钛基材，其特征在于，
所述马格涅利相氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐野阳祐，大森信一，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP