一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法技术

本发明专利技术涉及粉末冶金技术领域，具体公开了一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法，包括对原料金属铬块破碎再进行低温研磨，得到金属铬粉末；将得到的金属铬粉末进行筛分，得到原始粉末A、原始粉末B；将所述原始粉末A进行热处理，再次筛分得到去应力粉C1、去应力粉C2；将所述原始粉末B进行筛分得到基础粉末D1、基础粉末D2、基础粉末D3；本方法能够解决在压制烧结制备双极板时，由于双极板致密度不高，容易出现裂纹、变形和气孔等缺陷且双极板高温耐腐蚀性较弱的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法
本专利技术涉及粉末冶金
，具体是涉及一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池，简称SOFC，是一种在高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、友好地转化为电能的全固态化学发电装置，双极板材料的特性对SOFC的性能和使用寿命至关重要。一般制备SOFC双极板的材料包括陶瓷材料，高分子复合材料和使用粉末冶金方法制备的金属材料；在工业生产中需要SOFC有较高的致密度，较高的平面度，较高的耐高温氧化性能，较好的导电性，耐高温稳定性和较低的费用。工业生产的金属铬一般具有较高的硬度，较好的耐高温性能，很高的耐腐蚀性，在空气中，即使在炽热状态下氧化也很慢，不溶于水，镀在金属表面可起到保护作用，因此被广泛应用于冶金、化工、铸铁、耐火及高精端科技等领域。一般工业上可用于SOFC双极板的材料有：陶瓷材料Cr2O3、高分子复合材料；前者特点是加工不易，成本较高；后者特点是成本较低，容易加工，但是其耐高温性能一般，工作寿命不长。现有技术中也采用金属粉末烧结、压制等技术成型制成双极板，但是现有技术中采用的金属粉末由于在双极板成型过程中存在应力问题，导致在制备过程中难以压制成型，生坯强度不高，并且容易出现裂纹、变形和气孔等缺陷；因此成型的双极板强度不足，致密度不高；并且现有技术通过粉末材料制备的SOFC双极板材料高温耐腐蚀性能较弱，大大缩减了燃料电池的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：用于解决现有技术在压制烧结制备双极板时，由于双极板致密度不高，容易出现裂纹、变形和气孔等缺陷且双极板高温耐腐蚀性较弱的问题。本专利技术的技术方案是：一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：步骤一：破碎对原料金属铬块进行破碎，得到破碎后的铬块颗粒；其中，破碎后的铬块颗粒粒度为10mm以下；步骤二：制粉将破碎后的铬块颗粒在液氮介质中进行低温研磨，得到金属铬粉末；其中，研磨过程温度控制在-80~10℃；然后再利用加热装置在60~100℃温度下将金属铬粉烘干，得到金属铬粉末；步骤三：筛分将得到的金属铬粉末进行筛分，得到粒径为25~180μm的原始粉末A和粒径为25~200μm的原始粉末B；将所述原始粉末A进行热处理得到去应力粉末，再将得到的去应力粉末筛分得到粒径为105~180μm的去应力粉C1和粒径为25~48μm的去应力粉C2；将所述原始粉末B进行筛分得到粒径为105~200μm的基础粉末D1、粒径为45~105μm的基础粉末D2和粒径为25~45μm的基础粉末D3；步骤四：混合将步骤三得到的去应力粉C1、去应力粉C2混合得到去应力混合粉末C；其中，去应力粉C1占去应力混合粉末C重量的60~80%；将步骤三得到的基础粉末D1、基础粉末D2、基础粉末D3混合得到混合粉末D；混合粉末D中基础粉末D1占重量的50~70%，基础粉末D2占重量的20~40%，余下为基础粉末D3；将去应力混合粉末C、混合粉末D按照重量份数比2~5:5~8倒入混料箱，混合2~3小时，得到制备双极板的成品混合粉末；其中，去应力混合粉末C与混合粉末D总共份数为10份。进一步地，还包括步骤五：压制、烧结将步骤四得到的成品混合粉末导入制备燃料电池双极板的模具，进行压制并保压15~25s后脱模，在1300℃下进行烧结，得到燃料电池双极板。常用的粉末制备和混合方法都是球磨法，而球磨法在研磨粉末时会让粉末颗粒发生形变、冷焊和粉碎3个过程，并且导致材料内部晶格发生变化，引入粉末的内应力，而残余应力势必在制备双极板的压制或烧结过程中释放，就会导致材料的变形和不均匀组织出现。而不同于传统球磨法，本方法使用低温研磨工艺，将粉末浸泡在液氮中，阻绝了空气和杂质对粉末的影响，避免了研磨过程中粉末的氧化，也避免了粉末温度升高而引入杂质和产生形变；并且本方法研磨过程主要是压碎方式，能够减少球磨中粉末碰撞、击碎和磨削的程度，相对少的破坏粉末的结构，避免粉末发生过多形变而产生残余应力。粉末成形过程中，压坯强度主要靠两种力结合，一种是机械啮合力，一种是原子引力；粉末的形状越复杂越有利于机械啮合力的增加，越有利于压坯压制强度提高；低温研磨的方法制备的粉末形状凹凸不平，表面粗糙，在压制时颗粒间啮合得非常紧密，因此压坯强度高能够用于解决双极板致密度不高，容易出现裂纹、变形和气孔等缺陷且双极板高温耐腐蚀性较弱的问题。进一步地，所述步骤四具体是：将去应力混合粉末C、混合粉末D按照重量份数比3:7倒入混料箱，并进行搅拌，混合2~3小时，得到制备双极板的成品混合粉末；其中，去应力混合粉末C中去应力粉C1占重量的70%；其中，混合粉末D中基础粉末D1占重量的60%，基础粉末D2占重量的30%，基础粉末D3占重量的10%。由于双极板制备过程要求比较严格，金属铬硬度过大，所以采用不同粒度分布的粉末进行混合会有利于压制成形以及后期的烧结。进一步地，在步骤三中所述原始粉末A进行热处理具体是：将原始粉末A放入高温加热炉中，梯度升温使热处理温度升至1200℃；首先以80~130℃进行预热30~45min，然后以400~500℃加热，间隔1h升温100℃，直至温度升至1200℃后再加热4~5h；最后随炉冷却至常温得到去应力粉末C。低温研磨工艺与高温热处理能够有效降低粉末的残余应力，提高双极板的生坯强度。进一步地，在步骤二中制成的金属铬粉末中Fe元素含量为：0.07~0.08%；O元素含量为：0.02~0.03%；N元素含量为：0.0015~0.002%。该方法制备的粉末不引入气体等杂质元素，粉末纯度高，有利于确保制造双极板的质量。进一步地，在步骤三中将所述原始粉末A进行热处理得到的去应力粉末进行再次筛分得到粒径为48~105μm的去应力粉C3。进一步地，在步骤四去应力混合粉末C、混合粉末D的混合中，去应力混合粉末C由去应力粉C3与去应力粉C2两者组成，且去应力粉C3占去应力混合粉末C重量的50~70%；余下为去应力粉C2。通过调整去应力粉粒径的分布范围以及含量能够在一定程度上提高双极板的成品质量。进一步地，在步骤四去应力混合粉末C、混合粉末D的混合中，去应力混合粉末C由去应力粉C1、去应力粉C2以及去应力粉C3三者组成；其中，去应力粉C3占去应力混合粉末C重量的50~60%，去应力粉C2占去应力混合粉末C重量的20~30%；余下为去应力粉C1。通过增加去应力粉的粒径分布区间能够有效提高双极板的致密度以及高温耐腐蚀性。进一步地，对步骤四进行混合前将基础粉末D2与粒径为20~36μm的铱粉末在氩气中进行研磨混合；其中，基础粉末D2与铱粉末的重量比为2~3:1。通过铱粉末的加入一方面能够有效提升双极板的耐腐蚀性，另一方面能够增加粉末的形状的复杂程度，有利于压制中机械啮合力的增加，因此有利于压坯强度的提高。进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：破碎/n对原料金属铬块进行破碎，得到破碎后的铬块颗粒；其中，破碎后的铬块颗粒粒度为10mm以下；/n步骤二：制粉/n将破碎后的铬块颗粒在液氮介质中进行低温研磨，得到金属铬粉末；其中，研磨过程温度控制在-80~10℃；然后再利用加热装置在60~100℃温度下将金属铬粉烘干，得到金属铬粉末；/n步骤三：筛分/n将得到的金属铬粉末进行筛分，得到粒径为25~180μm的原始粉末A和粒径为25~200μm的原始粉末B；/n将所述原始粉末A进行热处理得到去应力粉末，再将得到的去应力粉末筛分得到粒径为105~180μm的去应力粉C1和粒径为25~48μm的去应力粉C2；/n将所述原始粉末B进行筛分得到粒径为105~200μm的基础粉末D1、粒径为45~105μm的基础粉末D2和粒径为25~45μm的基础粉末D3；/n步骤四：混合/n将步骤三得到的去应力粉C1、去应力粉C2混合得到去应力混合粉末C；其中，去应力粉C1占去应力混合粉末C重量的60~80%；/n将步骤三得到的基础粉末D1、基础粉末D2、基础粉末D3混合得到混合粉末D；混合粉末D中基础粉末D1占重量的50~70%，基础粉末D2占重量的20~40%，余下为基础粉末D3；/n将去应力混合粉末C、混合粉末D按照重量份数比2~5:5~8倒入混料箱，混合2~3小时，得到制备双极板的成品混合粉末；其中，去应力混合粉末C与混合粉末D总共份数为10份。/n...

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：破碎
对原料金属铬块进行破碎，得到破碎后的铬块颗粒；其中，破碎后的铬块颗粒粒度为10mm以下；
步骤二：制粉
将破碎后的铬块颗粒在液氮介质中进行低温研磨，得到金属铬粉末；其中，研磨过程温度控制在-80~10℃；然后再利用加热装置在60~100℃温度下将金属铬粉烘干，得到金属铬粉末；
步骤三：筛分
将得到的金属铬粉末进行筛分，得到粒径为25~180μm的原始粉末A和粒径为25~200μm的原始粉末B；
将所述原始粉末A进行热处理得到去应力粉末，再将得到的去应力粉末筛分得到粒径为105~180μm的去应力粉C1和粒径为25~48μm的去应力粉C2；
将所述原始粉末B进行筛分得到粒径为105~200μm的基础粉末D1、粒径为45~105μm的基础粉末D2和粒径为25~45μm的基础粉末D3；
步骤四：混合
将步骤三得到的去应力粉C1、去应力粉C2混合得到去应力混合粉末C；其中，去应力粉C1占去应力混合粉末C重量的60~80%；
将步骤三得到的基础粉末D1、基础粉末D2、基础粉末D3混合得到混合粉末D；混合粉末D中基础粉末D1占重量的50~70%，基础粉末D2占重量的20~40%，余下为基础粉末D3；
将去应力混合粉末C、混合粉末D按照重量份数比2~5:5~8倒入混料箱，混合2~3小时，得到制备双极板的成品混合粉末；其中，去应力混合粉末C与混合粉末D总共份数为10份。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法，其特征在于，还包括步骤五：压制、烧结
将步骤四得到成品混合粉末导入制备燃料电池双极板的模具，进行压制并保压15~25s后脱模，在1300℃下进行烧结，得到燃料电池双极板。


3.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板用金属铬粉的制备方法，其特征在于，所述步骤四具体是：
将去应力混合粉末C、混合粉末D按照重量份数比3:7倒入混料箱，并进行搅拌，混合2~3小时，得到制备双极板的成品混合粉末；
其中，去应力混合粉末C中去应力粉C1占重量的70%；
其中，混合粉末D中基础粉末D1占重量的60%，基础粉末D2占重量的3...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺猛，聂红锋，闫利平，杨莉，翟荣荣，孙刚刚，
申请(专利权)人：西安斯瑞先进铜合金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61