用于燃料电池的隔板的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种制造使用于燃料电池的钛制隔板的方法。该制造方法是用溅射处理从隔板原材料（５１）的表面（２１）除去氧化覆膜（６６）。然后，在含有氮化气体（５５）的氮化氛围中，在３５０～５００℃的范围内加热该隔板原材料，为了在该隔板原材料的表面形成氮化钛覆膜（７１），进行等离子体氮化处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于燃料电池的隔板的制造方法，特别涉及用钛制板材制造隔板的用于燃料电池的隔板的制造方法。
技术介绍
固体高分子电解质型燃料电池是具有堆叠多个燃料电池单元的结构且得到所期望的输出功率的电池。燃料电池单元包括膜电极接合体(MembraneElectrode Assembly)(以下简称为“MEA”)和设置在其两面上的隔板。在堆叠燃料电池单元时，由于要对隔板施加压力，因此有必要确保隔板的强度，但为了谋求燃料电池的小型化，需要形成薄隔板。因此，为了保证堆叠时对压力的强度、实现堆叠后的小型化，优选使用金属制的隔板。在金属制的隔板中，已知有如特开2000-353531号公报所公开的使用钛作为金属材料的隔板。特开2000-353531号公报公开了一种通过如下所述步骤形成的隔板，通过喷镀在不锈钢材料上形成钛(Ti)覆膜，用压制加工将该不锈钢材料制成隔板的形状，接着，在温度973K(约700℃)下加热不锈钢材料5小时，进行氮化处理，在钛覆膜的表面形成氮化膜。通过在钛覆膜上形成氮化膜，隔板的表面难以氧化，从而抑制产生氧化覆膜。这样，通过抑制在隔板表面产生的氧化覆膜，在使隔板与MEA的两面接触时，可以抑制隔板的接触阻抗(即电阻)为低值。但是，在上述结构的隔板中，在钛覆膜的表面形成氮化膜时，有必要将金属材料加热至高温(约700℃)且在该状态下进行氮化处理。这样，将金属材料加热到高温(约700℃)时，有可能使金属材料发生变形。因此，将隔板装入燃料电池中时，有可能不能使隔板与MEA均匀接触。因此，要求用于将接触阻抗抑制为低值，并防止隔板变形的技术。-->
技术实现思路
本专利技术是制造钛制隔板的用于燃料电池的隔板的制造方法，包括：通过压制成型形成钛制板材而得到具有用于引导气体或水的槽的隔板原材料的压制步骤；将该隔板原材料设置在含有还原气体的还原氛围中，用溅射处理使还原气体离子化并触及隔板原材料的表面，除去在该表面上生成的氧化覆膜的溅射步骤；将除去了上述氧化覆膜的隔板原材料设置在含有氮化气体的氮化氛围中并加热到350～500℃，用等离子体氮化处理使氮化气体离子化并触及隔板原材料的表面，在该表面形成氮的扩散层的等离子体氮化步骤。通过用溅射处理从隔板原材料的表面除去氧化覆膜(所谓的自然氧化覆膜)，在进行等离子体氮化处理时，氮容易扩散到隔板原材料的表面。因此，只在350～500℃下加热隔板原材料，可以得到氮良好地扩散到表面的隔板。通过使氮良好地扩散到隔板的表面，隔板的表面难以氧化，从而抑制氧化覆膜(自然氧化覆膜)的生成。由此，使隔板与MEA的两面接触时，可以减小隔板的接触阻抗(即电阻)。而且，在进行等离子体氮化处理时，由于可以将隔板原材料的加热温度抑制在350～500℃，因此可以防止实施了等离子体氮化处理后的隔板产生变形。由此，将隔板组装入燃料电池中时，可以使隔板与MEA均匀地接触。以下，说明将等离子体氮化处理时的加热温度抑制在350～500℃的理由。当加热温度低于350℃时，加热温度过低，不能使氮良好地扩散到隔板的表面。因此，使加热温度为350℃以上，可以使氮良好地扩散到隔板的表面。当加热温度超过500℃时，加热温度过高，隔板有可能发生变形。因此，使加热温度为500℃以下，可以使隔板不发生变形。另外，等离子体氮化也称为离子氮化。因此，在本专利技术中，通过将加热温度抑制在350～500℃进行等离子体氮化处理，具有防止隔板产生变形且可以使隔板与MEA均匀接触这样的优点。上述还原气体优选含有氢气、卤化物气体、氨气中的至少一种气体。因此，由于可以从多种气体中选择，所以容易得到还原气体。上述氮化气体优选含有氮气、氨气中的至少一种气体。因此，由于可以-->从多种气体中选择，所以容易得到氮化气体。而且，在氮化气体中使用氨气时，可以将氨气同时作为还原气体使用，从而可以谋求设备的简单化。优选同时进行上述溅射步骤和上述等离子体氮化步骤。因此，可以使隔板的制造步骤简单化。由此，可以缩短隔板的制造时间，从而可以谋求生产性的提高。附图说明图1是示出用本专利技术的第1实施例的用于燃料电池的隔板的制造方法制造的隔板的剖面图。图2是示出本专利技术的用于燃料电池的隔板的制造装置的剖面图。图3A及图3B是示出在本专利技术的第1实施例的制造方法中压制成型隔板的步骤的图。图4A及图4B是示出在本专利技术的第1实施例的制造方法中，在隔板的表面生成氧化覆膜的状态的图，图4B是图3B的4B的放大图。图5A及图5B是示出在本专利技术的第1实施例的制造方法中使氢气和氮气离子化的实例的图。图6A～图6C是示出在本专利技术的第1实施例的制造方法中使氮扩散到隔板的表面的实例的图。图7A是将用本专利技术的第1实施例的制造方法制造的隔板使用于燃料电池中的实例的图，图7B是图7A的7B的放大图。图8是示出关于用本专利技术的第1实施例的制造方法制造的隔板的接触阻抗的曲线图。图9A和图9B是示出在本专利技术的第2实施例的用于燃料电池的隔板的制造方法中使氢气离子化的实例的图。图10A和图10B是示出在本专利技术的第2实施例的制造方法中使氮气离子化的实例的图。图11A～图11C是示出在本专利技术的第2实施例的制造方法中使氮扩散到隔板的表面的实例的图。具体实施方式以下，参照附图详细地说明本专利技术的隔板的制造方法。-->首先，基于图1说明按照第1实施例的制造方法制造的隔板。图1所示的燃料电池10是堆叠多个燃料电池单元(即单位燃料电池)11并被单位化(unitizing)。燃料电池单元11为在膜电极接合体(MembraneElectrode Assembly)(MEA)12的两面12a、12b上设置钛制隔板13、13的结构。MEA12包括：在电解质膜14的两侧设置的正和负的电极层15、16；设置在正电极层15外侧的正极侧扩散层17；和设置在负电极层16外侧的负极侧扩散层18。另外，有时也将正电极层15和正极侧扩散层17总称为正电极层，将负电极层16和负极侧扩散层18总称为正电极层。钛制隔板13是用溅射处理从两侧的表面21、21除去氧化覆膜66(参照图4B)，并通过用等离子体氮化处理将氮扩散到表面21、21，形成氮化钛覆膜(扩散层)71(参照图6B)。该隔板13通过使表面21、21形成凹凸状，在表面21、21具有多个槽24。通过使隔板13与MEA12的两面12a、12b接触，用MEA12的两面12a、12b堵上多个槽24，形成用于引导气体的多个流路25和用于引导水的多个流路25。该隔板13的表面21、21中的多个凸部26与MEA12的两面12a、12b接触。因此，优选将隔板12的上述凸部26(即，表面21)的接触阻抗(即电阻)抑制为低值。而且，由于优选使隔板12的上述凸部26(即，表面21)与MEA12的两面12a、12b接触，因此优选将隔板12的变形抑制为低值。以下，对用于将隔板13的表面21的接触阻抗抑制为低值、并且将隔板12的变形也抑制为低值的制造方法进行说明。首先，基于图2，说明本专利技术的隔板的制造装置。图2所示的用于燃料电池的隔板的制造装置30具有载置台32，该载置台32载置有设置在容器31内的多块隔板原材料51。直流电源35的(-)极35a连接在该载置台32的支持部33上。直流电源35的(+)极35b连接在上述容器31上。气体供给源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造用于燃料电池的钛制隔板的方法，其包括：通过压制成型钛制板材而得到具有用于引导气体或水的槽的隔板原材料的压制步骤；将该隔板原材料设置在含有还原气体的还原氛围中，用溅射处理使还原气体离子化并触及隔板原材料的表面，除去在该 表面上生成的氧化覆膜的溅射步骤；和，将除去了所述氧化覆膜的隔板原材料设置在含有氮化气体的氮化氛围中并加热至３５０～５００℃，用等离子体氮化处理使氮化气体离子化并触及隔板原材料的表面，在该表面形成氮的扩散层的等离子体氮化步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-6-22 183817/20041.一种制造用于燃料电池的钛制隔板的方法，其包括：通过压制成型钛制板材而得到具有用于引导气体或水的槽的隔板原材料的压制步骤；将该隔板原材料设置在含有还原气体的还原氛围中，用溅射处理使还原气体离子化并触及隔板原材料的表面，除去在该表面上生成的氧化覆膜的溅射步骤；和，将除去了所述氧化覆膜的隔板原材料设置在含有氮化气体的氮化氛围中并加热至3...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林幸司，竹内丰，高垣雅志，河村俊树，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]