燃料电池用隔板、燃料电池单元、燃料电池堆及燃料电池用隔板的制造方法
燃料电池用隔板、燃料电池单元、燃料电池堆及燃料电池用隔板的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池用隔板、燃料电池单元、燃料电池堆以及燃料电池用隔板的制造方法。
【背景技术】
[0002]燃料电池用隔板应用为构成燃料电池堆的燃料电池单元的构件，具有经由气体流路向电极供给燃料气体、空气的功能以及使在电极产生的电子汇聚的功能。以往，作为这样的燃料电池用隔板，使用了在碳板形成气体流路而成的燃料电池用隔板。
[0003]然而，在使用碳板作为构成燃料电池用隔板的材料的情况下，存在材料成本较高、加工成本较高的问题。因此，期望代替碳板，使用材料成本较低且能够通过高速冲压加工廉价地形成气体流路的铝、不锈钢或钛合金等金属。
[0004]对此，例如，在专利文献I中公开了如下燃料电池用隔板，该燃料电池用隔板是使用金属基材作为燃料电池用隔板的母材并通过电解镀在金属基材上形成包括规定元素的第一层和金镀层而成的。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2001 - 351642号公报
【发明内容】
_8] 发明要解决的问题
[0009]一方面，如上述专利文献I所那样地在制造燃料电池用隔板时，在通过电解镀形成金镀层的情况下，需要经过以下的制造工艺。即，首先，作为第I制造工艺，能够列举出这样的方法:通过电解镀在金属基材上形成金镀层，之后，通过冲压加工形成气体流路。或者，作为第2制造工艺，能够列举出这样的方法:通过冲压加工在金属基材上形成气体流路，之后，通过电解镀在金属基材上形成金镀层。然而，在上述第I制造工艺中，在通过电解镀形成了金镀层之后，通过冲压加工形成气体流路，因此存在这样的问题:因冲压加工时所实施的应力导致在金镀层上产生裂纹。另外，在上述第2制造工艺中，由于对构成气体流路的凹凸部实施电解镀，因此存在这样的问题:金镀层的析出不均匀，产生未形成金镀层的部分。
[0010]另一方面，若通过化学镀在金属基材上形成金镀层，则在与上述第2制造工艺同样地通过冲压加工在金属基材上形成了气体流路之后通过化学镀形成金镀层的方法的情况下，对于构成气体流路的凹凸部，能够以均匀且不产生未形成金镀层的部分的状态形成金镀层。然而，作为化学镀，在使用化学置换镀的情况下，存在作为被镀材的金属基材发生局部溶出而在表面产生微小的凹部的情况，由此，在产生的凹部无法适当地析出金，而在形成的金镀层的表面产生针孔。于是，作为其结果，得到的燃料电池用隔板存在这样的问题:耐腐蚀性降低，并且，接触电阻上升，电子汇聚的功能降低。对于这样的问题，为了解决这样的针孔的问题，还采用了在通过化学置换镀形成的金镀层上进一步通过化学还原镀形成金镀层来覆盖针孔的方法，但存在这样的问题:为了通过化学还原镀覆盖针孔，需要增厚金镀层的厚度，成本上不利。
[0011]对此，本发明人对被镀材的平滑性与被镀材的溶出之间的关系进行了认真研宄，得出了这样的见解:实施化学置换镀时的这样的被镀材的溶出是由被镀材的平滑性降低引起的，以及通过控制被镀材的表面粗糙度能够解决这样的问题。于是，本发明是基于这样的见解而完成的，其提供一种这样的燃料电池用隔板:能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层，从而不增厚金镀层的厚度就能防止金镀层上的未形成金镀层的部分和针孔的产生，而具有优异的耐腐蚀性和导电性。
_2] 用于解决问题的方案
[0013]S卩，根据本发明，提供一种燃料电池用隔板，其特征在于，包括:基材；基底镀层，其形成在上述基材上；以及金镀层，其是通过化学镀而形成在上述基底镀层上的，上述基底镀层的与上述金镀层相对的面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下。
[0014]在本发明的燃料电池用隔板中，优选的是，上述基底镀层形成在表面预先使用机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一种方法研磨后的上述基材上。
[0015]优选的是，上述基底镀层是使用含有光亮剂的镀浴而形成的。
[0016]优选的是，在上述基材上形成了上述基底镀层之后，使用机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一种方法对上述基底镀层的表面进行了研磨。
[0017]根据本发明，提供一种燃料电池单元，该燃料电池单元是使用上述的燃料电池用隔板而成的。
[0018]另外，根据本发明，提供一种燃料电池堆，该燃料电池堆是层叠多个上述的燃料电池单元而成的。
[0019]而且，根据本发明，提供一种燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，包括以下工序:在基材的表面形成表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下的基底镀层；和通过化学镀在上述基底镀层上形成金镀层。
[0020]发明的效果
[0021]采用本发明，能够提供一种这样的燃料电池用隔板:能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层，从而不增厚金镀层的厚度就能防止金镀层上的未形成金镀层的部分和针孔的产生，而具有优异的耐腐蚀性和导电性。
【附图说明】
[0022]图1是表示在实施例和比较例中得到的镀金覆盖材料的离子溶出浓度的曲线图。
[0023]图2是用于说明测量体积电阻率的方法的图。
[0024]图3是表示在实施例和比较例中得到的镀金覆盖材料的体积电阻率的曲线图。
【具体实施方式】
[0025]以下，说明本发明的燃料电池用隔板。
[0026]本发明的燃料电池用隔板的特征在于，包括:基材；基底镀层，其形成在基材上；以及金镀层，其是通过化学镀而形成在基底镀层上的，基底镀层的与金镀层相对的面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下。
[0027]基材
[0028]基材并不特别限定，只要是将钢、不锈钢、Al、Al合金、T1、Ti合金、Cu、Cu合金、Ni,Ni合金等加工成燃料电池用隔板所需要的形状而成的基材，则都能够使用，并没有特别的限制。
[0029]基材的厚度并不特别限定，只要根据使用用途适当地选择即可，但优选为0.05mm ?2.0mm,更优选为 0.1mm ?0.3mm。
[0030]另外，在本发明中，如下所述，作为基材，从能够使得到的燃料电池用隔板进一步均匀地形成有金镀层的观点出发，优选的是，使用在基材的表面预先形成有在作为燃料电池用隔板使用时发挥燃料气体、空气的流路的功能的凹凸部(气体流路)的基材，并在该基材上形成基底镀层和金镀层。作为在基材上形成气体流路的方法，并不特别限定，例如能够列举出通过冲压加工来形成的方法。
[0031]基底镀层
[0032]基底镀层为通过在基材上实施镀敷处理而形成的、由金属形成的镀层。基底镀层作为用于良好地形成后述的金镀层的基底层发挥作用。
[0033]在本发明中，使基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下，优选为1nm以下，更优选为2nm以下。通过使基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra处在上述范围，能够使基底镀层的表面具有足够的平滑性，由此，在通过化学镀特别是化学置换镀在基底镀层上形成了金镀层时，能够抑制作为被镀材的基底镀层的局部溶出，从而能够防止由局部溶出引起的、基底镀层表面上的凹部的产生。于是，由此，不增厚金镀层的厚度就能够以均匀且不产生未形成金镀层的部分和针孔的状态形成金镀层。
[0034]使基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra处于上述范围的方法并不特别限定，例如，能够列举出如下等方法:对通过镀敷处理形成的基底镀层的表面进行研磨的方法；通过在经预先研磨后的基材上实施镀敷处理来形成基底镀层的方法；或向用于形成基底镀层的镀浴中添加光亮剂的方法。上述这些方法可 以单独使用，也可以将两种以上的方法组合起来使用。
[0035]作为通过镀敷处理形成的基底镀层的表面进行研磨的方法，从能够使基底镀层的表面适度地平滑的观点出发，优选机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一者，特别优选化学研磨。
[0036]在使用通过在经预先研磨后的基材上实施镀敷处理来形成基底镀层的方法的情况下，作为对基材进行研磨的方法，优选机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一者，特别优选化学研磨。在该情况下，研磨后的基材的表面的轮廓算数平均偏差Ra优选为10nm以下，更优选为Inm以下，这样，通过预先对基材进行研磨，而使基材的表面平滑，从而能够使形成在基材上的基底镀层也平滑。
[0037]或者，在使用向用于形成基底镀层的镀浴中添加光亮剂的方法的情况下，作为光亮剂，只要能够基于使构成基底镀层的成分的结晶微细化的作用、提高镀浴的流平性的作用等而使得到的基底镀层的表面平滑即可，例如能够列举出有机硫化合物、有机氮化合物等。另外，在本发明中，作为光亮剂，从降低环境负荷的观点出发，优选有机硫化合物。
[0038]另外，构成基底镀层的成分并不特别限定，只要是能够形成镀层的金属元素即可，例如能够列举出从N1、Fe、Co、Cu、Zn以及Sn中选择的至少一种金属元素等。能构成基底镀层的上述这些元素可以单独含有一种元素，或者，也可以组合两种以上的元素，例如也可以是N1-Fe、N1-Co、N1-Cu等。另外，N1、Fe、Co、Cu、Zn以及Sn为具有通常能够单独地在基材上形成镀层这样的特性的元素，均具有使基底镀层与基材密合的作用。在本发明中，在上述这些元素中，从能够防止镀液自分解，提高镀液的稳定性的观点出发，优选使用从Ni和Co中选择的至少一种元素，特别优选使用Ni。
[0039]而且，除上述的金属元素以外，基底镀层可以还含有从P和B中选择的至少一种元素等。P和B为构成用于形成基底镀层的镀浴中的还原剂的非金属(日文夕口 Y卜'')，大多通常会在形成基底镀层时不可避免地进入到基底镀层。另外，作为这些构成还原剂的非金属，从能够防止镀液自分解、提高镀液的稳定性的观点出发，优选为P，此时，作为基底镀层，优选使用N1-P。
[0040]另外，在不妨碍基底镀层的形成效果，即在不阻碍在基底镀层上形成了金镀层时能够防止在基底镀层上形成的金镀层上产生未形成金镀层的部分和针孔这样的效果的范围内，基底镀层也可以略微含有不可避免地混入的杂质。作为不可避免地混入的杂质，例如能够列举出作为防止镀液自分解使镀液稳定的稳定剂而添加的Pb、Tl、Bi等重金属。另外，作为这样的稳定剂，从减轻环境负荷的观点出发，优选使用Bi。
[0041]另外，形成基底镀层的方法并不特别限定，能够使用电解镀、化学镀、溅镀等方法，但优选使用化学镀的方法。特别是，在使用了化学镀的方法作为形成基底镀层的方法的情况下，即使使用了预先形成有气体流路(作为燃料电池用隔板使用时用作燃料气体、空气的流路的流路)的基材作为基材时，也能够在构成气体流路的凹凸部更均匀地形成基底镀层，从而能够使进一步在基底镀层上形成的金镀层更均匀。
[0042]例如，在通过化学镀形成基底镀层的情况下，使用含有构成基底镀层的各元素、还原剂和络合剂的镀浴(基底镀浴)，在基材上实施镀敷。
[0043]作为一例，在通过化学镀形成包括N1-P的基底镀层的情况下，基底镀浴能够使用通常所使用的N1-P镀浴。作为N1-P镀浴的具体例子，能够列举出包括氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍等镍盐，次磷酸盐等含有磷的还原剂，以及柠檬酸等络合剂的镀浴等。在此，在使用N1-P镀浴作为基底镀浴时，优选使用氯化镍作为镍盐。
[0044]另外，在上述说明中，例示了形成包括N1-P的基底镀层的情况，而在基底镀层由N1-P以外的元素构成的情况下，同样地，使用通过适当调整与构成基底镀层的各元素相对应的各成分而成的基底镀浴即可。
[0045]另外，在通过化学镀形成基底镀层时，优选使用上述的基底镀浴，在pH为4.0?7.0、浴温为30°C?50°C、浸渍时间为5分?20分的条件下形成基底镀层。
[0046]基底镀层的厚度优选为0.01 μπι?1.0 μπι，更优选为0.05 μπι?0.2 μπι。通过使基底镀层的厚度处于上述范围，在通过化学镀在基底镀层上形成了金镀层时，能够使得到的金镀层更均匀。
[0047]另外，在本发明中，在基材上形成基底镀层时，可以直接在基材上形成基底镀层，但为了进一步提高相对于基材的密合性，也可以在基材与基底镀层之间设置改性层。作为改性层，只要与基材和基底镀层均能够良好地密合即可，优选为含有基底镀层所包含的金属元素中的一部分的金属元素的层，特别优选为包括与基底镀层相同成分的镀层。例如，在形成包括N1-P的基底镀层的情况下，改性层优选为含有作为基底镀层所包含的金属元素的Ni的Ni系层，特别优选为包括与基底镀层相同的N1-P的层。另外，改性层既可以只有一层，也可以是两层以上，另外，在改性层为两层以上的情况下，构成各层的成分可以不同，或者也可以相同。另外，形成改性层的方法并不特别限定，能够通过电解镀、化学镀、溅镀等方法来形成。
[0048]金镀层
[0049]金镀层为通过在基底镀层上实施化学镀敷处理而形成的层。另外，作为化学镀敷处理，能够列举出化学置换镀敷处理和化学还原镀敷处理等。另外，在形成金镀层时，例如，也可以通过实施化学置换镀敷处理，然后再实施化学还原镀敷处理来形成。
[0050]金镀层的厚度优选为Inm?200nm，更优选为5nm?lOOnm。若金镀层的厚度过薄，则可能无法在基底镀层上形成均匀的金镀层，而导致在作为燃料电池用隔板使用时耐腐蚀性、导电性下降。另一方面，若金镀层的厚度过厚，则成本上不利。
[0051]在本发明中，作为用于形成基底镀层和金镀层的基材，如上所述，优选使用在基材的表面上预先形成有在用作燃料电池用隔板时作为燃料气体、空气的流路发挥功能的凹凸部(气体流路)的基材，并在这样的基材上形成基底镀层和金镀层。通过这样使用预先形成有气体流路的基材，在形成了金镀层后，无需进行用于形成气体流路的加工，因此，能够防止因用于形成气体流路的加工所产生的应力导致在金镀层产生裂纹。
[0052]特别是，在本发明中，通过化学镀形成金镀层，因此，在使用了预先形成有气体流路的基材的情况下，也能够以均匀的状态形成金镀层。即，在不是通过化学镀而是通过电解镀形成了金镀层的情况下，会发生在作为气体流路的凹凸部中的凸部分镀层率先析出等在镀膜的形成速度上产生偏差的情况，由此，导致得到的金镀层的析出不均匀，而导致产生未形成金镀层的部分。相对于此，根据本发明，通过化学镀形成金镀层，从而能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层，因此能够解决这样的问题。
[0053]此外，在使用预先形成有气体流路的基材时，优选通过化学镀来形成基底镀层。通过化学镀形成基底镀层，从而能够更均匀地在基材上的构成气体流路的凹凸部形成基底镀层，由此，能够使形成在基底镀层上的金镀层更均匀。
[0054]另外，在使用电解镀的情况下，由于在凹凸部上形成的金镀层不均匀，因此，也考虑有通过电解镀在未形成有气体流路的基材(平板状的基材)上形成金镀层，然后进行用于形成气体流路的加工的方法。然而，在这样地在形成了金镀层后形成气体流路的方法中，如上所述，存在因在形成气体流路时所实施的应力导致在金镀层产生裂纹的问题。
[0055]或者，在使用电解镀的情况下，考虑有在预先形成有气体流路的基材上形成平滑的(算术平均表面粗糙度Ra等较小)基底镀层，通过电解镀在该基底镀层上形成金镀层，从而制造燃料电池用隔板的方 法。然而，在这样的方法中，存在这样的问题:由于通过电解镀形成金镀层，因此，不管基底镀层是否平滑，都会在气体流路的凹凸部产生未形成金镀层的部分。因此，在使用电解镀的方法中，存在这样的问题:即使在使基底镀层的算术平均表面粗糙度Ra等较小的情况下，也会在气体流路的凹凸部产生未形成金镀层的部分，而使得到的燃料电池用隔板的耐腐蚀性和导电性下降。
[0056]相对于此，在本发明中，由于通过化学镀形成金镀层，因此，即使在使用预先形成有气体流路的基材作为基材的情况下，也能够以均匀的状态形成金镀层，由此，在形成了金镀层后，不需要进行用于形成气体流路的加工，因此，能够防止因用于形成气体流路的加工所产生的应力导致在金镀层产生裂纹。
[0057]本发明的燃料电池用隔板是在基材上包括表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下的平滑的基底镀层，且通过化学镀形成金镀层而得到的，因此，能够起到以下的效果。
[0058]S卩，首先，根据本发明，使基底镀层的表面为轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下的平滑的表面，由此，在通过化学镀特别是化学置换镀在该基底镀层上形成了金镀层的情况下，能够抑制由基底镀层的表面为粗糙面而引起的基底镀层的局部溶出，因此，能够防止基底镀层表面上的凹部的产生，由此，不增厚金镀层的厚度就能以均匀且不产生未形成金镀层的部分和针孔的状态形成金镀层。
[0059]而且，根据本发明，使用化学置换镀敷处理等化学镀的方法作为形成金镀层的方法，由此，即使在基材上预先形成有气体流路的情况下，也能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层。
[0060]因此，本发明的燃料电池用隔板通过使基底镀层的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下且通过化学镀形成金镀层，由此，能够有效地防止金镀层上的未形成金镀层的部分和针孔的产生，而具有优异的耐腐蚀性和导电性，而且，由于不需要增厚金镀层的厚度，因此，成本上也优异。
[0061]实施例
[0062]以下通过列举实施例进一步具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
[0063]实施例1
[0064]准备好总厚度为1.27mm的基材，该基材是通过化学镀在由JIS H4000规定的5000系的 5086 铝合金(S1:0.4 重量％，Fe:0.5 重量％，Cu:0.1 重量％，Mn:0.2 重量％，Mg:3.5重量％，Zn:0.25重量％，Cr:0.25重量％，Al:其余部分)上形成有厚度为1ym的N1-P镀层(P的含有比例为12重量％ )而成的。
[0065]接着，利用氧化铝研磨剂(氧化铝磨粒粒径为0.6 μ m，浓度为3.9重量％，作为添加剂含有双氧水、有机酸、硫酸、表面活性剂)和粒径小于氧化铝磨粒的胶体二氧化硅研磨剂对准备好的基材进行化学机械研磨，使基材表面的轮廓算数平均偏差Ra为0.1nm0另外，轮廓算数平均偏差Ra的测量是通过利用激光显微镜(日本奥林巴斯公司制，0LS3000)对50 μ mX 50 μ m的视野进行扫描来进行的。
[0066]然后，对研磨后的基材进行脱脂，之后，进行水洗，使用N1-P镀浴(日本奥野制药工业公司制，ICP 二 3 口 > GM - NP)，通过化学镀，在基材上形成厚度为2 μ m的N1-P镀层(P的含有比例为7重量％ )，由此，得到了表面的轮廓算数平均偏差Ra为1.2nm的N1-P镀层O
[0067]接着，针对形成了 N1-P镀层的基材，使用化学置换金镀浴(日本奥野制药工业公司制，7歹、y iy ^卜''NC)，在55°C、一分钟的条件下，实施化学置换镀敷处理，然后，使用化学还原金镀浴(日本奥野制药工业公司制，七少7 3''—少卜'、011()，在601、一分钟的条件下，实施化学还原镀敷处理，由此，在N1-P镀层上形成厚度为31nm的金镀层，而得到镀金覆盖材料。
[0068]实施例2?4
[0069]通过改变在形成金镀层时的化学还原镀中的浸渍时间，使形成的金镀层的厚度为49nm(实施例2)、70nm(实施例3)以及92nm(实施例4)，除此以外，与实施例1同样地得到镀金覆盖材料。
[0070]实施例5
[0071]与实施例1同样地准备好形成有厚度为10 ym的N1-P镀层(P的含有比例为12重量％ )的、总厚为1.27mm的铝合金作为基材。接着，利用铝用化学研磨液(日本磷化学工业公司制，夕1J 一卜#1)对准备好的基材进行化学研磨，然后，对基材的表面实施蚀刻处理和锌酸盐处理(日文少一卜処理)。另外，化学研磨后的基材表面的轮廓算数平均偏差Ra为67.3nm。
[0072]接着，针对实施了蚀刻处理和浸锌处理的基材，使用N1-P镀浴(日本奥野制药工业公司制，ICP 二 3 口 > GM-NP)，通过化学镀，在基材上形成厚度为2 μ m的N1-P镀层(P的含有比例为7重量％ )，由此，得到了表面的轮廓算数平均偏差Ra为76.8nm的N1-P镀层。
[0073]接着，针对形成了 N1-P镀层的基材，使用化学置换金镀浴(日本奥野制药工业公司制，7歹、y iy ^卜''NC)，在55°C、一分钟的条件下，实施化学置换镀敷处理，然后，使用化学还原金镀浴(日本奥野制药工业公司制，七少7 3''—少卜'、011()，在601、一分钟的条件下，实施化学还原镀敷处理，由此，在N1-P镀层上形成厚度为32nm的金镀层，而得到镀金覆盖材料。
[0074]实施例6?8
[0075]通过改变在形成金镀层时的化学还原镀中的浸渍时间，使形成的金镀层的厚度为55nm(实施例6)、72nm(实施例7)以及I1nm(实施例8)，除此以外，与实施例5同样地得到镀金覆盖材料。
[0076]实施例9
[0077]准备将具有与实施例1的铝合金相同的成分且厚度为0.2mm的铝合金加工成宽度为15mm、长度为140mm的大小的基材作为基材，并对准备好的基材的表面实施深度为5mm、间距为5mm的槽加工。接着，利用铝用化学研磨液(日本磷化学工业公司制，夕'J 一、m彳卜#1)对实施了槽加工的基材进行化学研磨，然后，对基材的表面实施蚀刻处理和浸锌处理。另外，化学研磨后的基材表面的轮廓算数平均偏差Ra为55.6nm。
[0078]接着，针对实施了蚀刻处理和浸锌处理的基材，使用N1-P镀浴(日本奥野制药工业公司制，ICP 二 3 口 > GM-NP)，通过化学镀，在基材上形成厚度为2 μ m的N1-P镀层(P的含有比例为7重量％ )，由此，得到了表面的轮廓算数平均偏差Ra为65nm的N1-P镀层。
[0079]接着，针对形成了 N1-P镀层的基材，使用化学置换金镀浴(日本奥野制药工业公司制，7歹、y ^卜''NC)，在55°C、一分钟的条件下，实施化学置换镀敷处理，然后，使用化学还原金镀浴(日本奥野制药工业公司制，七少7 3''—少卜'、011()，在601、三分钟的条件下，实施化学还原镀敷处理，由此，在N1-P镀层上形成厚度为62nm的金镀层，而得到镀金覆盖材料。
[0080]比较例I
[0081]与实施例1同样地准备好形成有厚度为10 ym的N1-P镀层(P的含有比例为12重量％ )的、总厚为1.27_的铝合金作为基材，接着，不对准备好的基材进行研磨而是对其实施了蚀刻处理和浸锌处理。
[0082]然后，针对实施了蚀刻处理和浸锌处理的基材，使用N1-P镀浴(日本奥野制药工业公司制，ICP 二 3 口 > GM-NP)，通过化学镀，在基材上形成厚度为2 μ m的N1-P镀层(P的含有比例为7重量％ )，由此，得到了基材表面的轮廓算数平均偏差Ra为166 nm的N1-P镀层O
[0083]接着，针对形成了 N1-P镀层的基材，使用化学置换金镀浴(日本奥野制药工业公司制，7歹、y iy ^卜''NC)，在55°C、一分钟的条件下，实施化学置换镀敷处理，然后，使用化学还原金镀浴(日本奥野制药工业公司制，七少7 3''—少卜'、011()，在601、一分钟的条件下，实施化学还原镀敷处理，由此，在N1-P镀层上形成厚度为33nm的金镀层，而得到镀金覆盖材料。
[0084]比较例2、3
[0085]通过改变在形成金镀层时的化学还原镀中的浸渍时间，使形成的金镀层的厚度为75nm(比较例2)和117nm(比较例3)，除此以外，与比较例I同样地得到镀金覆盖材料。_6] 金镀层的耐腐蚀性评价
[0087]接着，对在实施例1?9和比较例I?3中得到的镀金覆盖材料进行耐腐蚀性的评价。具体而言，耐腐蚀性的评价是通过以下方式进行的，即，利用聚酰亚胺带以镀金覆盖材料暴露纵长为35mm、横长为20mm的面积的方式遮蔽该镀金覆盖材料，在90 °C的硫酸水溶液(体积为80ml，pH:1.0)中浸渍了 100个小时，之后，取出镀金覆盖材料，利用ICP光谱仪(日本岛津制作所公司制，ICPE - 9000)测量自镀金覆盖材料溶出到硫酸水溶液中的离子(N1、P、Al)的质量浓度(g/L)。另外，同时，针对通常用作燃料电池用隔板的材料的SUS316L，也同样地使其浸渍在硫酸水溶液中，利用ICP光谱仪测量溶出到硫酸水溶液中的离子(Fe、Cr、Mo、Ni)的质量浓度(g/L)，由此，进行了耐腐蚀性的评价。结果表示在图1中。
[0088]另外，在图1所示的曲线图中，对于各实施例和各比较例中的评价结果，示出了自镀金覆盖材料溶出的N1、P、Al的离子的质量浓度，另一方面，对于SUS316L的评价结果，示出了自SUS316L溶出的Fe、Cr、Mo、Ni的离子的质量浓度。另外，图1所示的曲线图中的、各实施例和各比较例的自镀金覆盖材料溶出的离子(N1、P、Al)的质量浓度是将自SUS316L溶出的离子(Fe、Cr、Mo、Ni)的质量浓度的值作为100而用相对值来表示的。
[0089]根据图1的结果，在使形成在基材上的基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下且通过化学镀形成了金镀层的实施例1?9的镀金覆盖材料中，为这样的结果:即使在金镀层的厚度较薄的情况下，与SUS316L相比，也能够有效地抑制离子自基材的溶出，耐腐蚀性优异。特别是，对于实施例9的镀金覆盖材料，是在对基材实施了槽加工之后通过化学镀形成了金镀层，但能够确认到:在通过槽加工而形成的凹凸部也能够良好地形成金镀层，而能够有效地抑制离子自基材的溶出。
[0090]另一方面，在形成在基材上的基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra大于SOnm的比较例I?3的镀金覆盖材料中，为这样的结果:在金镀层的厚度较薄的情况下，与SUS316L相比，更多的离子自基材溶出，耐腐蚀性较差。
[0091]体积电附率的测量
[0092]接着，使用在实施例6中得到的镀金覆盖材料，形成图2所示那样的测量系统，使用形成的测量系统对体积电阻率进行了测量。另外，图2所示的测量系统包括由在实施例6中得到的镀金覆盖材料形成的试验片10、碳布20、覆盖有金镀层的铜电极30、电压表40以及电流表50。对于体积电阻率的测量，具体而言，首先，如图2所示，利用覆盖有金镀层的铜电极30从两侧以隔着碳布20(日本東U公司制，产品编号:TGP-H- 090)的方式夹持固定试验片10，从而得到图2所示的测量系统，其中，该试验片10是通过将镀金覆盖材料加工成宽度为20mm、长度为20mm、厚度为1.27mm的大小而得到的。接着，对铜电极30施加恒定的负荷，并且使用欧姆表(日本日置电机公司制，毫欧测试仪3540)对夹有试验片10的上下的碳布20之间的电阻值R进行了测量。然后，基于测量出的电阻值R，按照下述式子
(I)，计算体积电阻率P。
[0093]p=R.S/L...(I)
[0094]上述式子(I)中，S为试验片10的截面积(宽度20mmX长度20mm)，L为试验片10的厚度(厚度为1.27mm)。另外，由上述式子(I)可明确，体积电阻率P与试验片10的截面积和厚度无关，而是显示试验片10自身的导电性的参数。另外，在本实施例中，在测量体积电阻率P时，通过使施加于铜电极30的负荷发生变化，来测量不同负荷时的体积电阻率P。得到的测量结果表示在图3中。
[0095]另外，在图3中，还一并表示了使用碳隔板(日本東陽尹夕二力公司制)测量到的体积电阻率P的值来作为比较数据。对于碳隔板的体积电阻率P，是通过使用将碳隔板加工成宽度为20mm、长度为20mm、厚度为1.0mm的大小而得到的试验片10，利用上述的图2所示的测量系统进行测量而得到的。另外，在图3中，体积电阻率P的测量结果是用将负荷为5kg/m2时的碳隔板的体积电阻率P作为100的情况下的相对值来表示的。
[0096]根据图3的结果，在使形成在基材上的基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下且通过化学镀形成了金镀层的实施例6的镀金覆盖材料中，为这样的结果:在任意负荷值的情况下，体积电阻率P均是低于以往的碳隔板的值，导电性优异。
[0097]附图标记说曰月
[0098]10、试验片；20、碳布；30、铜电极；40、电压表；50、电流表。
【主权项】
1.一种燃料电池用隔板，其特征在于，包括: 基材; 基底镀层，其形成在上述基材上；以及 金镀层，其是通过化学镀而形成在上述基底镀层上的； 上述基底镀层的与上述金镀层相对的面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下。2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板，其特征在于， 上述基底镀层形成在表面预先使用机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一种方法研磨后的上述基材上。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用隔板，其特征在于， 上述基底镀层是使用含有光亮剂的镀浴而形成的。4.根据权利要求1?3中任一项所述的燃料电池用隔板，其特征在于， 在上述基材上形成了上述基底镀层之后，使用机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一种方法对上述基底镀层的表面进行了研磨。5.一种燃料电池单元，其中， 该燃料电池单元是使用权利要求1?4中任一项所述的燃料电池用隔板而成的。6.一种燃料电池堆，其中， 该燃料电池堆是层叠多个权利要求5所述的燃料电池单元而成的。7.一种燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，包括以下工序: 在基材的表面形成表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下的基底镀层；和 通过化学镀在上述基底镀层上形成金镀层。
【专利摘要】本发明提供一种燃料电池用隔板，其特征在于，包括：基材；基底镀层，其形成在上述基材上；以及金镀层，其是通过化学镀而形成在上述基底镀层上的，上述基底镀层的与上述金镀层相对的面的轮廓算数平均偏差Ra为80nm以下。根据本发明，能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层，从而不增厚金镀层的厚度就能防止金镀层上的未形成金镀层的部分和针孔的产生，而具有优异的耐腐蚀性和导电性。
【IPC分类】C23C18/42, H01M8/02, C23C18/18
【公开号】CN104885273
【申请号】CN201380063840
【发明人】迎展彰
【申请人】东洋钢钣株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月26日
【公告号】EP2930773A1, US20150340714, WO2014087878A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池用隔板、燃料电池单元、燃料电池堆以及燃料电池用隔板的制造方法。
【背景技术】
[0002]燃料电池用隔板应用为构成燃料电池堆的燃料电池单元的构件，具有经由气体流路向电极供给燃料气体、空气的功能以及使在电极产生的电子汇聚的功能。以往，作为这样的燃料电池用隔板，使用了在碳板形成气体流路而成的燃料电池用隔板。
[0003]然而，在使用碳板作为构成燃料电池用隔板的材料的情况下，存在材料成本较高、加工成本较高的问题。因此，期望代替碳板，使用材料成本较低且能够通过高速冲压加工廉价地形成气体流路的铝、不锈钢或钛合金等金属。
[0004]对此，例如，在专利文献I中公开了如下燃料电池用隔板，该燃料电池用隔板是使用金属基材作为燃料电池用隔板的母材并通过电解镀在金属基材上形成包括规定元素的第一层和金镀层而成的。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2001 - 351642号公报
【发明内容】
_8] 发明要解决的问题
[0009]一方面，如上述专利文献I所那样地在制造燃料电池用隔板时，在通过电解镀形成金镀层的情况下，需要经过以下的制造工艺。即，首先，作为第I制造工艺，能够列举出这样的方法:通过电解镀在金属基材上形成金镀层，之后，通过冲压加工形成气体流路。或者，作为第2制造工艺，能够列举出这样的方法:通过冲压加工在金属基材上形成气体流路，之后，通过电解镀在金属基材上形成金镀层。然而，在上述第I制造工艺中，在通过电解镀形成了金镀层之后，通过冲压加工形成气体流路，因此存在这样的问题:因冲压加工时所实施的应力导致在金镀层上产生裂纹。另外，在上述第2制造工艺中，由于对构成气体流路的凹凸部实施电解镀，因此存在这样的问题:金镀层的析出不均匀，产生未形成金镀层的部分。
[0010]另一方面，若通过化学镀在金属基材上形成金镀层，则在与上述第2制造工艺同样地通过冲压加工在金属基材上形成了气体流路之后通过化学镀形成金镀层的方法的情况下，对于构成气体流路的凹凸部，能够以均匀且不产生未形成金镀层的部分的状态形成金镀层。然而，作为化学镀，在使用化学置换镀的情况下，存在作为被镀材的金属基材发生局部溶出而在表面产生微小的凹部的情况，由此，在产生的凹部无法适当地析出金，而在形成的金镀层的表面产生针孔。于是，作为其结果，得到的燃料电池用隔板存在这样的问题:耐腐蚀性降低，并且，接触电阻上升，电子汇聚的功能降低。对于这样的问题，为了解决这样的针孔的问题，还采用了在通过化学置换镀形成的金镀层上进一步通过化学还原镀形成金镀层来覆盖针孔的方法，但存在这样的问题:为了通过化学还原镀覆盖针孔，需要增厚金镀层的厚度，成本上不利。
[0011]对此，本发明人对被镀材的平滑性与被镀材的溶出之间的关系进行了认真研宄，得出了这样的见解:实施化学置换镀时的这样的被镀材的溶出是由被镀材的平滑性降低引起的，以及通过控制被镀材的表面粗糙度能够解决这样的问题。于是，本发明是基于这样的见解而完成的，其提供一种这样的燃料电池用隔板:能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层，从而不增厚金镀层的厚度就能防止金镀层上的未形成金镀层的部分和针孔的产生，而具有优异的耐腐蚀性和导电性。
_2] 用于解决问题的方案
[0013]S卩，根据本发明，提供一种燃料电池用隔板，其特征在于，包括:基材；基底镀层，其形成在上述基材上；以及金镀层，其是通过化学镀而形成在上述基底镀层上的，上述基底镀层的与上述金镀层相对的面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下。
[0014]在本发明的燃料电池用隔板中，优选的是，上述基底镀层形成在表面预先使用机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一种方法研磨后的上述基材上。
[0015]优选的是，上述基底镀层是使用含有光亮剂的镀浴而形成的。
[0016]优选的是，在上述基材上形成了上述基底镀层之后，使用机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一种方法对上述基底镀层的表面进行了研磨。
[0017]根据本发明，提供一种燃料电池单元，该燃料电池单元是使用上述的燃料电池用隔板而成的。
[0018]另外，根据本发明，提供一种燃料电池堆，该燃料电池堆是层叠多个上述的燃料电池单元而成的。
[0019]而且，根据本发明，提供一种燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，包括以下工序:在基材的表面形成表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下的基底镀层；和通过化学镀在上述基底镀层上形成金镀层。
[0020]发明的效果
[0021]采用本发明，能够提供一种这样的燃料电池用隔板:能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层，从而不增厚金镀层的厚度就能防止金镀层上的未形成金镀层的部分和针孔的产生，而具有优异的耐腐蚀性和导电性。
【附图说明】
[0022]图1是表示在实施例和比较例中得到的镀金覆盖材料的离子溶出浓度的曲线图。
[0023]图2是用于说明测量体积电阻率的方法的图。
[0024]图3是表示在实施例和比较例中得到的镀金覆盖材料的体积电阻率的曲线图。
【具体实施方式】
[0025]以下，说明本发明的燃料电池用隔板。
[0026]本发明的燃料电池用隔板的特征在于，包括:基材；基底镀层，其形成在基材上；以及金镀层，其是通过化学镀而形成在基底镀层上的，基底镀层的与金镀层相对的面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下。
[0027]基材
[0028]基材并不特别限定，只要是将钢、不锈钢、Al、Al合金、T1、Ti合金、Cu、Cu合金、Ni,Ni合金等加工成燃料电池用隔板所需要的形状而成的基材，则都能够使用，并没有特别的限制。
[0029]基材的厚度并不特别限定，只要根据使用用途适当地选择即可，但优选为0.05mm ?2.0mm,更优选为 0.1mm ?0.3mm。
[0030]另外，在本发明中，如下所述，作为基材，从能够使得到的燃料电池用隔板进一步均匀地形成有金镀层的观点出发，优选的是，使用在基材的表面预先形成有在作为燃料电池用隔板使用时发挥燃料气体、空气的流路的功能的凹凸部(气体流路)的基材，并在该基材上形成基底镀层和金镀层。作为在基材上形成气体流路的方法，并不特别限定，例如能够列举出通过冲压加工来形成的方法。
[0031]基底镀层
[0032]基底镀层为通过在基材上实施镀敷处理而形成的、由金属形成的镀层。基底镀层作为用于良好地形成后述的金镀层的基底层发挥作用。
[0033]在本发明中，使基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下，优选为1nm以下，更优选为2nm以下。通过使基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra处在上述范围，能够使基底镀层的表面具有足够的平滑性，由此，在通过化学镀特别是化学置换镀在基底镀层上形成了金镀层时，能够抑制作为被镀材的基底镀层的局部溶出，从而能够防止由局部溶出引起的、基底镀层表面上的凹部的产生。于是，由此，不增厚金镀层的厚度就能够以均匀且不产生未形成金镀层的部分和针孔的状态形成金镀层。
[0034]使基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra处于上述范围的方法并不特别限定，例如，能够列举出如下等方法:对通过镀敷处理形成的基底镀层的表面进行研磨的方法；通过在经预先研磨后的基材上实施镀敷处理来形成基底镀层的方法；或向用于形成基底镀层的镀浴中添加光亮剂的方法。上述这些方法可 以单独使用，也可以将两种以上的方法组合起来使用。
[0035]作为通过镀敷处理形成的基底镀层的表面进行研磨的方法，从能够使基底镀层的表面适度地平滑的观点出发，优选机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一者，特别优选化学研磨。
[0036]在使用通过在经预先研磨后的基材上实施镀敷处理来形成基底镀层的方法的情况下，作为对基材进行研磨的方法，优选机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一者，特别优选化学研磨。在该情况下，研磨后的基材的表面的轮廓算数平均偏差Ra优选为10nm以下，更优选为Inm以下，这样，通过预先对基材进行研磨，而使基材的表面平滑，从而能够使形成在基材上的基底镀层也平滑。
[0037]或者，在使用向用于形成基底镀层的镀浴中添加光亮剂的方法的情况下，作为光亮剂，只要能够基于使构成基底镀层的成分的结晶微细化的作用、提高镀浴的流平性的作用等而使得到的基底镀层的表面平滑即可，例如能够列举出有机硫化合物、有机氮化合物等。另外，在本发明中，作为光亮剂，从降低环境负荷的观点出发，优选有机硫化合物。
[0038]另外，构成基底镀层的成分并不特别限定，只要是能够形成镀层的金属元素即可，例如能够列举出从N1、Fe、Co、Cu、Zn以及Sn中选择的至少一种金属元素等。能构成基底镀层的上述这些元素可以单独含有一种元素，或者，也可以组合两种以上的元素，例如也可以是N1-Fe、N1-Co、N1-Cu等。另外，N1、Fe、Co、Cu、Zn以及Sn为具有通常能够单独地在基材上形成镀层这样的特性的元素，均具有使基底镀层与基材密合的作用。在本发明中，在上述这些元素中，从能够防止镀液自分解，提高镀液的稳定性的观点出发，优选使用从Ni和Co中选择的至少一种元素，特别优选使用Ni。
[0039]而且，除上述的金属元素以外，基底镀层可以还含有从P和B中选择的至少一种元素等。P和B为构成用于形成基底镀层的镀浴中的还原剂的非金属(日文夕口 Y卜'')，大多通常会在形成基底镀层时不可避免地进入到基底镀层。另外，作为这些构成还原剂的非金属，从能够防止镀液自分解、提高镀液的稳定性的观点出发，优选为P，此时，作为基底镀层，优选使用N1-P。
[0040]另外，在不妨碍基底镀层的形成效果，即在不阻碍在基底镀层上形成了金镀层时能够防止在基底镀层上形成的金镀层上产生未形成金镀层的部分和针孔这样的效果的范围内，基底镀层也可以略微含有不可避免地混入的杂质。作为不可避免地混入的杂质，例如能够列举出作为防止镀液自分解使镀液稳定的稳定剂而添加的Pb、Tl、Bi等重金属。另外，作为这样的稳定剂，从减轻环境负荷的观点出发，优选使用Bi。
[0041]另外，形成基底镀层的方法并不特别限定，能够使用电解镀、化学镀、溅镀等方法，但优选使用化学镀的方法。特别是，在使用了化学镀的方法作为形成基底镀层的方法的情况下，即使使用了预先形成有气体流路(作为燃料电池用隔板使用时用作燃料气体、空气的流路的流路)的基材作为基材时，也能够在构成气体流路的凹凸部更均匀地形成基底镀层，从而能够使进一步在基底镀层上形成的金镀层更均匀。
[0042]例如，在通过化学镀形成基底镀层的情况下，使用含有构成基底镀层的各元素、还原剂和络合剂的镀浴(基底镀浴)，在基材上实施镀敷。
[0043]作为一例，在通过化学镀形成包括N1-P的基底镀层的情况下，基底镀浴能够使用通常所使用的N1-P镀浴。作为N1-P镀浴的具体例子，能够列举出包括氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍等镍盐，次磷酸盐等含有磷的还原剂，以及柠檬酸等络合剂的镀浴等。在此，在使用N1-P镀浴作为基底镀浴时，优选使用氯化镍作为镍盐。
[0044]另外，在上述说明中，例示了形成包括N1-P的基底镀层的情况，而在基底镀层由N1-P以外的元素构成的情况下，同样地，使用通过适当调整与构成基底镀层的各元素相对应的各成分而成的基底镀浴即可。
[0045]另外，在通过化学镀形成基底镀层时，优选使用上述的基底镀浴，在pH为4.0?7.0、浴温为30°C?50°C、浸渍时间为5分?20分的条件下形成基底镀层。
[0046]基底镀层的厚度优选为0.01 μπι?1.0 μπι，更优选为0.05 μπι?0.2 μπι。通过使基底镀层的厚度处于上述范围，在通过化学镀在基底镀层上形成了金镀层时，能够使得到的金镀层更均匀。
[0047]另外，在本发明中，在基材上形成基底镀层时，可以直接在基材上形成基底镀层，但为了进一步提高相对于基材的密合性，也可以在基材与基底镀层之间设置改性层。作为改性层，只要与基材和基底镀层均能够良好地密合即可，优选为含有基底镀层所包含的金属元素中的一部分的金属元素的层，特别优选为包括与基底镀层相同成分的镀层。例如，在形成包括N1-P的基底镀层的情况下，改性层优选为含有作为基底镀层所包含的金属元素的Ni的Ni系层，特别优选为包括与基底镀层相同的N1-P的层。另外，改性层既可以只有一层，也可以是两层以上，另外，在改性层为两层以上的情况下，构成各层的成分可以不同，或者也可以相同。另外，形成改性层的方法并不特别限定，能够通过电解镀、化学镀、溅镀等方法来形成。
[0048]金镀层
[0049]金镀层为通过在基底镀层上实施化学镀敷处理而形成的层。另外，作为化学镀敷处理，能够列举出化学置换镀敷处理和化学还原镀敷处理等。另外，在形成金镀层时，例如，也可以通过实施化学置换镀敷处理，然后再实施化学还原镀敷处理来形成。
[0050]金镀层的厚度优选为Inm?200nm，更优选为5nm?lOOnm。若金镀层的厚度过薄，则可能无法在基底镀层上形成均匀的金镀层，而导致在作为燃料电池用隔板使用时耐腐蚀性、导电性下降。另一方面，若金镀层的厚度过厚，则成本上不利。
[0051]在本发明中，作为用于形成基底镀层和金镀层的基材，如上所述，优选使用在基材的表面上预先形成有在用作燃料电池用隔板时作为燃料气体、空气的流路发挥功能的凹凸部(气体流路)的基材，并在这样的基材上形成基底镀层和金镀层。通过这样使用预先形成有气体流路的基材，在形成了金镀层后，无需进行用于形成气体流路的加工，因此，能够防止因用于形成气体流路的加工所产生的应力导致在金镀层产生裂纹。
[0052]特别是，在本发明中，通过化学镀形成金镀层，因此，在使用了预先形成有气体流路的基材的情况下，也能够以均匀的状态形成金镀层。即，在不是通过化学镀而是通过电解镀形成了金镀层的情况下，会发生在作为气体流路的凹凸部中的凸部分镀层率先析出等在镀膜的形成速度上产生偏差的情况，由此，导致得到的金镀层的析出不均匀，而导致产生未形成金镀层的部分。相对于此，根据本发明，通过化学镀形成金镀层，从而能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层，因此能够解决这样的问题。
[0053]此外，在使用预先形成有气体流路的基材时，优选通过化学镀来形成基底镀层。通过化学镀形成基底镀层，从而能够更均匀地在基材上的构成气体流路的凹凸部形成基底镀层，由此，能够使形成在基底镀层上的金镀层更均匀。
[0054]另外，在使用电解镀的情况下，由于在凹凸部上形成的金镀层不均匀，因此，也考虑有通过电解镀在未形成有气体流路的基材(平板状的基材)上形成金镀层，然后进行用于形成气体流路的加工的方法。然而，在这样地在形成了金镀层后形成气体流路的方法中，如上所述，存在因在形成气体流路时所实施的应力导致在金镀层产生裂纹的问题。
[0055]或者，在使用电解镀的情况下，考虑有在预先形成有气体流路的基材上形成平滑的(算术平均表面粗糙度Ra等较小)基底镀层，通过电解镀在该基底镀层上形成金镀层，从而制造燃料电池用隔板的方 法。然而，在这样的方法中，存在这样的问题:由于通过电解镀形成金镀层，因此，不管基底镀层是否平滑，都会在气体流路的凹凸部产生未形成金镀层的部分。因此，在使用电解镀的方法中，存在这样的问题:即使在使基底镀层的算术平均表面粗糙度Ra等较小的情况下，也会在气体流路的凹凸部产生未形成金镀层的部分，而使得到的燃料电池用隔板的耐腐蚀性和导电性下降。
[0056]相对于此，在本发明中，由于通过化学镀形成金镀层，因此，即使在使用预先形成有气体流路的基材作为基材的情况下，也能够以均匀的状态形成金镀层，由此，在形成了金镀层后，不需要进行用于形成气体流路的加工，因此，能够防止因用于形成气体流路的加工所产生的应力导致在金镀层产生裂纹。
[0057]本发明的燃料电池用隔板是在基材上包括表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下的平滑的基底镀层，且通过化学镀形成金镀层而得到的，因此，能够起到以下的效果。
[0058]S卩，首先，根据本发明，使基底镀层的表面为轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下的平滑的表面，由此，在通过化学镀特别是化学置换镀在该基底镀层上形成了金镀层的情况下，能够抑制由基底镀层的表面为粗糙面而引起的基底镀层的局部溶出，因此，能够防止基底镀层表面上的凹部的产生，由此，不增厚金镀层的厚度就能以均匀且不产生未形成金镀层的部分和针孔的状态形成金镀层。
[0059]而且，根据本发明，使用化学置换镀敷处理等化学镀的方法作为形成金镀层的方法，由此，即使在基材上预先形成有气体流路的情况下，也能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层。
[0060]因此，本发明的燃料电池用隔板通过使基底镀层的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下且通过化学镀形成金镀层，由此，能够有效地防止金镀层上的未形成金镀层的部分和针孔的产生，而具有优异的耐腐蚀性和导电性，而且，由于不需要增厚金镀层的厚度，因此，成本上也优异。
[0061]实施例
[0062]以下通过列举实施例进一步具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
[0063]实施例1
[0064]准备好总厚度为1.27mm的基材，该基材是通过化学镀在由JIS H4000规定的5000系的 5086 铝合金(S1:0.4 重量％，Fe:0.5 重量％，Cu:0.1 重量％，Mn:0.2 重量％，Mg:3.5重量％，Zn:0.25重量％，Cr:0.25重量％，Al:其余部分)上形成有厚度为1ym的N1-P镀层(P的含有比例为12重量％ )而成的。
[0065]接着，利用氧化铝研磨剂(氧化铝磨粒粒径为0.6 μ m，浓度为3.9重量％，作为添加剂含有双氧水、有机酸、硫酸、表面活性剂)和粒径小于氧化铝磨粒的胶体二氧化硅研磨剂对准备好的基材进行化学机械研磨，使基材表面的轮廓算数平均偏差Ra为0.1nm0另外，轮廓算数平均偏差Ra的测量是通过利用激光显微镜(日本奥林巴斯公司制，0LS3000)对50 μ mX 50 μ m的视野进行扫描来进行的。
[0066]然后，对研磨后的基材进行脱脂，之后，进行水洗，使用N1-P镀浴(日本奥野制药工业公司制，ICP 二 3 口 > GM - NP)，通过化学镀，在基材上形成厚度为2 μ m的N1-P镀层(P的含有比例为7重量％ )，由此，得到了表面的轮廓算数平均偏差Ra为1.2nm的N1-P镀层O
[0067]接着，针对形成了 N1-P镀层的基材，使用化学置换金镀浴(日本奥野制药工业公司制，7歹、y iy ^卜''NC)，在55°C、一分钟的条件下，实施化学置换镀敷处理，然后，使用化学还原金镀浴(日本奥野制药工业公司制，七少7 3''—少卜'、011()，在601、一分钟的条件下，实施化学还原镀敷处理，由此，在N1-P镀层上形成厚度为31nm的金镀层，而得到镀金覆盖材料。
[0068]实施例2?4
[0069]通过改变在形成金镀层时的化学还原镀中的浸渍时间，使形成的金镀层的厚度为49nm(实施例2)、70nm(实施例3)以及92nm(实施例4)，除此以外，与实施例1同样地得到镀金覆盖材料。
[0070]实施例5
[0071]与实施例1同样地准备好形成有厚度为10 ym的N1-P镀层(P的含有比例为12重量％ )的、总厚为1.27mm的铝合金作为基材。接着，利用铝用化学研磨液(日本磷化学工业公司制，夕1J 一卜#1)对准备好的基材进行化学研磨，然后，对基材的表面实施蚀刻处理和锌酸盐处理(日文少一卜処理)。另外，化学研磨后的基材表面的轮廓算数平均偏差Ra为67.3nm。
[0072]接着，针对实施了蚀刻处理和浸锌处理的基材，使用N1-P镀浴(日本奥野制药工业公司制，ICP 二 3 口 > GM-NP)，通过化学镀，在基材上形成厚度为2 μ m的N1-P镀层(P的含有比例为7重量％ )，由此，得到了表面的轮廓算数平均偏差Ra为76.8nm的N1-P镀层。
[0073]接着，针对形成了 N1-P镀层的基材，使用化学置换金镀浴(日本奥野制药工业公司制，7歹、y iy ^卜''NC)，在55°C、一分钟的条件下，实施化学置换镀敷处理，然后，使用化学还原金镀浴(日本奥野制药工业公司制，七少7 3''—少卜'、011()，在601、一分钟的条件下，实施化学还原镀敷处理，由此，在N1-P镀层上形成厚度为32nm的金镀层，而得到镀金覆盖材料。
[0074]实施例6?8
[0075]通过改变在形成金镀层时的化学还原镀中的浸渍时间，使形成的金镀层的厚度为55nm(实施例6)、72nm(实施例7)以及I1nm(实施例8)，除此以外，与实施例5同样地得到镀金覆盖材料。
[0076]实施例9
[0077]准备将具有与实施例1的铝合金相同的成分且厚度为0.2mm的铝合金加工成宽度为15mm、长度为140mm的大小的基材作为基材，并对准备好的基材的表面实施深度为5mm、间距为5mm的槽加工。接着，利用铝用化学研磨液(日本磷化学工业公司制，夕'J 一、m彳卜#1)对实施了槽加工的基材进行化学研磨，然后，对基材的表面实施蚀刻处理和浸锌处理。另外，化学研磨后的基材表面的轮廓算数平均偏差Ra为55.6nm。
[0078]接着，针对实施了蚀刻处理和浸锌处理的基材，使用N1-P镀浴(日本奥野制药工业公司制，ICP 二 3 口 > GM-NP)，通过化学镀，在基材上形成厚度为2 μ m的N1-P镀层(P的含有比例为7重量％ )，由此，得到了表面的轮廓算数平均偏差Ra为65nm的N1-P镀层。
[0079]接着，针对形成了 N1-P镀层的基材，使用化学置换金镀浴(日本奥野制药工业公司制，7歹、y ^卜''NC)，在55°C、一分钟的条件下，实施化学置换镀敷处理，然后，使用化学还原金镀浴(日本奥野制药工业公司制，七少7 3''—少卜'、011()，在601、三分钟的条件下，实施化学还原镀敷处理，由此，在N1-P镀层上形成厚度为62nm的金镀层，而得到镀金覆盖材料。
[0080]比较例I
[0081]与实施例1同样地准备好形成有厚度为10 ym的N1-P镀层(P的含有比例为12重量％ )的、总厚为1.27_的铝合金作为基材，接着，不对准备好的基材进行研磨而是对其实施了蚀刻处理和浸锌处理。
[0082]然后，针对实施了蚀刻处理和浸锌处理的基材，使用N1-P镀浴(日本奥野制药工业公司制，ICP 二 3 口 > GM-NP)，通过化学镀，在基材上形成厚度为2 μ m的N1-P镀层(P的含有比例为7重量％ )，由此，得到了基材表面的轮廓算数平均偏差Ra为166 nm的N1-P镀层O
[0083]接着，针对形成了 N1-P镀层的基材，使用化学置换金镀浴(日本奥野制药工业公司制，7歹、y iy ^卜''NC)，在55°C、一分钟的条件下，实施化学置换镀敷处理，然后，使用化学还原金镀浴(日本奥野制药工业公司制，七少7 3''—少卜'、011()，在601、一分钟的条件下，实施化学还原镀敷处理，由此，在N1-P镀层上形成厚度为33nm的金镀层，而得到镀金覆盖材料。
[0084]比较例2、3
[0085]通过改变在形成金镀层时的化学还原镀中的浸渍时间，使形成的金镀层的厚度为75nm(比较例2)和117nm(比较例3)，除此以外，与比较例I同样地得到镀金覆盖材料。_6] 金镀层的耐腐蚀性评价
[0087]接着，对在实施例1?9和比较例I?3中得到的镀金覆盖材料进行耐腐蚀性的评价。具体而言，耐腐蚀性的评价是通过以下方式进行的，即，利用聚酰亚胺带以镀金覆盖材料暴露纵长为35mm、横长为20mm的面积的方式遮蔽该镀金覆盖材料，在90 °C的硫酸水溶液(体积为80ml，pH:1.0)中浸渍了 100个小时，之后，取出镀金覆盖材料，利用ICP光谱仪(日本岛津制作所公司制，ICPE - 9000)测量自镀金覆盖材料溶出到硫酸水溶液中的离子(N1、P、Al)的质量浓度(g/L)。另外，同时，针对通常用作燃料电池用隔板的材料的SUS316L，也同样地使其浸渍在硫酸水溶液中，利用ICP光谱仪测量溶出到硫酸水溶液中的离子(Fe、Cr、Mo、Ni)的质量浓度(g/L)，由此，进行了耐腐蚀性的评价。结果表示在图1中。
[0088]另外，在图1所示的曲线图中，对于各实施例和各比较例中的评价结果，示出了自镀金覆盖材料溶出的N1、P、Al的离子的质量浓度，另一方面，对于SUS316L的评价结果，示出了自SUS316L溶出的Fe、Cr、Mo、Ni的离子的质量浓度。另外，图1所示的曲线图中的、各实施例和各比较例的自镀金覆盖材料溶出的离子(N1、P、Al)的质量浓度是将自SUS316L溶出的离子(Fe、Cr、Mo、Ni)的质量浓度的值作为100而用相对值来表示的。
[0089]根据图1的结果，在使形成在基材上的基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下且通过化学镀形成了金镀层的实施例1?9的镀金覆盖材料中，为这样的结果:即使在金镀层的厚度较薄的情况下，与SUS316L相比，也能够有效地抑制离子自基材的溶出，耐腐蚀性优异。特别是，对于实施例9的镀金覆盖材料，是在对基材实施了槽加工之后通过化学镀形成了金镀层，但能够确认到:在通过槽加工而形成的凹凸部也能够良好地形成金镀层，而能够有效地抑制离子自基材的溶出。
[0090]另一方面，在形成在基材上的基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra大于SOnm的比较例I?3的镀金覆盖材料中，为这样的结果:在金镀层的厚度较薄的情况下，与SUS316L相比，更多的离子自基材溶出，耐腐蚀性较差。
[0091]体积电附率的测量
[0092]接着，使用在实施例6中得到的镀金覆盖材料，形成图2所示那样的测量系统，使用形成的测量系统对体积电阻率进行了测量。另外，图2所示的测量系统包括由在实施例6中得到的镀金覆盖材料形成的试验片10、碳布20、覆盖有金镀层的铜电极30、电压表40以及电流表50。对于体积电阻率的测量，具体而言，首先，如图2所示，利用覆盖有金镀层的铜电极30从两侧以隔着碳布20(日本東U公司制，产品编号:TGP-H- 090)的方式夹持固定试验片10，从而得到图2所示的测量系统，其中，该试验片10是通过将镀金覆盖材料加工成宽度为20mm、长度为20mm、厚度为1.27mm的大小而得到的。接着，对铜电极30施加恒定的负荷，并且使用欧姆表(日本日置电机公司制，毫欧测试仪3540)对夹有试验片10的上下的碳布20之间的电阻值R进行了测量。然后，基于测量出的电阻值R，按照下述式子
(I)，计算体积电阻率P。
[0093]p=R.S/L...(I)
[0094]上述式子(I)中，S为试验片10的截面积(宽度20mmX长度20mm)，L为试验片10的厚度(厚度为1.27mm)。另外，由上述式子(I)可明确，体积电阻率P与试验片10的截面积和厚度无关，而是显示试验片10自身的导电性的参数。另外，在本实施例中，在测量体积电阻率P时，通过使施加于铜电极30的负荷发生变化，来测量不同负荷时的体积电阻率P。得到的测量结果表示在图3中。
[0095]另外，在图3中，还一并表示了使用碳隔板(日本東陽尹夕二力公司制)测量到的体积电阻率P的值来作为比较数据。对于碳隔板的体积电阻率P，是通过使用将碳隔板加工成宽度为20mm、长度为20mm、厚度为1.0mm的大小而得到的试验片10，利用上述的图2所示的测量系统进行测量而得到的。另外，在图3中，体积电阻率P的测量结果是用将负荷为5kg/m2时的碳隔板的体积电阻率P作为100的情况下的相对值来表示的。
[0096]根据图3的结果，在使形成在基材上的基底镀层的表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下且通过化学镀形成了金镀层的实施例6的镀金覆盖材料中，为这样的结果:在任意负荷值的情况下，体积电阻率P均是低于以往的碳隔板的值，导电性优异。
[0097]附图标记说曰月
[0098]10、试验片；20、碳布；30、铜电极；40、电压表；50、电流表。
【主权项】
1.一种燃料电池用隔板，其特征在于，包括: 基材; 基底镀层，其形成在上述基材上；以及 金镀层，其是通过化学镀而形成在上述基底镀层上的； 上述基底镀层的与上述金镀层相对的面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下。2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板，其特征在于， 上述基底镀层形成在表面预先使用机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一种方法研磨后的上述基材上。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用隔板，其特征在于， 上述基底镀层是使用含有光亮剂的镀浴而形成的。4.根据权利要求1?3中任一项所述的燃料电池用隔板，其特征在于， 在上述基材上形成了上述基底镀层之后，使用机械研磨、化学研磨以及化学机械研磨中的至少一种方法对上述基底镀层的表面进行了研磨。5.一种燃料电池单元，其中， 该燃料电池单元是使用权利要求1?4中任一项所述的燃料电池用隔板而成的。6.一种燃料电池堆，其中， 该燃料电池堆是层叠多个权利要求5所述的燃料电池单元而成的。7.一种燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，包括以下工序: 在基材的表面形成表面的轮廓算数平均偏差Ra为SOnm以下的基底镀层；和 通过化学镀在上述基底镀层上形成金镀层。
【专利摘要】本发明提供一种燃料电池用隔板，其特征在于，包括：基材；基底镀层，其形成在上述基材上；以及金镀层，其是通过化学镀而形成在上述基底镀层上的，上述基底镀层的与上述金镀层相对的面的轮廓算数平均偏差Ra为80nm以下。根据本发明，能够在构成气体流路的凹凸部均匀地形成金镀层，从而不增厚金镀层的厚度就能防止金镀层上的未形成金镀层的部分和针孔的产生，而具有优异的耐腐蚀性和导电性。
【IPC分类】C23C18/42, H01M8/02, C23C18/18
【公开号】CN104885273
【申请号】CN201380063840
【发明人】迎展彰
【申请人】东洋钢钣株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月26日
【公告号】EP2930773A1, US20150340714, WO2014087878A1
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