[發(fā)明專利]具有導(dǎo)電和耐腐蝕特性的涂層

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380010775.0
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN104204274A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: K·庫克;G·埃琴格;S·費爾德;H·孫
• 申請（專利權(quán)）人: 梯爾鍍層有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/02;C23C28/00;H01M8/02;C23C14/35
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 苗征;于輝

本申請所涉及的發(fā)明是一種用于涂布到制品的至少一個表面上，以為所述表面提供某些所需特性的涂層。特別地，但不一定是唯一的，所述制品是通過與氧或其他氧化劑的化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能從燃料轉(zhuǎn)化為電能的燃料電池中使用的板。氫是最常見的燃料，但烴類，如天然氣和甲醇等醇類有時主要用于提供電能。本發(fā)明還提供了用于涂布所述涂層的方法。

應(yīng)當(dāng)注意，雖然現(xiàn)在參照在燃料電池板上使用涂層來說明本發(fā)明，但該涂層可以用在其他裝置中，例如，電解槽、電池的電極、電鍍裝置的電極，一般而言可用在可在腐蝕性介質(zhì)中使用的裝置表面上。

燃料電池包括雙極板，它們是堆疊在一起的導(dǎo)電板，具有典型的板作為一個單電池的陽極和下一個單電池的的陰極。所述板在燃料電池堆中具有許多的功能，其中包括分離單電池之間的氣體，提供導(dǎo)電介質(zhì)，為反應(yīng)氣體提供流場通道和將熱量傳遞出單電池。要求所述板是不透氣的，具有良好的導(dǎo)電性，耐腐蝕并相對容易大量制造。

通常，需要為這種類型的制品提供良好的導(dǎo)電性，同時，需要將制品的狀態(tài)保持至少預(yù)定的時間，以便設(shè)置具有該制品的裝置的壽命具有用于商業(yè)目的的可接受的時間。當(dāng)考慮到該制品通常用在高腐蝕性介質(zhì)中并接觸到高腐蝕性介質(zhì)，所述高腐蝕性介質(zhì)會不利地影響其狀態(tài)并因此在顯著程度上和在一段相對短的時間內(nèi)影響制品的性能，應(yīng)當(dāng)理解眾所周知需要處理該問題。

通常，已經(jīng)以不同的方式解決該問題，一種是由能夠?qū)崿F(xiàn)這一點的材料形成板，如金、鈀或碳自身，這在成本、空間、機(jī)械性能方面存在一些缺點，或者通過在材料的外表面設(shè)置涂層，這在成本、硬度、空間、機(jī)械強(qiáng)度方面具有一些好處，除了在表面導(dǎo)電性方面，或者至少是暴露在腐蝕性介質(zhì)中的制品的表面上，該表面由相對昂貴的導(dǎo)電性金屬形成，例如金，其能夠保持制品的導(dǎo)電性，同時耐腐蝕性介質(zhì)的影響。雖然這種形式的涂層可能是有效的，但其成本意味著包括這些制品形成的裝置可能是非常昂貴的和/或結(jié)果是被迫將涂層的厚度減小到使其變得無效這樣的程度。盡管存在這些問題和成本，但迄今為止，使用這些涂層一直是最常用的方法。

在制品的表面上提供導(dǎo)電碳涂層是已知的，本發(fā)明的目的是對這種形式的涂層提供改善，以便提供一種在導(dǎo)電性和其他特性方面都具有有益效果的涂層，使其可以進(jìn)行商業(yè)實施，也可以使所述制品抵抗腐蝕介質(zhì)的不利影響。所述涂層不僅通過長時間地維持高水平的導(dǎo)電性確保組件或板的連續(xù)操作，還通過將組件或板的表面固有的電阻值減小到低于未涂布的材料的電阻值，這可以提高在所希望的電壓或電流下操作的裝置的總的功率密度容量。

在本發(fā)明的第一方面提供了制品，所述制品包括由導(dǎo)電性材料形成的基底(base)或板，和涂布到所述制品上以覆蓋其至少一部分外表面的涂層，所述涂層至少在它的外表面上包括導(dǎo)電性的、基本上碳材料的層和/或貴金屬層，并且其中，所述外表面和基底中間設(shè)置至少一個一種或多種導(dǎo)電性材料的中間層。

在一個實施方案中，所述至少一個中間層是氮化物和/或碳化物的層。在一個實施方案中，所述至少一個氮化物和/或碳化物材料的層位于與所述制品的基底的外表面接觸的位置。在一個實施方案中，除氮化物和/或碳化物以外或代替氮化物和/或碳化物，所述涂層包括金屬或金屬合金。在一個實施方案中，金屬或金屬合金是Ti或NiCr的任一種或者任意組合。

在一個實施方案中，當(dāng)所述涂層中包括貴金屬時，所用的金屬是金。

在一個實施方案中，設(shè)置貴金屬層的位置，從而將碳材料涂布在其上以形成涂層的外表面。

在一個實施方案中，鄰近于碳層的中間層與所述涂層的碳層之間的過渡是分級(graded)的。在一個實施方案中，提供了金屬或金屬合金層，在所述金屬或金屬合金層上涂布基本上為碳的層。在一個實施方案中，金屬或金屬合金層和碳層在組成上和/或結(jié)構(gòu)上是分級的。提供這種形式的層有助于在后續(xù)的機(jī)械加工過程中獲得改進(jìn)的成型性和制品的沖壓性，并因此保留了涂層的完整性和功能性。在一個實施方案中，所述涂層的至少一部分基于密度和/或sp2/sp3碳鍵比分級。

此外或可選地，在氮化物和碳材料之間設(shè)置了可識別的界面。

典型地，氮化物和/或碳化物層用于提供涂層與基底的粘附、基底材料的屏障層和/或基底材料的腐蝕保護(hù)以及在制造和服役期間的增強(qiáng)的機(jī)械耐用性中的任一種或任意組合。所述涂層還提供了改進(jìn)的沖壓性，所述涂層能夠更容易地形成和成形，以適合特定的目的，例如成形為作為用于燃料電池板的涂層，同時確保所述涂層本身保持它的完整性，在形成和/或沖壓過程中降低涂層破裂或失敗的風(fēng)險。