[發明專利]一種燃料電池用高耐蝕鐵素體不銹鋼及其制造方法

在審

• 申請號: 202010552720.4
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111876661A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 張志霞;畢洪運;徐鋒;余海峰;黃俊霞;李實;戴柯棟
• 申請（專利權）人: 寧波寶新不銹鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/26;C22C38/20;C22C38/24;C22C38/44;C22C38/48;C22C38/42;C22C38/46;C22C38/06;C21D8/02;H01M8/021
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

一種燃料電池用高耐蝕鐵素體不銹鋼及其制造方法，其特征在于：該鐵素體不銹鋼的化學成分質量百分比為：C:0.015％以下、Si：0.2～0.5％、Mn:0.2～0.5％、Cr:28～32％、Ni：≤0.5％，Mo：0.1～4.0％，N:0.015％，P0.04％，S0.01％，Nb：0.1～0.6％，Al:0.005～0.02％，Cu：＜0.5％，V：0.02～0.2％，Sn：0.01～0.8％，Ce+La:0.001～0.3，且Ce/La≥2，余量為Fe和不可避免雜質。制造步驟：冶煉、鍛造；熱加工；冷軋；退火；除去表面氧化膜。本發明.的成分設計科學合理，制造工藝簡單，易操作，獲得了具有高耐蝕性、高導電率的鐵素體不銹鋼，能取代涂層類不銹鋼制作燃料電池雙極板。

技術領域

本發明屬于不銹鋼生產技術領域，涉及一種燃料電池用高耐蝕鐵素體不銹鋼及其制造方法。

背景技術

燃料電池是一種主要通過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應，把燃料中的化學能轉換成電能的發電裝置。最常見的燃料為氫，其他燃料來源來自于任何的能分解出氫氣的碳氫化合物，例如天然氣、醇、和甲烷等。燃料電池優點在于透過穩定供應氧和燃料來源，即可持續不間斷的提供穩定電力，直至燃料耗盡，不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續充電。氫燃料電池汽車的全生命周期排放，即包含汽車制造、電池制造、燃料(汽油、氫)或能源(發電)制備、汽車行駛全部環節的排放，不僅低于燃油車，也比純電車更低。氫燃料電池車為產業鏈需重點攻克的環節，其核心為燃料電池動力系統，包括電堆、空氣壓縮機、高壓儲氫罐等多個零部件，而電堆又是動力系統中的核心。

雙極板，又叫流場板，是電堆核心部件之一，主要起到起輸送和分配燃料、在電堆中隔離陽極陰極氣體的作用。目前廣泛采用的雙極板材料為無孔石墨板，金屬板和復合材料雙極板。金屬雙極板因具有優異的導電、導熱性能、機械加工性、致密性，以及強度高、阻氣性好等優勢，可以為汽車應用提供良好的動力密度、低溫(-40℃)啟動保障，適合大批量低成本生產。然而，不銹鋼雙極板在工作條件下的腐蝕問題成為制約其應用的主要因素，不銹鋼表面的鈍化膜增加了電池內部的接觸電阻，會降低燃料電池發電效率。通過化學物理方法，如電鍍、磁控濺射、化學氣相沉積(CVD)、以及物理氣相沉積(PVD)等方法，在不銹鋼表面制備導電防腐層，可以有效提高其在燃料電池工作條件下的耐腐蝕性能，同時保持良好的導電性，維持低的接觸電阻，但對涂層及工藝提出很高的要求。

現有的鐵素體不銹鋼需要滿足以下兩個條件：一、導電性要高，接觸電阻盡可能小。導電性影響到電池的效率密度；二、耐蝕性要好。在酸性或堿性條件下，在一定的工作溫度和電位范圍內不發生腐蝕，避免降低電池的輸出功率和轉換效率。

經查，國內外相關不銹鋼專利有：

如專利KR100836480B1公布了一種燃料電池的隔板的不銹鋼，具有低的界面接觸電阻和耐腐蝕性，而不引起任何材料變形；經等離子體氮化該不銹鋼，然后在250-400℃保持5分鐘到10小時，形成一氮化物層于所述不銹鋼的表面。

還有，專利KR1020100074512A公布了一種用于制造一種金屬雙極性板，具有安全高耐腐蝕性和高導電性(低接觸電阻)。制備鐵氧體不銹鋼基板后，在一硫酸溶液的混合溶液中洗滌，在硝酸和氫氟酸的酸中鈍化。

專利KR1020130074216A涉及一種低的界面阻力用于燃料電池隔板的不銹鋼及制造方法。在氫氧化鈉溶液中形成所述不銹鋼表面鈍化膜，具有低的界面接觸性。

上述專利中第一個對工藝要求較高，另外二個專利均需要鈍化，然而鈍化膜增加了電池內部的接觸電阻，會降低燃料電池發電效率。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種具有高耐蝕性、高導電率的燃料電池用高耐蝕鐵素體不銹鋼。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種制備工藝簡單的燃料電池用高耐蝕鐵素體不銹鋼的制造方法，制備的鐵素體不銹鋼具有高耐蝕性及高導電率。