[發明專利]耐蝕性被膜的成膜方法、形成有耐蝕性被膜的耐蝕性構件、換熱器和燃料電池系統

有效

• 申請號: 202110355832.5
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113493911B
• 公開（公告）日: 2023-04-21
• 發明（設計）人: 片岡朋治;渡部雅王;草野雄也
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: C23C22/34
• 分類號: C23C22/34;H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/04089;H01M8/04701;H01M8/22
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 劉航;王瀟悅

提供一種在酸性氣氛下具有耐蝕性的耐蝕性被膜的成膜方法和被覆有耐蝕性被膜的耐蝕性構件。所述耐蝕性被膜的成膜方法至少包括：使包含鋁的基材(11)與包含硫酸根離子和氟離子的水溶液(L)接觸的接觸工序；以及通過加熱基材(11)，來使水溶液(L)在基材(11)的表面沸騰，從而在基材(11)的表面形成耐蝕性被膜(12)的成膜工序，耐蝕性被膜(12)在來自基材(11)的鋁以外還至少含有氧、氟和硫。

技術領域

本發明涉及耐蝕性被膜的成膜方法、形成有耐蝕性被膜的耐蝕性構件、具備耐蝕性構件的換熱器以及具備換熱器的燃料電池系統。

背景技術

作為這種技術，例如專利文獻1公開了一種成膜方法，其使鋁氧化物材料與金屬制基材的表面相對，在氟氣氣氛下加熱鋁氧化物材料，在基材的表面形成由氟化鋁制成的耐蝕性被膜。

現有技術文獻

專利文獻1：日本特開2003-313665號公報

發明內容

但是，專利文獻1所示的耐蝕性被膜，在真空室等不存在水分的地方化學穩定且具有高耐蝕性，但在包含酸性水分的酸性氣氛下，有時與酸性水分反應，耐蝕性被膜溶解。

本發明是鑒于這樣的問題而完成的，作為本發明，提供一種在酸性氣氛下具有耐蝕性的耐蝕性被膜的成膜方法、以及被覆有耐蝕性被膜的耐蝕性構件。

鑒于上述課題，本發明的耐蝕性被膜的成膜方法的特征在于，至少包括接觸工序和成膜工序，在所述接觸工序中，使包含鋁的基材與包含硫酸根離子和氟離子的水溶液接觸，在所述成膜工序中，通過加熱所述基材，使所述水溶液在所述基材的表面沸騰，在所述基材的表面形成在來自所述基材的鋁中含有氧、氟和硫的耐蝕性被膜。

根據本發明，通過在使包含鋁的基材與包含硫酸根離子和氟離子的水溶液接觸的狀態下將基材加熱，來使水溶液在基材表面沸騰。

在基材表面，反復發生蒸氣氣泡的產生和蒸氣氣泡的脫離。在此，在基材表面(水溶液的傳熱面)之中氣泡的接觸面，水溶液中的硫酸根離子和氟離子被濃縮。包含硫酸根離子和氟離子的水溶液是酸性的水溶液，但由于該濃縮，假定在氣泡的接觸面附近，pH值變低。由此，在氣泡的接觸面生成在鋁中含有氧、氟和硫的金屬化合物，水溶液中的硫酸根離子和氟離子被消耗。

如果產生的氣泡從基材表面脫離，則新的(硫酸根離子和氟離子未被消耗的)水溶液流入基材表面，在生成了包含鋁、氧、氟和硫的金屬化合物的表面附近，進一步產生氣泡。這樣，通過(1)這樣的氣泡產生引起的金屬化合物的生成、(2)氣泡脫離引起的新的水溶液向基材表面流入反復進行，由此連續發生與氣泡的生長脫離相伴的pH值的變動和離子的變動。由此，基材表面的氧化膜溶出、并且硫酸根離子和氟離子進入基材表面的行為反復發生。這樣的結果，在基材表面形成耐蝕性被膜，所述耐蝕性被膜在來自基材的鋁中至少含有氧、氟和硫。這樣的結果，能夠得到在包含酸性水分的酸性氣氛下難以與酸性水分反應，耐蝕性高的耐蝕性被膜。

作為更優選的方式，所述基材形成有儲存所述水溶液的儲存部的壁部作為換熱器的一部分，在所述接觸工序中，使所述水溶液儲存在所述儲存部中，在所述成膜工序中，使被導入所述換熱器且溫度高于所述水溶液的沸點的熱流體的熱，經由所述壁部傳遞到所述水溶液，使所述水溶液沸騰。

根據該方式，換熱器的儲存部的壁部由包含鋁的基材形成，在接觸工序中，在儲存部儲存水溶液時，壁部表面(基材表面)與水溶液接觸。成膜工序中，導入換熱器的熱流體的溫度比水溶液的沸點高，所以熱流體的熱經由壁構件傳遞到水溶液，水溶液沸騰。通過該水溶液的沸騰，能夠在儲存部的壁部表面形成耐蝕性被膜。

作為優選方式，所述換熱器設在具備通過空氣和氫氣發電的燃料電池堆的燃料電池系統中，所述水溶液是在所述燃料電池堆發電時生成的生成水，所述熱流體是從空氣壓縮機排出的空氣，在所述接觸工序中，將由所述燃料電池堆生成的生成水供給到所述儲存部，在所述成膜工序中，向所述換熱器供給從所述空氣壓縮機排出的空氣。