專利名稱：具有貴金屬鍍層的金屬構(gòu)件和該金屬構(gòu)件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有貴金屬鍍層的金屬構(gòu)件及其制造方法。更具體地， 本發(fā)明涉及具有不易剝離的貴金屬鍍層的金屬構(gòu)件及其制造方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)通過(guò)使用在原樣使用時(shí)燃料電池和電極之間的接觸電阻增加的 材料形成燃料電池的隔離器時(shí)，對(duì)于隔離器表面接觸電極的部分施加貴
金屬鍍層。例如，在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)JP-A-2001-6713中，通過(guò)在用 碳化硅紙輕度拋光不銹鋼而以機(jī)械方式去除鈍化膜(氧化物膜)的同時(shí) 進(jìn)行在不銹鋼表面上沉積微量的鉑的工藝，制造了貴金屬粘附于其表面 上的不銹鋼。
此外，在日本專利申請(qǐng)^>開(kāi)JP-A-2000-164228中，燃料電池隔離器 包括具有多層結(jié)構(gòu)的涂層，該多層結(jié)構(gòu)由低電阻層、耐蝕層和耐剝離層 中的兩個(gè)層或更多個(gè)層形成。日本專利申請(qǐng)公開(kāi)JP-A-2000-323151描 述了包括隔離器的燃料電池，在該隔離器中，在鄰接氣體擴(kuò)散電極的導(dǎo) 電氣體通道板的一部分上布置具有耐蝕性的導(dǎo)電接觸點(diǎn)。日本專利申請(qǐng) 公開(kāi)JP-A-2002-134136提供了表面處理方法，在該表面處理方法中， 通過(guò)超聲波束使得涂層粒子振動(dòng)并流動(dòng)；并且，當(dāng)通過(guò)涂層粒子碰撞處 理的表面而去除鈍化態(tài)的金屬的表面氧化物膜時(shí)，涂層粒子附著于去除 氧化物膜的部分的一部分或全部上。
但是，即使在形成貴金屬層之后立刻將貴金屬鍍層牢固地結(jié)合到構(gòu) 件的其它金屬，但是隨著的時(shí)間流逝，也會(huì)在鍍層和所述其它金屬的界 面上形成金屬化合物層，結(jié)果，貴金屬鍍層可能剝離掉。這類問(wèn)題不限 于燃料電池的隔離器，只要表面上趨于形成氧化物膜的金屬構(gòu)件鍍有貴 金屬，就可能出現(xiàn)這種問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供具有不易剝離的貴金屬鍍層的金屬構(gòu)件以及制造 該金屬構(gòu)件的技術(shù)。
因此，本發(fā)明的一方面涉及在由預(yù)定金屬形成的棵金屬部分的表面 上具有貴金屬鍍層的金屬構(gòu)件，其中，棵金屬部分和鍍層的界面附近的
氫原子的原子百分率不大于1.0%。這減少鍍層由于在鍍層和棵金屬部
分的界面附近形成金屬氫化物而易于剝離的可能性。順便提及，該金屬 構(gòu)件可用作燃料電池的隔離器(隔板)。
還可使得界面附近的碳原子的原子百分率不大于30%。這減少鍍層 由于通過(guò)氧化存在于鍍層和棵金屬部分的界面附近的碳化物形成的金 屬氧化物而易于剝離的可能性。由于燃料電池隔離器可能置于由于酸性 流體而容易出現(xiàn)氧化的環(huán)境中，所以該結(jié)構(gòu)是特別優(yōu)選的。
界面附近的碳原子的原子百分率的平均值也可以為約5%。關(guān)于給 定元素原子的原子百分率的平均值，約X。/。意味著X。/o加減10%的范圍。 例如，約5%表示4.5% ~ 5.5%。
形成棵金屬部分的預(yù)定金屬可以為鈦或不銹鋼。
還可根據(jù)以下方法制造在由預(yù)定金屬形成的棵金屬部分的表面上 具有貴金屬鍍層的金屬構(gòu)件。首先，去除棵金屬部分的表面層(去除步 驟)。然后，對(duì)去除了棵金屬部分的表面層(去除步驟)的部分施加貴 金屬鍍層。然后，在惰性氣氛中對(duì)所述金屬構(gòu)件進(jìn)行熱處理(熱處理步 驟)。結(jié)果，與未進(jìn)行去除步驟和熱處理步驟的情況相比，金屬構(gòu)件可 以制造為在鍍層和棵金屬部分的界面附近具有較少的碳化物和氫。當(dāng)以 此方式制造金屬構(gòu)件時(shí)，鍍層不易剝離掉。熱處理可使得氫分散，所以 棵金屬部分和鍍層的界面附近的氫原子的原子百分率不大于1.0%。
在熱處理步驟中，可以在包括端值的220°C~600。C的氣氛中對(duì)金 屬構(gòu)件進(jìn)行熱處理。結(jié)果，與在其它溫度進(jìn)行熱處理的情況相比，金屬 構(gòu)件可以制造為在鍍層和棵金屬部分的界面附近具有較少的氫。
在去除步驟中，作為表面層可去除包括棵金屬部分的表面并且具有比已去除了表面層之后的棵金屬部分的表面部分高的碳含量的部分。結(jié) 果，與未進(jìn)行去除步驟的情況相比，金屬構(gòu)件可以制造為在鍍層和棵金 屬部分的界面附近具有較少的碳化物。


參照附圖由優(yōu)選實(shí)施方案的以下說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其它目的、 特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得明顯，其中，使用類似的附圖標(biāo)記以表示類似的要素 /元件，和其中，
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明 一個(gè)示例性實(shí)施方案的隔離器的制造方法的
流程圖2是表示沿隔離器構(gòu)件的深度方向的碳原子的原子百分率的分布 的圖3是表示熱處理之后沿隔離器構(gòu)件的深度方向的碳原子的原子百 分率的分布的圖4是根據(jù)圖l所示的方法制造的隔離器構(gòu)件的圖5是表示當(dāng)改變步驟S20中的拋光條件時(shí)制造的隔離器的剝離試 驗(yàn)的結(jié)果的圖6是表示當(dāng)改變步驟S40中的熱處理?xiàng)l件時(shí)制造的隔離器的剝離 試驗(yàn)的結(jié)果的圖；和
圖7是表示以下情況下的粘附性的圖根據(jù)圖1中流程圖所示的方 法制造的隔離器構(gòu)件(C );在沒(méi)有拋光或熱處理的情況下制造的隔離器 構(gòu)件(A);和在沒(méi)有熱處理的情況下制造的隔離器構(gòu)件(B)。
具體實(shí)施例方式
下面以以下次序描述本發(fā)明A.示例性實(shí)施方案；B.試驗(yàn)實(shí)施例； C.改變實(shí)施例
A.示例性實(shí)施方案圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的隔離器的制造方法
的流程圖。在步驟S10中，首先制備鈦隔離器構(gòu)件。例如，該隔離器構(gòu) 件可以是由JIS1型純鈦形成的板狀構(gòu)件。順便提及，在鈦隔離器構(gòu)件
的表面上，碳化物層包括由鈦和在壓制成形時(shí)施加的軋制工藝潤(rùn)滑冷卻
液等的碳夾雜物之間的反應(yīng)形成的TiC。
圖2是表示沿隔離器構(gòu)件的深度方向的碳原子的原子百分率的分布 的圖。圖的橫軸表示沿隔離器構(gòu)件的深度方向的位置d，圖的縱軸表示 碳原子的原子百分率(原子％)。圖2中的數(shù)值是通過(guò)X射線光電子能 譜或XPS獲得的值。在本說(shuō)明書(shū)中，將通過(guò)根據(jù)該方法測(cè)量的碳原子 的原子百分率評(píng)價(jià)碳含量。
在圖2中，Cl表示沿在步驟S10中制備的鈦隔離器構(gòu)件的深度方 向的碳原子的原子百分率的分布。如從圖2可以清楚地看出的，對(duì)于在 步驟SIO中制備的鈦隔離器構(gòu)件，處于從表面(深度為0)到50nm深 的范圍RdO中的碳原子的原子百分率的最大值超過(guò)30%，而平均值不 大于5%。
在步驟S20中，通過(guò)拋光隔離器構(gòu)件的表面去除表面層SL上的碳 化物。順便提及，構(gòu)件的表面層指的是包括構(gòu)件表面的構(gòu)件的一部分。 在這種情況下，拋光隔離器構(gòu)件的表面，直到去除約20納米厚的材料 層。
可根據(jù)在步驟SIO中制備的隔離器構(gòu)件中的碳原子的原子百分率的 分布確定在步驟S20中去除的表面層的厚度。在這種情況下，在碳原子 的原子百分率分布如圖2中的Cl所示的隔離器構(gòu)件中，去除約20nm 厚的表面層SL，使得去除表面層之后從鈦金屬部分的表面起到50nm 深的碳原子的原子百分率不大于5%。
在圖2中，C2表示在執(zhí)行步驟S20之后沿隔離器構(gòu)件的深度方向 的碳原子的原子百分率的分布。如從圖2可以清楚地看出的，在步驟 S20之后，在鈦隔離器構(gòu)件中從表面(深度為0)到50nm深的范圍中， 碳原子的原子百分率低于5%的平均值。順便提及，在圖2中的C2，碳 的百分率不是在表面處(深度為0)最高。而是，碳的百分率在2 3nm 的深度附近最高。認(rèn)為原因是由于表面粗糙性，所以與存在100%金
7屬的構(gòu)件內(nèi)部相比，碳的量在隔離器構(gòu)件表面附近比在該構(gòu)件內(nèi)部少。
然后，在圖1中的步驟S30中，通過(guò)濺射對(duì)隔離器構(gòu)件的表面鍍金。 更具體地，在10-2托的氬氣氛中，用金進(jìn)行濺射，使得鍍層為約10nm 厚。此時(shí)，來(lái)自環(huán)境中的少量1120的H+引入到金鍍層上。
在圖1中的步驟S40中，在10-2托的氬氣氛中，在實(shí)際加熱溫度為 220°C~450°C的400。C的目標(biāo)溫度下，熱處理鍍金的隔離器構(gòu)件約30 分鐘。進(jìn)行這類熱處理，由于使得氫氣到樣品外部或使得氫擴(kuò)散到鈦金 屬層中，所以去除了存在于金鍍層和鈦層的界面附近的氫。
圖3是表示進(jìn)行熱處理之后的沿隔離器構(gòu)件的深度方向的碳原子的 原子百分率分布的圖。圖的橫軸表示沿隔離器構(gòu)件深度方向的位置d， 圖的縱軸表示氫原子的原子百分率(原子％)。圖3的圖中的數(shù)值是通 過(guò)根據(jù)盧瑟福背散射鐠(Rutherford Backscattering Spectroscopy)或 RBS的測(cè)量獲得的值。在本說(shuō)明書(shū)中，將通過(guò)根據(jù)該方法測(cè)量的氫原子 的原子百分率評(píng)價(jià)氫含量。順便提及，當(dāng)使用盧瑟福背散射分光光譜時(shí)， 沿深度方向存在幾納米的誤差。
如從圖3可以清楚地看出的，在鈥層G和約10nm深的金鍍層P的 界面附近，氫原子的原子百分率是最高的。但是，由于步驟S40中的熱 處理，在金鍍層P和鈦層G的界面加減10nm的范圍Rd中，氫原子的 原子百分率最大不大于1%。順l更提及，在圖3的圖中，在鈦層G側(cè)距 峰值3nm深處，氫原子的原子百分比為約一半。類似地，氫的百分率 在圖左端的表面(深度為0)附近比在幾nm深處高的原因認(rèn)為是由于 檢測(cè)到了附著于鍍金表面上的基于OH的氫。
圖4是通過(guò)圖1所示的方法制造的隔離器構(gòu)件的圖。以上述方式， 可制造出在金鍍層P和作為棵金屬部分的鈦層G的界面BS附近的范圍 Rd中氫原子的原子百分率不大于1%的鈦隔離器構(gòu)件。順便提及，在本 說(shuō)明書(shū)中，在描述元素原子的原子百分率時(shí)，表述"界面附近"指的是界 面BS之上10nm的位置和界面BS之下10nm的位置之間的范圍，并且 是包括鍍層P或棵金屬部分G的范圍。
在向鈦金屬表面施加金鍍層的步驟S30中的過(guò)程及其之后的過(guò)程中，鈦金屬中碳原子的原子百分率同樣不增加。因此，對(duì)于通過(guò)圖1中
的方法獲得的鈦隔離器構(gòu)件，在金鍍層P和鈦層G的界面BS (與步驟 S20之后和步驟S30之前的鈦金屬表面對(duì)應(yīng))附近50nm的深度處，碳 原子的原子百分率平均不大于5% (參見(jiàn)圖2中的C2)。
B.試驗(yàn)實(shí)施例
Bl.試驗(yàn)實(shí)施例1
在圖1中的步驟S20中，在各種不同的拋光條件下制造多個(gè)隔離器 構(gòu)件，使得對(duì)于每個(gè)隔離器構(gòu)件在從拋光之后的隔離器構(gòu)件的最上表面 到50nm深度的范圍(以下，該范圍稱為"表面部分，，)中的碳原子的原 子百分率的平均值不同并且在1%~14%的范圍內(nèi)。順便提及，在制造 隔離器構(gòu)件的過(guò)程中，步驟S20及其之后的過(guò)程相同。然后將以這種方 式在不同條件下制造的多個(gè)隔離器構(gòu)件浸入pH值為2的80°C的硫酸 溶液中24小時(shí)，然后對(duì)它們進(jìn)行剝離試驗(yàn)。根據(jù)由JIS規(guī)定的膠帶剝 離試驗(yàn)進(jìn)行該試驗(yàn)。
圖5是表示當(dāng)改變步驟S20中的拋光條件時(shí)制造的隔離器的剝離試 驗(yàn)的結(jié)果的圖。在圖5中，黑點(diǎn)表示在不同條件下制造的隔離器構(gòu)件的 試驗(yàn)結(jié)果。中間的橫軸表示碳原子的原子百分率。在橫軸之上的線上所 示的點(diǎn)表示出現(xiàn)剝離的隔離器構(gòu)件，而橫軸之下的線上的點(diǎn)表示沒(méi)有出 現(xiàn)剝離的隔離器構(gòu)件。如從圖5可以清楚地看出的，當(dāng)使用上述示例性 實(shí)施方案中使用的JIS 1型鈦?zhàn)鳛榭媒饘俨糠諫的金屬并施加金鍍層 時(shí)，當(dāng)碳原子的原子百分率的平均值超過(guò)5%時(shí)，金鍍層P趨于剝離。 當(dāng)碳含量小于5%時(shí)，金鍍層P不易剝離。
B2.試驗(yàn)實(shí)施例2
在圖1中的步驟40中，在各種不同的熱處理?xiàng)l件下制造多個(gè)隔離 器構(gòu)件，使得對(duì)于每個(gè)隔離器構(gòu)件在熱處理之后在棵金屬部分和鍍層的 界面附近的氫原子的原子百分率的最大值不同并且在0.3~2.3%的范圍 內(nèi)。順便提及，在制造隔離器構(gòu)件的過(guò)程中，除了步驟S40以外的步驟 的過(guò)程都是相同的。然后將以這種方式在不同條件下制造的多個(gè)隔離器 構(gòu)件浸入pH值為2的80°C的硫酸溶液中24小時(shí)，然后對(duì)它們進(jìn)行剝離試驗(yàn)。根據(jù)由JIS規(guī)定的膠帶剝離試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)。
圖6是表示當(dāng)改變步驟S40中的熱處理?xiàng)l件時(shí)制造的隔離器的剝離 試驗(yàn)的結(jié)果的圖。在圖6中，中間的橫軸表示氫原子的原子百分率。圖 6中的其它標(biāo)記與圖5中的相同。如從圖6可以清楚地看出的，當(dāng)使用 在上述示例性實(shí)施方案中使用的JIS 1型鈦?zhàn)鳛榭媒饘俨糠諫的金屬并 施加金鍍層時(shí)，當(dāng)氫原子的原子百分率的最大值超過(guò)1%時(shí)，金鍍層P 趨于剝離。當(dāng)氫含量小于1%時(shí)，金鍍層P不易剝離。
B3.試驗(yàn)實(shí)施例3
圖7是表示以下情況下的粘附性的示圖才艮據(jù)圖1中的流程圖所示 的方法制造的隔離器構(gòu)件(C);在沒(méi)有步驟S20中的拋光或步驟S40 中的熱處理的情況下制造的隔離器構(gòu)件(A);和在沒(méi)有步驟S40中的熱 處理的情況下制造的隔離器構(gòu)件(B)。順便提及，粘附性是從剝離試驗(yàn) 獲得的值，該值與出現(xiàn)剝離部分的面積和施加膠帶的總面積的比值的倒 數(shù)成比例。
如從圖7可以清楚地看出的，拋光但沒(méi)有熱處理的隔離器構(gòu)件(B) 的粘附性為既沒(méi)有拋光(在圖1中的步驟S20中)也沒(méi)有熱處理(在圖 1中的步驟S40中)的隔離器構(gòu)件(A)的粘附性的約1.3倍。此外，拋 光并熱處理的隔離器構(gòu)件(C )的粘附性為既沒(méi)有拋光也沒(méi)有熱處理的 隔離器構(gòu)件(A)的粘附性的1.4倍。
B4.分析
認(rèn)為貴金屬鍍層趨于從金屬構(gòu)件剝離的原因如下。即，在施加鍍層 之前存在于金屬構(gòu)件表面附近的碳化物在施加鍍層之后逐漸與鍍層的 界面處的氧反應(yīng)。然后，碳化物變?yōu)檠趸?。?dāng)鍍層界面處金屬構(gòu)件側(cè) 的碳化物(諸如TiC)變?yōu)檠趸?諸如TK)2)時(shí)，晶格的間距改變。 因此，鍍層最終喪失與氧化物層的一致性(alignment),這降低了氧化 物層和鍍層之間的粘附性。可以認(rèn)為，結(jié)果，貴金屬鍍層趨于從金屬構(gòu) 件剝離。
施加鍍層之前的金屬構(gòu)件表面中的碳化物存在于金屬表面中從幾 十納米到幾百納米的深度范圍內(nèi)。在前述示例性實(shí)施方案中，通過(guò)首先從貴金屬鍍層去除該碳化層(參見(jiàn)圖1中的步驟S20,和圖2)，降低在 施加貴金屬鍍層之后鍍層剝離的可能性。當(dāng)例如棵金屬部分是鈦時(shí)，在 去除碳化物之后在棵金屬部分表面上暴露的Ti的抗氧化性比作為碳化 物的TiC強(qiáng)。
順便提及，通過(guò)例如透過(guò)鍍層中的裂紋并到達(dá)鍍層和金屬構(gòu)件的界 面的酸性液體可能出現(xiàn)上述氧化反應(yīng)。當(dāng)通過(guò)濺射施加鍍層時(shí)，鍍層材 料在沿厚度方向以柱狀物累積，從而使得比通過(guò)濕法施加的鍍層更易于 出現(xiàn)裂紋。因此，在一些應(yīng)用中，通過(guò)濕法施加的鍍層比通過(guò)濺射施加 的鍍層更適合。
另一方面，認(rèn)為貴金屬鍍層趨于從金屬構(gòu)件上剝離的另一原因如 下。即，當(dāng)在氬環(huán)境中在高真空下施加貴金屬鍍層時(shí)，存在的少量1120 中的氫離子引入到鍍層中。然后，這些氫離子通過(guò)擴(kuò)散聚集在金屬構(gòu)件 和貴金屬鍍層的界面處并形成氫化物(例如，當(dāng)棵金屬部分是鈥時(shí)，為 鈦氫化物TiH或TiH2 )。金氫化物是極脆的，因此，氫化物層部分易于 破裂。認(rèn)為因?yàn)樵摎浠飳悠屏?，所以鍍層最終剝離。在以上示例性實(shí) 施方案中，在施加鍍層之后的熱處理將存在于鍍層P和棵金屬部分G 的界面BS中的氫分散于整個(gè)金屬構(gòu)件中。認(rèn)為這是以上實(shí)施方案的構(gòu) 件的鍍層較不易剝離的原因。
C.改變實(shí)施例
本發(fā)明不僅僅限于上述示例性實(shí)施方案和實(shí)施例。而是，在不離開(kāi) 本發(fā)明范圍的情況下可以改變本發(fā)明。例如，也可以以燃料電池的隔離 器、燃料電池的隔離器的制造方法、包括鈦隔離器的燃料電池和該燃料 電池的制造方法等的形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。同樣，例如以下的模式也是可能 的。
Cl.改變實(shí)施例1
在以上的示例性實(shí)施方案中，隔離器由JIS l型鈦形成。但是，鍍 覆的金屬構(gòu)件的材料不限于此。即，鍍覆有貴金屬的構(gòu)件的材料也可以 是JIS 2或JIS 3型鈦。并且，除JIS規(guī)定的純鈦之外，也可以使用包 含大量其它金屬的鈦合金。另外，鍍覆有貴金屬的構(gòu)件的材料也可以是不銹鋼。這允許以比鈦構(gòu)件低的成本制造構(gòu)件。
即，在貴金屬鍍覆的金屬構(gòu)件的棵金屬部分由在包含氧的常規(guī)溫度 氣氛中在表面上形成鈍化膜的金屬形成時(shí)，以上示例性實(shí)施方案也是有 效的。這種類型的金屬構(gòu)件長(zhǎng)期不腐蝕，由此能夠穩(wěn)定地用作例如燃料 電池的部件。
順便提及，在貴金屬鍍層施加于由不銹鋼制成的金屬構(gòu)件的模式 中，由于在不銹鋼上不如在鈦上那樣容易地形成氫化物，所以也可以省
略對(duì)應(yīng)于圖1中的步驟S40的熱處理。 C2.改變實(shí)施例2
在以上示例性實(shí)施方案中，在金屬構(gòu)件上形成的鍍層是金層。但是， 例如，作為替代方案，在金屬構(gòu)件上形成的鍍層也可以是由例如鉑或銅 的其它材料形成的鍍層。但是，鍍層優(yōu)選具有比金屬構(gòu)件的材料的氧化 物大的電導(dǎo)率，甚至更優(yōu)選為貴金屬。
C3.改變實(shí)施例3
在以上示例性實(shí)施方案中，在步驟SIO中制備的鈦隔離器構(gòu)件是在 從表面(深度為0)到50nm深的范圍RdO中碳原子的原子百分率的平 均值不大于5%的構(gòu)件。但是，在步驟SIO中制備的鈦隔離器構(gòu)件的碳 原子的原子百分率也可以是其它值。例如，可以使得距隔離器構(gòu)件表面 在預(yù)定范圍內(nèi)的碳原子的原子百分率的平均值不大于6%。但是，距表 面在預(yù)定范圍內(nèi)的碳原子的原子百分率的平均值優(yōu)選為4 ~ 6%、更優(yōu)選 為4.5 ~ 5.5%、甚至更優(yōu)選為4.8 ~ 5.2%。
C4.改變實(shí)施例4
在以上示例性實(shí)施方案中，在施加鍍層之前去除隔離器構(gòu)件的約 20nm厚的表面層。但是，在施加鍍層之前去除的表面層的厚度可根據(jù) 構(gòu)件的碳原子的原子百分率的分布而改變。即，可以進(jìn)行在施加鍍層之 前作為表面層去除具有比在去除過(guò)程之后的棵金屬部分的表面部分高 的碳含量的部分的處理。換句話說(shuō)，去除表面層的處理可以是去除包括 構(gòu)件表面的部分使得待鍍覆的表面部分的碳含量降低的處理。順便提及，術(shù)語(yǔ)棵金屬部分的"表面部分"指的是從棵金屬部分的表
面到50nm深度的范圍。此外，通過(guò)棵金屬部分的表面部分中碳原子的 原子百分率的平均值評(píng)價(jià)棵金屬部分的表面部分的碳含量。
在用于去除表面層的處理中，也可以使用除了拋光以外的拋光方 法，并且也可以進(jìn)行諸如研磨的其它機(jī)械加工。此外，可以通過(guò)噴丸(妙、) 或激光去除表面層。
并且，在以上的示例性實(shí)施方案中，去除表面層之后的棵金屬部分 中的碳原子的原子百分率小于5% (參見(jiàn)圖2中的C2)。但是，去除表 面層之后的棵金屬部分中的碳原子的原子百分率根據(jù)棵金屬部分的結(jié) 構(gòu)、用于鍍覆的貴金屬和鍍覆方法等可以為不同值中的任一個(gè)。但是， 去除表面層之后的棵金屬部分中的碳原子的原子百分率優(yōu)選不大于 30%、更優(yōu)選不大于10%、甚至更優(yōu)選不大于5%。
C5.改變實(shí)施例5
在以上示例性實(shí)施方案中，在圖1中的步驟S20中拋光之后直接在 步驟S30中進(jìn)行濺射。但是，在拋光之后并在施加鍍層之前也可以進(jìn)行 氬濺射以去除在金屬構(gòu)件表面上形成的氧化物(諸如在棵金屬部分由鈦 形成時(shí)的TiOj。因此，即使在施加鍍層之前在金屬構(gòu)件的表面上形成 氧化物，也可去除該氧化物。結(jié)果，可以使得鍍層和金屬材料之間的粘 附性更強(qiáng)。
C6.改變實(shí)施例6
在以上示例性實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)隔離器構(gòu)件的表面施加金鍍層時(shí)，在 10_2托的氬氣氛中進(jìn)行濺射。但是，當(dāng)對(duì)金屬構(gòu)件的表面施加貴金屬鍍 層時(shí)，可以使用各種溫度、包括常壓的各種壓力和各種施加時(shí)間。此外， 可以在諸如氦氣氛的其它惰性氣體氣氛中進(jìn)行該處理。即，可以在惰性 氣氛中進(jìn)行熱處理。這里，術(shù)語(yǔ)"惰性氣氛"指的是即使進(jìn)行熱處理也不 在棵金屬部分上形成金屬氧化物的氣氛。
C7.改變實(shí)施例7
在以上示例性實(shí)施方案中，當(dāng)對(duì)隔離器構(gòu)件進(jìn)^f亍熱處理時(shí)，在io-2氬氣氛中在400°C的目標(biāo)溫度下進(jìn)行所述處理30分鐘。但是，當(dāng)對(duì)金 屬構(gòu)件進(jìn)行熱處理時(shí)，可以使用各種不同的溫度、壓力和熱處理時(shí)間。 此外，可以在諸如氦氣氛的其它惰性氣體氣氛中進(jìn)行該處理。但是，加 熱溫度優(yōu)選為包括端值的220。C 500。C、更優(yōu)選為包括端值的350°C~ 450。C、甚至更優(yōu)選為包括端值的380°C ~ 420。C。
C8.改變實(shí)施例8
在以上示例性實(shí)施方案中，鍍層和棵金屬部分的界面處的氫含量不 大于1%。但是，鍍層和棵金屬部分的界面處的氫含量根據(jù)棵金屬部分 的結(jié)構(gòu)、用于鍍覆的貴金屬和鍍覆方法等可以為其它值。但是，鍍層和 棵金屬部分的界面附近的氫含量?jī)?yōu)選不大于1%、更優(yōu)選不大于0.7%、 甚至更優(yōu)選不大于0.5%。
C9.改變實(shí)施例9
也可以使用根據(jù)以上示例性實(shí)施方法的方法制造的隔離器制造燃 料電池。該燃料電池包括隔離器和通過(guò)反應(yīng)氣體的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的膜 電極組合件(MEA)。各MEA包括電解質(zhì)膜和設(shè)置在電解質(zhì)膜兩側(cè)的 電極。然后在與電解質(zhì)膜相反的電極的側(cè)面上設(shè)置隔離器，使得一個(gè) MEA通過(guò)隔離器與其它MEA隔開(kāi)，隔離器通過(guò)鍍金的部分接觸電極。
對(duì)于這種類型的燃料電池，隔離器由在表面上形成鈍化膜的金屬形 成。結(jié)果，隔離器不會(huì)腐蝕并因此能夠穩(wěn)定地長(zhǎng)期使用。此外，隔離器 通過(guò)鍍有貴金屬的部分接觸電極，所以隔離器和電極之間的接觸電阻較 小。因此，與隔離器和電極之間的接觸部分沒(méi)有鍍覆有貴金屬時(shí)相比， 發(fā)電效率較高。并且，對(duì)于鍍覆有貴金屬的部分，氧化物不易形成在貴 金屬層和隔離器的棵金屬部分之間的界面上，結(jié)果，貴金屬鍍層不易剝 離。
權(quán)利要求
1. 一種在由預(yù)定金屬形成的裸金屬部分的表面上具有貴金屬鍍層的金屬構(gòu)件，其特征在于，所述裸金屬部分和所述鍍層的界面附近的氫原子的原子百分率不大于1.0％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的金屬構(gòu)件，其特征在于，所述界面附近 的碳原子的原子百分率不大于30%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬構(gòu)件，其特征在于，所述界面附近 的碳原子的原子百分率的平均值不大于5.5%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬構(gòu)件，其特征在于，所述界面附近 的碳原子的原子百分率的平均值為約5%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的金屬構(gòu)件，其特征在于，所 述預(yù)定金屬是鈥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的金屬構(gòu)件，其特征在于，所 述預(yù)定金屬是不銹鋼。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的金屬構(gòu)件，其特征在于，所 述界面附近是在距所述界面的兩側(cè)10nm的范圍內(nèi)。
8. —種制造在由預(yù)定金屬形成的棵金屬部分的表面上具有貴金屬 鍍層的金屬構(gòu)件的方法，其特征在于包括a) 去除所述棵金屬部分的表面層；b) 對(duì)所述棵金屬部分的去除了表面層的部分施加所述貴金屬鍍層；和c) 在惰性氣氛中熱處理所述金屬構(gòu)件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造金屬構(gòu)件的方法，其特征在于，在 所述熱處理步驟中，在包括端值的220~600°C的氣氛中熱處理所述金 屬構(gòu)件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制造金屬構(gòu)件的方法，其特征在于， 所述預(yù)定金屬是鈥。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8~10中任一項(xiàng)所述的制造金屬構(gòu)件的方法，其 特征在于，在所述去除步驟中，作為表面層去除包括所述棵金屬部分的 所述表面并且具有比去除所述表面層之后的所述棵金屬部分的表面部分高的碳含量的部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的制造金屬構(gòu)件的方法，其特征在于， 在所述去除步驟中，作為所述表面層去除碳原子的原子百分率大于 5.5%的所述棵金屬部分的一部分。
全文摘要
制造了在由預(yù)定金屬形成的裸金屬部分的表面上具有貴金屬鍍層的金屬構(gòu)件。首先，去除裸金屬部分的表面層。然后，對(duì)于去除裸金屬部分的表面層的部分施加貴金屬鍍層。然后，在惰性氣氛中對(duì)金屬構(gòu)件進(jìn)行熱處理。結(jié)果，與不進(jìn)行去除步驟和熱處理步驟的情況相比，金屬構(gòu)件可以制造為在鍍層和裸金屬部分的界面附近具有較少的碳化物和氫。使用以此方式制造的金屬構(gòu)件時(shí)，鍍層不易剝離。
文檔編號(hào)C23C14/02GK101454476SQ200780019570
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者青山直高 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社