專利名稱：用于電化學(xué)應(yīng)用的高導(dǎo)電性表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于提高金屬表面?zhèn)鲗?dǎo)率和/或用于電化學(xué)應(yīng)用中的金屬部件耐腐 蝕性的方法，更具體地，涉及此類金屬部件的設(shè)計和用于沉積少量傳導(dǎo)性材料從而降低耐 腐蝕金屬襯底表面的表面接觸電阻的節(jié)省成本的工藝方法的使用。
背景技術(shù)：
金屬材料廣泛應(yīng)用于電化學(xué)應(yīng)用的各種裝置中，包括氯堿工藝中使用的電極和用 于低溫(質(zhì)子交換膜)和高溫(固態(tài)氧化物)燃料電池的隔離/互連板。金屬基部件也用 于例如電池、電解槽和電化學(xué)氣體分離裝置中。在這些以及類似的應(yīng)用中，希望金屬基部件 具有高導(dǎo)電性(或低電阻)表面，以降低可發(fā)生于電化學(xué)裝置中的內(nèi)部電損耗，并且在這些 裝置中獲得高工作效率。電化學(xué)應(yīng)用中常遇到的難點之一為金屬基部件在具有高導(dǎo)電性的 同時還需具備高耐腐蝕特性。使用耐腐蝕金屬，例如鉻或鎳層涂覆金屬基部件是通用的工業(yè)實踐。然而，這些材 料無法用于電化學(xué)裝置中某些類型的苛刻腐蝕環(huán)境中。貴金屬具有優(yōu)異的耐腐蝕特性并具 有高傳導(dǎo)性，然而其在大宗商業(yè)應(yīng)用中往往過于昂貴。其它材料，例如鈦、鋯和硅，可具有突出的耐腐蝕特性，尤其在實施適當(dāng)?shù)拟g化處 理后。然而，這些材料具有其它局限性。例如，這些材料的接觸電阻很高，尤其在鈍化后。此 外，這些材料過于昂貴和/或有時難以加工。因此，這些材料在其商業(yè)應(yīng)用中受到限制。因此，需要可提供用于電化學(xué)應(yīng)用的、提高電導(dǎo)率和/或這些襯底的耐腐蝕的成 本降低的涂層技術(shù)。這些涂層可用于具有金屬基部件的電化學(xué)應(yīng)用的裝置中，例如燃料電 池、電池、電解槽和氣體分離裝置。


圖IA為根據(jù)一個實施方案包括沉積于耐腐蝕金屬襯底表面上的多個襯墊的結(jié)構(gòu) 的示意性剖視圖。圖IB為圖IA所描述結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。
圖2A為根據(jù)一個實施方案包括沉積于耐腐蝕金屬襯底表面的凸出部分的多個襯 墊的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。圖2B為圖2A所描述結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。圖3為根據(jù)一個實施方案包括沉積于耐腐蝕金屬襯底表面上的、具有貴金屬層的 多個耐腐蝕顆粒的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。圖4為根據(jù)一個實施方案具有沉積于耐腐蝕金屬襯底表面上的、具有傳導(dǎo)性氮化 物層的多個耐腐蝕顆粒的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。圖5A-圖5C為根據(jù)一個實施方案具有多個導(dǎo)電陶瓷顆粒和用于將陶瓷顆粒結(jié)合 于耐腐蝕金屬襯底表面上的耐腐蝕結(jié)合金屬的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。圖6A-圖6C為根據(jù)一個實施方案包括沉積于耐腐蝕金屬襯底表面上的、具有導(dǎo)電 性內(nèi)含物的合金顆粒作為高導(dǎo)電性接觸點的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。圖7為根據(jù)一個實施方案包括生長于觸媒上的多個碳納米管的結(jié)構(gòu)的示意性剖 視圖，其中，觸媒沉積在耐腐蝕金屬襯底的表面上。圖8為根據(jù)一個實施方案包括位于沉積在耐腐蝕金屬襯底表面上且耐腐蝕性能 比耐腐蝕金屬襯底更佳的耐腐蝕涂層之上的多個導(dǎo)電性襯墊的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。圖9為根據(jù)一個實施方案在鈦表面上熱噴射金的掃描電子顯微鏡照片。圖10-11分別為根據(jù)一個實施方案在涂覆鈦的不銹鋼表面上熱噴射金的掃描電 子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡照片。圖12為示出了根據(jù)一個實施方案的標(biāo)準(zhǔn)SS316(不銹鋼)表面的動態(tài)極化電化學(xué) 腐蝕數(shù)據(jù)的曲線圖。圖13為根據(jù)一個實施方案在耐腐蝕金屬襯底表面上構(gòu)圖的多個金點的光學(xué)顯微 鏡照片。圖14為根據(jù)一個實施方案在硅涂層中具有使用金密封的針孔的涂覆硅的不銹鋼 表面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
具體實施例方式以下討論的各種實施方案涉及材料可置于金屬襯底上用于電化學(xué)應(yīng)用從而在降 低或更低的成本下提高這些襯底的電導(dǎo)率和/或耐腐蝕性的方法。這些實施方案可用于具 有金屬基部件的電化學(xué)應(yīng)用的裝置，例如燃料電池、電池、電解槽和氣體分離裝置。在某些實施方案中，耐腐蝕金屬襯底的接觸電阻可通過在耐腐蝕金屬襯底表面上 沉積多層高導(dǎo)電性接觸點或接觸區(qū)而降低。這些接觸點可用于將具有耐腐蝕金屬襯底的部 件和電化學(xué)裝置中的其他部件電連接，以保持良好的電學(xué)連續(xù)性。這些接觸點無需覆蓋耐 腐蝕金屬襯底的整個表面(例如，接觸面)，因此可降低材料和工藝成本。這些接觸點可包 括各種耐腐蝕和/或?qū)щ娦圆牧?，例如但不限于貴金屬、傳導(dǎo)性氮化物、碳化物、硼化物和 碳。圖IA為根據(jù)一個實施方案包括沉積于耐腐蝕金屬襯底10表面上的多個金屬襯墊 或點12的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。金屬襯墊12可用作高導(dǎo)電性接觸點，以用于接觸例如電 化學(xué)裝置中的金屬部件。在一個實施例中，耐腐蝕金屬襯底10可包括鈦、鈮、鋯和/或鉭， 和/或由這些材料中的任一種構(gòu)成的合金。在另一個實施例中，耐腐蝕金屬襯底10可包括
6低成本的碳素鋼、不銹鋼、銅和/或鋁，和/或由這些材料中的任一種構(gòu)成的合金。在又一 個實施例中，耐腐蝕金屬襯底10可包括鐵、鉻或鎳，或由這些材料中的任一種構(gòu)成的合金。 在某些實施方案中，耐腐蝕金屬襯底10可包括置于金屬襯底表面上且耐腐蝕特性優(yōu)于金 屬襯底的耐腐蝕涂層。耐腐蝕涂層可通過利用汽相沉積工藝(例如PVD或CVD)置于金屬 襯底上。為提高耐腐蝕涂層與金屬襯底的附著性，可實施結(jié)合工藝。例如，耐腐蝕層可在空 氣中、在450°C熱處理約1小時。以下就圖8進(jìn)一步描述利用耐腐蝕涂層進(jìn)一步提高金屬襯 底的耐腐蝕性。金屬襯墊12可包括噴射和/或結(jié)合至耐腐蝕金屬襯底10表面上的貴金屬顆粒。 金屬襯墊12可具有高電導(dǎo)率，并且可包括金、鈀、鉬、銥和/或釕。在一個實施例中，用于金 屬襯墊12的材料可具有約50毫歐每平方厘米(πιΩ/cm2)或更低的接觸電阻。在某些實施 方案中，用于金屬襯墊12的材料的接觸電阻可期望達(dá)到例如ΙΟπιΩ/cm2或更低。與金屬襯 墊12相關(guān)的厚度的范圍為約1納米(nm)至約5微米(μ m)。在某些實施方案中，金屬襯墊 12為金，襯墊厚度的范圍可以為例如1納米至5納米、1納米至10納米、10納米至50納米、 10納米至100納米、10納米至20微米、1納米至0. 5微米、20納米至0. 5微米、100納米至 0. 5微米、20納米至1微米、100納米至1微米、0. 5微米至5微米或1微米至20微米，在某 些實施方案中需要10納米至20微米的范圍。導(dǎo)電性金屬襯墊12可通過例如熱噴射或冷 噴射工藝沉積于耐腐蝕金屬襯底10上。熱噴射工藝提供了可用于在不同應(yīng)用中沉積較寬范圍材料的低成本、快速制備沉 積工藝。在典型的熱噴射中，材料首先加熱至例如高于800攝氏度(°C )的溫度，而后噴射 至襯底上。材料可通過使用例如火焰、等離子體或/和電弧加熱，并且一旦加熱完成，材料 可通過利用高流速氣體噴射。熱噴射可用于沉積例如金屬、陶瓷和聚合物。進(jìn)料可以為粉 末、線、棒、溶液或小顆粒懸浮液。有多種類型的熱噴射工藝可用于材料沉積，例如使用鹽溶液、金屬顆粒懸浮液、干 燥金屬顆粒、金屬線或含有金屬和陶瓷的復(fù)合顆粒的熱噴射工藝。熱噴射的一種類型為冷 氣體動態(tài)噴射。在冷氣體動態(tài)噴射中，通過將材料以很高的速度輸送至襯底以沉積材料，但 在有限加熱的情況下，典型地，溫度低于1000華氏度(下)。然而，此工藝由于相對較低的 溫度而具有待沉積材料的特性受噴射工藝影響的可能性很小的優(yōu)點。在此實施方案中，可通過熱噴射鹽溶液或金屬顆粒懸浮液，將金屬襯墊12熱噴射 至耐腐蝕金屬襯底10的上表面上。鹽溶液可包括例如重量比百分之一(1% )的醋酸金水 溶液。金屬顆粒懸浮液可包括例如金粉末、乙二醇和表面活性劑。在一個實施例中，金屬顆 粒懸浮液可包括具有2. 25克(g)金粉末(直徑約0. 5微米)、80克乙二醇和0. 07克表面 活性劑(Uniquema公司的PD-700)的混合物，并使用超聲探針散播該混合物15分鐘?？沙练e金屬襯墊12，以覆蓋耐腐蝕金屬襯底10表面(例如，上表面區(qū)域)的一部 分，該部分小于耐腐蝕金屬襯底10的整個表面。換句話說，由金屬襯墊12覆蓋典型地用于 與其他部件接觸的區(qū)域小于耐腐蝕金屬襯底10的整個表面區(qū)域。在這種方式中，金屬襯墊 12可提高耐腐蝕金屬襯底10表面的導(dǎo)電性，但使用的貴金屬量比在耐腐蝕金屬襯底10上 沉積連續(xù)金屬層顯著減少。在某些實施方案中，耐腐蝕金屬襯底10被多個金屬襯墊12覆 蓋的部分或量(例如，上表面面積)可預(yù)先確定，并且金屬襯墊12的放置速率可以控制，以 獲得該預(yù)先確定的量。例如，耐腐蝕金屬襯底10表面被金屬襯墊12覆蓋的百分比可處于
70. 5%至 10%、10%至 30%、20%至40%、30%至 50%、40%至 60%或 50%至 70%，或 50% 至95%范圍內(nèi)。在某些實施方案中，耐腐蝕金屬襯底10表面被金屬襯墊12覆蓋的百分比 可近似為50%或更少、60%或更少、70%或更少或者95%或更少。在某些實施方案中，也可使用其它沉積方法將金屬襯墊或點12沉積至耐腐蝕金 屬襯底10上。一種最常用的沉積工藝是使用鍍層工藝將貴金屬鍍于襯底上。在一些實施 例中，鍍層工藝將導(dǎo)致被鍍金屬點或顆粒12在耐腐蝕金屬襯底10上的附著力較弱。在這 些實施例中，可希望用后續(xù)的結(jié)合步驟或工藝提高附著性能。結(jié)合步驟或工藝可包括例如 在450攝氏度下在空氣中熱處理金屬襯墊12約1小時。另一種沉積工藝為物理汽相沉積 (PVD)，其中材料在真空中沉積至襯底上。然而，PVD由于與產(chǎn)生真空相關(guān)的成本而非常昂
蟲
貝ο圖IB為圖IA所描述結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。如圖IB所示，作為噴射工藝的結(jié)果， 在耐腐蝕金屬襯底10的頂面上的每個金屬襯墊12的尺寸和/或位置有所差異。例如，金 屬襯墊12無需具有特殊的構(gòu)圖或空間分布。圖2A為根據(jù)一個實施方案包括沉積于耐腐蝕金屬襯底10表面的凸出部份14上 的多個金屬襯墊12的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。在某些實施例中，耐腐蝕金屬襯底10可具有 凸出部分14，其用于與另一裝置或部件進(jìn)行物理和電學(xué)接觸，而較低部分(谷)可用于反 應(yīng)(例如，電化學(xué)反應(yīng))過程中的物質(zhì)輸運。在這些實施例中，可希望金屬襯墊12沉積于 耐腐蝕金屬襯底10的凸出部分14中，而不沉積于耐腐蝕金屬襯底10的其它部分中。以這 種方式，在金屬襯墊12中使用貴金屬被限定在這些用于物理和電學(xué)接觸的區(qū)域內(nèi)。為包含或限制金屬襯墊12在耐腐蝕金屬襯底10的凸出部分14上的沉積，可使用 具有開孔16a的掩模16。例如，在熱噴射過程中，開孔16a可配置為基本上與凸出部分14 重合，從而使金屬襯墊12沉積于凸出部分14上而不沉積在耐腐蝕金屬襯底10的其它部分 或區(qū)域上。掩模可以是臨時性的并可于工藝完成后移除，或者也可以是永久性的并可以與 金屬板一同存留。圖2B為圖2A所描述結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。如圖2B所示，作為掩模噴射工藝的結(jié) 果，每個金屬襯墊12的位置均被限定在耐腐蝕金屬襯底10的凸出區(qū)域14內(nèi)。圖3為根據(jù)一個實施方案包括沉積于耐腐蝕金屬襯底20表面上的、具有傳導(dǎo)性金 屬層24的多個耐腐蝕顆粒22的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。金屬層24可用作高導(dǎo)電性接觸點， 用以接觸例如電化學(xué)裝置中的金屬部件。在一個實施例中，耐腐蝕金屬襯底20可包括鈦、 鈮、鋯和/或鉭，和/或由這些材料中的任一種構(gòu)成的合金。在另一個實施例中，耐腐蝕金 屬襯底20可包括低成本的碳素鋼、不銹鋼、銅和/或鋁，和/或由這些材料中的任一種構(gòu)成 的合金。在又一些實施例中，耐腐蝕金屬襯底20可包括鐵、鉻或鎳，或由這些材料中的任一 種構(gòu)成的合金。耐腐蝕顆粒22可由可用作傳導(dǎo)性金屬層24的前體的初始材料構(gòu)成。耐腐蝕金屬或合金顆粒22可沉積和/或結(jié)合至耐腐蝕金屬襯底20的上表面上。 可通過例如熱噴射工藝、選擇性鍍層工藝、選擇性蝕刻工藝或使用防護(hù)掩模的濺射工藝，將 耐腐蝕顆粒22置于耐腐蝕金屬襯底20的上表面上。根據(jù)所使用的沉積工藝，耐腐蝕顆粒 22可沉積為襯墊、點和/或條帶。結(jié)合過程可包括例如在空氣中450攝氏度下對耐腐蝕顆 粒22進(jìn)行約1小時的熱處理。耐腐蝕顆粒22可包括例如鈀。與耐腐蝕顆粒22有關(guān)的厚 度處于約0. 01微米至約20微米的范圍內(nèi)。在某些實施方案中，耐腐蝕顆粒22的厚度可處于例如0. 01微米至0. 2微米、0. 1微米至0. 5微米、0. 1微米至1微米、0. 1微米至5微米、 0. 5微米至1微米、1微米至2微米、1微米至5微米、2微米至5微米、5微米至10微米或 10微米至20微米的范圍內(nèi)，在某些實施方案中希望處于0. 1微米至5微米的范圍內(nèi)。較薄的導(dǎo)電性金屬層24可包括貴金屬，并且可被選擇性地鍍(例如通過電化學(xué)鍍 層工藝或通過無電化學(xué)鍍層工藝)于耐腐蝕顆粒22的外表面上。覆蓋耐腐蝕顆粒22的傳 導(dǎo)性金屬層24用于提高耐腐蝕顆粒22的導(dǎo)電性和/或耐腐蝕性。傳導(dǎo)性金屬層24可包 括例如金、鉬、銥和釕。與傳導(dǎo)性金屬層24相關(guān)的厚度處于約1納米至約1微米的范圍內(nèi)。 在某些實施方案中，傳導(dǎo)性金屬層24的厚度可處于例如1納米至5納米、1納米至10納米、 10納米至50納米、10納米至100納米、1納米至0. 5微米、20納米至0. 5微米、100納米至 0. 5微米或100納米至1微米的范圍內(nèi)，在某些實施方案中希望處于10納米至100納米的 范圍內(nèi)。可沉積耐腐蝕顆粒22，以覆蓋耐腐蝕金屬襯底20上表面的一部分，該部分小于耐 腐蝕金屬襯底20的整個表面。以這種方式，具有傳導(dǎo)性金屬層24的耐腐蝕顆粒22可用作 高導(dǎo)電性接觸點，從而提高耐腐蝕金屬襯底20表面的導(dǎo)電性，而成本低于在耐腐蝕金屬襯 底20上沉積連續(xù)的金屬層。如上述在圖IA中描述的關(guān)于耐腐蝕金屬襯底10的上表面區(qū) 域被金屬襯墊12覆蓋部分的類似比例或百分比，也可以應(yīng)用于圖3中耐腐蝕顆粒22提供 的覆蓋率。如圖3所示，耐腐蝕顆粒22置于耐腐蝕金屬襯底20的上表面上，并且優(yōu)選地置于 耐腐蝕金屬襯底20上表面用于與其它部件物理和電學(xué)接觸的區(qū)域或部分，從而通過具有 傳導(dǎo)性金屬層24的耐腐蝕顆粒22降低這些區(qū)域的接觸電阻。用于通過圖3描述的結(jié)構(gòu)的 應(yīng)用的一個實施例為聚合物電解構(gòu)件(PEM)燃料電池，其中的金屬雙極板與石墨氣體擴(kuò)散 層(GDL)直接接觸。在此實施例中，耐腐蝕顆粒22 (例如，涂有金的鈀襯墊)可直接與GDL 接觸，從而獲得金屬雙極板與GDL之間的低接觸電阻。圖4為根據(jù)一個實施方案具有沉積于耐腐蝕金屬襯底21表面上的、具有傳導(dǎo)性氮 化物層25的多個耐腐蝕顆粒23的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。傳導(dǎo)性氮化物層25可用作高導(dǎo) 電性接觸點，用以接觸例如電化學(xué)裝置中的金屬部件。圖4中的耐腐蝕金屬襯底21可基本 上類似，即，可由與以上關(guān)于圖IA至圖3描述的耐腐蝕金屬襯底10或20基本上相同的材 料構(gòu)成。耐腐蝕顆粒23可以是可作為傳導(dǎo)性氮化物層25的前體的初始材料。耐腐蝕顆粒23可沉積和/或結(jié)合在耐腐蝕金屬襯底21的上表面上?？赏ㄟ^例如 熱噴射工藝、選擇性鍍層工藝、選擇性蝕刻工藝或使用防護(hù)掩模的濺射工藝，將耐腐蝕顆粒 23置于耐腐蝕金屬襯底21的上表面上。根據(jù)所使用的沉積工藝，耐腐蝕顆粒23可沉積為 襯墊、點和/或條帶。耐腐蝕顆粒23可包括例如鈦、鉻或鎳，或由這些材料中的任一種構(gòu)成 的合金。與耐腐蝕顆粒23相關(guān)的厚度處于約0.1微米至約100微米的范圍內(nèi)。在某些實 施方案中，耐腐蝕顆粒23的厚度可處于例如0. 1微米至0. 5微米、0. 1微米至1微米、0. 1 微米至50微米、0. 5微米至1微米、1微米至2微米、1微米至5微米、1微米至10微米、1微 米至50微米、5微米至50微米、10微米至50微米、20微米至50微米或50微米至100微米 的范圍內(nèi)，在某些實施方案中可希望處于0. 1微米至50微米的范圍內(nèi)?？赏ㄟ^使用硝化工藝形成傳導(dǎo)性氮化物層25，該硝化工藝包括在約800攝氏度至 約1300攝氏度的溫度范圍內(nèi)在基本上純的氮氣氛中對耐腐蝕顆粒23進(jìn)行退火。在某些實施例中，硝化工藝還可導(dǎo)致在耐腐蝕金屬襯底21的上表面不具有耐腐蝕顆粒23的部分中 形成氮化物層25a。然而，氮化物層25a無需不利地影響耐腐蝕金屬襯底21的導(dǎo)電性或耐 腐蝕性。與傳導(dǎo)性氮化物層25相關(guān)的厚度處于約1納米至約10微米范圍內(nèi)。在某些實施 方案中，傳導(dǎo)性金屬層24的厚度可處于例如1納米至5納米、1納米至10納米、2納米至1 微米、10納米至50納米、10納米至100納米、1納米至0. 5微米、5納米至20納米、20納米 至0. 5微米、100納米至0. 5微米、100納米至1微米或1微米至10微米，在某些實施方案 中可希望處于2納米至1微米范圍內(nèi)?？沙练e耐腐蝕顆粒23，以覆蓋耐腐蝕金屬襯底21表面的一部分，該部分小于耐腐 蝕金屬襯底21的整個表面。以此方式，具有傳導(dǎo)性氮化物層25的耐腐蝕顆粒23可提高耐 腐蝕金屬襯底21的表面的導(dǎo)電性，而成本低于在耐腐蝕金屬襯底21上沉積連續(xù)的金屬層。 如上述在圖IA中描述的關(guān)于耐腐蝕金屬襯底10的上表面區(qū)域被金屬襯墊12覆蓋部分的 類似比例或百分比，也可以應(yīng)用于圖4中耐腐蝕顆粒23提供的覆蓋率。圖5A-圖5C為根據(jù)一個實施方案具有多個導(dǎo)電陶瓷顆粒32和用于將導(dǎo)電陶瓷顆 粒32結(jié)合于耐腐蝕金屬襯底30表面上的耐腐蝕結(jié)合金屬34的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。圖 5A-圖5C中的耐腐蝕金屬襯底30可基本上相似，即，可由與以上關(guān)于圖IA至圖3描述的耐 腐蝕金屬襯底10或20基本上相同的材料構(gòu)成。在圖5A中，示出了在沉積具有耐腐蝕結(jié)合金屬34的導(dǎo)電性陶瓷顆粒32之前的耐 腐蝕金屬襯底30。在圖5B中，沉積于耐腐蝕金屬襯底30上表面上的導(dǎo)電性陶瓷顆粒32可 包括例如金屬碳化物、金屬硼化物或金屬氮化物。每個導(dǎo)電性陶瓷顆粒32可具有置于其外 表面至少一部分上的耐腐蝕結(jié)合金屬或合金34。在某些實施方案中，可將導(dǎo)電性陶瓷顆粒 32和耐腐蝕結(jié)合金屬34混合或形成為復(fù)合物。耐腐蝕結(jié)合金屬34可包括例如鈦、鈮、鋯、 金、鈀、鉬、銥、釕或耐腐蝕合金(如，哈斯特洛伊合金(hastell0y)C-276、不銹鋼或者基于 例如鐵、鉻、鎳、鈦或鋯的合金)。導(dǎo)電性陶瓷顆粒32用作高導(dǎo)電性接觸點，以降低耐腐蝕金 屬襯底30的接觸電阻，結(jié)合金屬34用于將導(dǎo)電性陶瓷顆粒32結(jié)合至襯底30。如圖5B所示，具有耐腐蝕結(jié)合金屬34的導(dǎo)電性陶瓷顆粒32可熱噴射和/或結(jié)合 至耐腐蝕金屬襯底30的表面上。在熱噴射時，耐腐蝕結(jié)合金屬34熔融作為熱噴射工藝的 一部分，并可導(dǎo)致耐腐蝕結(jié)合金屬34的小團(tuán)或小片(例如，金屬34a)沉積于耐腐蝕金屬襯 底30的上表面上。然而，金屬34a無需不利地影響耐腐蝕金屬襯底30的導(dǎo)電性或耐腐蝕 性。作為噴射和/或結(jié)合工藝的結(jié)果，導(dǎo)電性陶瓷顆粒32可與至少一個其它導(dǎo)電性顆粒32 隔離、連接、和/或與至少一個其它導(dǎo)電性顆粒32交疊。在熱噴射沉積后，導(dǎo)電性陶瓷顆粒 32可被耐腐蝕結(jié)合金屬34部分或完全覆蓋。圖5C示出了耐腐蝕結(jié)合金屬34的至少一個部分從導(dǎo)電性陶瓷顆粒32上移除。移 除可通過化學(xué)蝕刻工藝、電化學(xué)拋光工藝或機(jī)械拋光工藝進(jìn)行。在一個實施例中，在化學(xué)蝕 刻工藝過程中，耐腐蝕結(jié)合金屬34的移除量可基于蝕刻速率和工藝持續(xù)時間。通過移除耐 腐蝕結(jié)合金屬34的一部分，暴露出導(dǎo)電性陶瓷顆粒32，并可用作高導(dǎo)電性接觸點，以降低 耐腐蝕金屬襯底30的接觸電阻。耐腐蝕結(jié)合金屬34可用于將導(dǎo)電性陶瓷顆粒32連接至 耐腐蝕金屬襯底30。在某些實施方案中，耐腐蝕金屬襯底30和耐腐蝕結(jié)合金屬34可通過 鈍化工藝，以進(jìn)一步提高其耐腐蝕性能。鈍化工藝的一個實施例包括用于生長致密的氧化 物層的熱氧化工藝，在另一個實施例中，陽極氧化或類似工藝可用作鈍化工藝。
可沉積導(dǎo)電性陶瓷顆粒32，以覆蓋耐腐蝕金屬襯底30上表面的一部分，該部分小 于耐腐蝕金屬襯底30的整個表面。如上述在圖IA中描述的關(guān)于耐腐蝕金屬襯底10的上 表面區(qū)域被金屬襯墊12覆蓋部分的類似比例或百分比，也可以應(yīng)用于圖5A-5C中導(dǎo)電性陶 瓷顆粒23提供的覆蓋率。圖6A-6C為根據(jù)一個實施方案包括沉積于耐腐蝕金屬襯底40表面上的、具有導(dǎo)電 性內(nèi)含物44的合金顆粒42的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。導(dǎo)電性內(nèi)含物44為在合金42中經(jīng)過 適當(dāng)熱處理后產(chǎn)生的沉淀物。導(dǎo)電性內(nèi)含物44可用作高導(dǎo)電性接觸點，用以接觸例如電化 學(xué)裝置中的金屬部件。圖6A-圖6C中的耐腐蝕金屬襯底40可基本上相似，即，可由與以上 關(guān)于圖IA至圖3描述的耐腐蝕金屬襯底10或20基本上相同的材料構(gòu)成。合金顆粒42可 以是可作為導(dǎo)電性內(nèi)含物44的前體的初始材料。在圖6A中，合金顆粒42可由不銹鋼、鉻、鉬、鎢或鈮制成，或者由包含鉻、鉬、鎢或 鈮且碳含量低于9%、硼含量低于5%、或氮含量低于的合金制成。在一個實施方案中， 合金顆粒42可噴射(例如，熱噴射)和/或結(jié)合至耐腐蝕金屬襯底40的表面。在另一個 實施方案中，合金顆粒42可通過濺射工藝或鍍層工藝沉積至耐腐蝕金屬襯底40的表面上。 美國專利號6，379，476描述了一種在特殊配方的不銹鋼襯底中使用具有高碳、氮和/或硼 濃度的導(dǎo)電性內(nèi)含物提高不銹鋼表面導(dǎo)電性的方法，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。作為 噴射和/或結(jié)合工藝的結(jié)果，合金顆粒42可被隔離、連接或交疊，并且可覆蓋耐腐蝕金屬襯 底40的表面的一部分。在圖6B中，合金顆粒42在受控條件下被加熱或熱處理，從而使襯墊42中的碳、氮 和/或硼沉淀為金屬碳化物、金屬氮化物和/或金屬硼化物內(nèi)含物44的形式。圖6C示出 了通過化學(xué)蝕刻工藝、電化學(xué)拋光工藝或機(jī)械拋光工藝移除襯墊42的頂部部分，以暴露出 表面上的內(nèi)含物，從而使內(nèi)含物44暴露。這些暴露的內(nèi)含物可用作高導(dǎo)電性接觸點，從而 為耐腐蝕金屬襯底40的表面提供低接觸電阻。在暴露導(dǎo)電性內(nèi)含物44之后合金顆粒42 存留的部分可用于將導(dǎo)電性內(nèi)含物44連接至耐腐蝕金屬襯底40。在某些實施方案中，耐腐 蝕金屬襯底40可通過鈍化工藝，以進(jìn)一步提高其耐腐蝕性。如前所述，可沉積合金42，以覆蓋耐腐蝕金屬襯底40上表面的一部分，該部分小 于耐腐蝕金屬襯底40的整個表面或全部表面。此外，當(dāng)覆蓋小于耐腐蝕金屬襯底40的整 個表面時，如上述在圖IA中描述的關(guān)于耐腐蝕金屬襯底10的上表面區(qū)域被金屬襯墊12覆 蓋部分的類似比例或百分比，也可以應(yīng)用于圖6A-6C中襯墊42提供的覆蓋率。圖7為根據(jù)一個實施方案包括生長于觸媒52上的多個碳納米管54的結(jié)構(gòu)的示意 性剖視圖，觸媒52沉積在耐腐蝕金屬襯底50的表面上。圖7所示耐腐蝕金屬襯底50可基 本上相似，即，可由與以上關(guān)于圖IA至圖3描述的耐腐蝕金屬襯底10或20基本上相同的 材料構(gòu)成。觸媒52可以是可作為碳納米管54的前體的初始材料。碳納米管54可用作高導(dǎo)電性接觸點，以降低耐腐蝕金屬襯底50的接觸電阻。觸 媒52的薄層用于使碳納米管54能夠在耐腐蝕金屬襯底50上生長。在某些實施方案中，碳 納米管54可基本上生長于耐腐蝕金屬襯底50的整個上表面上。在其它實施方案中，碳納 米管54可生長于耐腐蝕金屬襯底50的上表面的一個或多個部分上。在某些實施方案中， 例如當(dāng)耐腐蝕金屬襯底50為含鎳合金結(jié)構(gòu)時，有可能從耐腐蝕金屬襯底50直接生長碳納 米管54而無需觸媒52。
生長碳納米管54時，在金屬表面上沉積非常薄的觸媒52層。觸媒52可包括鎳、 鐵、鉬、鈀和/或具有相似特性的其它材料?？沙练e觸媒52，以使其基本上覆蓋耐腐蝕金屬 襯底50的整個上表面，或者可沉積觸媒52，以覆蓋耐腐蝕金屬襯底50表面的一個或多個部 分。將具有觸媒52的耐腐蝕金屬襯底50置于反應(yīng)室中，從而通過化學(xué)汽相沉積(CVD)工 藝或等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)工藝在觸媒52上生長碳納米管54。在需要時，在 碳納米管54牢固地附著于耐腐蝕金屬襯底50的上表面后，可通過化學(xué)蝕刻工藝或電化學(xué) 蝕刻工藝移除可存在于碳納米管54的頂部上的觸媒52。在某些實施方案中，耐腐蝕金屬襯 底50可通過鈍化工藝以提高其耐腐蝕性。圖8為根據(jù)一個實施方案包括位于沉積在耐腐蝕金屬襯底60表面上的耐腐蝕涂 層62之上的多個高導(dǎo)電性接觸點64的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。耐腐蝕涂層62可具有較耐 腐蝕金屬襯底60更佳的耐腐蝕特性。通過在耐腐蝕金屬襯底60的表面上沉積耐腐蝕涂層 62而后在耐腐蝕涂層62表面的一部分上沉積導(dǎo)電材料薄層(如高導(dǎo)電性接觸點64)，可獲 得耐腐蝕金屬襯底60的更佳耐腐蝕性和低接觸電阻。耐腐蝕金屬襯底60可包括低成本的碳素鋼、不銹鋼、銅和/或鋁、和/或由這些材 料中的任一種構(gòu)成的合金。在一個實施例中，耐腐蝕涂層62可包括鈦、鋯、鈮、鎳、鉻、錫、鉭 和/或硅、和/或由這些材料中的任一種構(gòu)成的合金。在另一個實施例中，耐腐蝕涂層62 可包括導(dǎo)電性或半導(dǎo)電性化合物，例如碳化硅或碳化鉻、氮化鈦。耐腐蝕層62的厚度可處 于約1納米至約50微米范圍內(nèi)。在某些實施方案中，耐腐蝕層62的厚度可處于例如1納 米至100納米、1納米至200納米、1納米至10微米、0. 01微米至0. 5微米、0. 01微米至1 微米、1微米至5微米、1微米至10微米、10微米至20微米、10微米至50微米或20微米至 50微米范圍內(nèi)，在某些實施方案中可希望處于1納米至10微米范圍內(nèi)。耐腐蝕涂層62可通過汽相沉積工藝(例如PVD或CVD)或者鍍層工藝置于耐腐蝕 金屬襯底60的上表面上。通過對耐腐蝕涂層62施加相對較厚的涂層，可使通常在涂覆襯 底時出現(xiàn)的缺陷的數(shù)量和/或尺寸降至最小。此外，為提高耐腐蝕涂層62對耐腐蝕金屬襯 底60的附著力，具有耐腐蝕涂層62的耐腐蝕金屬襯底60可通過適當(dāng)?shù)臒崽幚?例如結(jié)合 工藝)。例如，具有耐腐蝕層62的耐腐蝕金屬襯底60可在空氣中450攝氏度下熱處理約1 小時。此類熱處理還可用于使通常作為由PVD工藝沉積的涂層的結(jié)果而出現(xiàn)的小孔的數(shù)量 和/或尺寸消除或降至最小。在某些實施方案中，為增強(qiáng)耐腐蝕涂層62的耐腐蝕性，可在 導(dǎo)電襯墊64沉積之前或之后于耐腐蝕涂層62上實施表面鈍化處理。如上述關(guān)于圖1A-2B的描述，高導(dǎo)電性接觸點64可包括例如金、鈀、鉬、銥、釕、鈮 和/或鋨。如上述關(guān)于圖3-7的描述，高導(dǎo)電性接觸點64也可包括例如氮化物、碳化物、硼 化物或碳納米管。高導(dǎo)電性接觸點64可通過例如電鍍工藝、無電鍍層工藝、熱噴射工藝、汽相沉積 工藝或金屬涂刷工藝中的任意一種進(jìn)行沉積?？稍诔练e后使用高溫處理，以提高高導(dǎo)電性 接觸點64與耐腐蝕涂層62之間的結(jié)合。在某些實施方案中，在耐腐蝕金屬襯底60與耐腐蝕涂層62之間，和/或耐腐蝕涂 層62與高導(dǎo)電性接觸點64之間，可沉積或放置附加層(圖8中未示出)，例如，作為例如 擴(kuò)散阻擋層或結(jié)合層的界面層。擴(kuò)散阻擋層可用于將熱處理過程中材料由較低的表面或?qū)?向較高的表面或?qū)拥臄U(kuò)散降至最少。結(jié)合層可用于提高層間結(jié)合或附著力，從而為耐腐蝕金屬襯底60提供提高的耐腐蝕特性。在一個實施例中，界面層可包括鉭、鉿、鈮、鋯、鈀、釩、 鎢。界面層也可包括某些氧化物和/或氮化物。與界面層相關(guān)的厚度可處于1納米至10 微米范圍內(nèi)。在某些實施方案中，界面層的厚度可處于例如1納米至5納米、1納米至10納 米、1納米至1微米、0. 01微米至1微米、1微米至2微米、1微米至5微米、1微米至10微米 或5微米至10微米范圍內(nèi)，在某些實施方案中，可希望處于0. 01微米至1微米范圍內(nèi)。在制造例如以上關(guān)于圖8所描述結(jié)構(gòu)的方法的第一實施例中，1微米的鈦涂層(耐 腐蝕涂層62)可通過濺射工藝沉積于不銹鋼316 (SS316)襯底(耐腐蝕金屬襯底60)上。而 后，金襯墊層(高導(dǎo)電性接觸點64)沉積(例如熱噴射)于鈦涂層表面上，作為覆蓋鈦層表 面區(qū)域一部分的點或襯墊。沉積金點或襯墊后，涂覆鈦的SS316可在空氣中450攝氏度下 進(jìn)行熱處理，以提高金襯墊與鈦涂層表面以及鈦涂層與SS316襯底的結(jié)合。圖9為根據(jù)一個實施方案在厚度為0. 004”的鈦箔表面上熱噴射金的掃描電子顯 微鏡(SEM)照片。圖10-圖11分別為根據(jù)一個實施方案在厚度為0. 004”的涂覆鈦的不銹 鋼箔表面上熱噴射金的SEM照片和光學(xué)顯微鏡照片。圖9-圖11均示出了以與上述實施例 基本類似的方式形成的結(jié)構(gòu)的平面視圖或俯視圖。圖12為根據(jù)一個實施方案標(biāo)準(zhǔn)SS316襯底表面的動態(tài)極化電化學(xué)腐蝕數(shù)據(jù)曲線 圖。測試可于80攝氏度使用具有百萬分之五十(50ppm)氟化物的pH值為2的H2SO4溶液 進(jìn)行，并且在10毫伏每分鐘(mV/min)的電位掃描速率條件下。圖12所示曲線圖顯示涂 覆鈦的SS316襯底可具有比標(biāo)準(zhǔn)SS316襯底(即不具有耐腐蝕涂層62的SS316襯底)低 得多的腐蝕電流。圖12中的測試襯底可基于用于產(chǎn)生如以上關(guān)于圖8所描述結(jié)構(gòu)的方法 的第二實施例。在此實施例中，較厚的(約3微米)鈦涂層(耐腐蝕涂層62)通過電子束 (e-beam)蒸發(fā)工藝沉積于SS316襯底(耐腐蝕金屬襯底60)上。而后金襯墊熱噴射至涂覆 鈦的SS316襯底上。此外，涂覆鈦的SS316襯底在空氣中450攝氏度下進(jìn)行熱處理，以具有 更佳的附著力。在某些實施方案中，可使用光刻技術(shù)產(chǎn)生沉積至諸如圖9-圖11中涂覆鈦的SS316 襯底或者圖IA-圖2B中的耐腐蝕金屬襯底10的襯底上的金屬點或襯墊的特殊的構(gòu)圖或排 布。此類構(gòu)圖可通過使用掩模上規(guī)則間隔的開孔和通過使用例如濺射工藝沉積導(dǎo)電材料而 獲得。圖13為根據(jù)一個實施方案示出了在耐腐蝕金屬襯底的上表面上構(gòu)圖的多個金屬點 的光學(xué)顯微鏡照片。在向襯底上沉積材料、層或涂層時，這些工藝通常造成涂層缺陷。這些缺陷可呈現(xiàn) 為小針孔的形式，或者涂層(例如，耐腐蝕涂層62)中的微小裂紋。由于可在襯底金屬60 與涂層材料62之間發(fā)生的電耦合，此類缺陷可導(dǎo)致耐腐蝕金屬襯底60的加速腐蝕。以下 將描述多個實施方案，其中，通過將諸如金、鈀、鉻、錫或鉬的耐腐蝕金屬選擇性地鍍(例如 電鍍、無電鍍層)至例如缺陷中，以覆蓋耐腐蝕金屬襯底60的暴露部分，從而可將鍍層工藝 用于對可出現(xiàn)在耐腐蝕涂層62中的缺陷進(jìn)行密封。例如，貴金屬的選擇性電鍍可通過控制 電壓而進(jìn)行，從而使耐腐蝕金屬主要附著于耐腐蝕涂層62中的缺陷，而不是耐腐蝕涂層62 的表面上?？傻湫偷亟?jīng)驗性地確定在選擇性電鍍應(yīng)用中使用的適當(dāng)電壓。熱處理工藝或步 驟可用于確保鍍金、鈀、錫、鉻或鉬與耐腐蝕金屬襯底60和/或耐腐蝕涂層62之間的有效 結(jié)合和/或密封。在此方面，鍍層金屬不僅密封涂層缺陷，也用作耐腐蝕金屬襯底60與耐 腐蝕涂層62之間的導(dǎo)電通孔或?qū)щ姽艿?，其可提高耐腐蝕金屬襯底60的導(dǎo)電特性。在某
13些實施方案中，對涂層缺陷的密封可在將高導(dǎo)電性接觸點64置于耐腐蝕層62上之前進(jìn)行。圖14為根據(jù)一個實施方案在硅涂層中具有金密封針孔的涂覆硅的不銹鋼表面的 掃描電子顯微鏡(SEM)照片。不銹鋼襯底可具有硅基耐腐蝕涂層。如圖14所示，這些缺陷 可通過選擇性鍍層工藝密封，從而使缺陷對金屬襯底耐腐蝕性的影響減小或降至最小。在 此類已處理的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的電化學(xué)腐蝕測試顯示，在耐腐蝕涂層62中具有開放缺陷的不 銹鋼的腐蝕速率高于耐腐蝕涂層62上缺陷已密封的不銹鋼。以上所描述的各種實施方式只是示例性而非限定性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解 在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對細(xì)節(jié)進(jìn)行各種變換。實際上，在閱讀了本說 明書后，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將會清楚如何實現(xiàn)其他可選的實施方案。因此，本文不應(yīng)被限制 在以上描述的示例性實施方案內(nèi)。此外，如同在電化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)使用的相關(guān)方法和結(jié)構(gòu)在實質(zhì)上很復(fù)雜，以上所描述 的方法和結(jié)構(gòu)通常已通過經(jīng)驗性的確定合適的操作參數(shù)值，或通過使用計算機(jī)模擬達(dá)到針 對給定應(yīng)用的最佳設(shè)計而得到的最優(yōu)方法。因此，任何適當(dāng)?shù)男薷摹⒑喜⒑偷韧锒紤?yīng)被認(rèn) 為落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。此外，應(yīng)該理解附圖僅是出于示例的目的而給出。本發(fā)明公開中所提供的結(jié)構(gòu)具 有充分的靈活性和可配置性，因此它們可以以不同于附圖所示的方式形成和/或應(yīng)用。
1權(quán)利要求
一種方法，包括利用熱噴射技術(shù)在耐腐蝕金屬襯底的表面上沉積高導(dǎo)電性且耐腐蝕的材料或先于高導(dǎo)電性且耐腐蝕的材料的初始材料，從而在所述耐腐蝕金屬襯底的表面上形成多個襯墊，所述多個襯墊覆蓋所述耐腐蝕金屬襯底的表面的一部分，所述部分小于所述耐腐蝕金屬襯底的整個表面，其中，所述高導(dǎo)電性且耐腐蝕的材料具有約50毫歐姆每平方厘米(mΩ/cm2)或更小的接觸電阻，并且其中，所述耐腐蝕金屬襯底由鈦、鈮、鋯、鉭、碳素鋼、不銹鋼、銅或鋁制成，或者由鈦、鈮、鋯、鉭、鐵、鉻、鎳、銅或鋁制成的合金制成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱噴射技術(shù)包括噴射鹽溶液、金屬顆粒懸浮液、 干燥金屬顆粒、金屬線或具有金屬和陶瓷的復(fù)合顆粒。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中與所述多個金屬襯墊相關(guān)的厚度處于約10納米至約 20微米的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中與所述耐腐蝕金屬襯底的表面由所述多個金屬襯墊 覆蓋的部分相關(guān)的百分比為約95%或更低。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用熱處理工藝、蝕刻工藝、鍍層工藝或化學(xué)汽相沉積工藝提高所述多個襯墊的導(dǎo)電性。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高導(dǎo)電性且耐腐蝕的材料為由金、鈀、鉬、銥和 釕所構(gòu)成的組中選出的材料。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高導(dǎo)電性且耐腐蝕的材料為金屬氮化物、碳納 米管或具有導(dǎo)電性陶瓷和金屬的復(fù)合顆粒。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述耐腐蝕金屬襯底包括位于金屬襯底的所述表面 上的耐腐蝕涂層，以提高所述金屬襯底的耐腐蝕性。
9.一種用于電化學(xué)應(yīng)用的、具有高耐腐蝕性和低接觸電阻的裝置，包括 耐腐蝕金屬襯底；以及多個高導(dǎo)電性接觸點，沉積在所述耐腐蝕金屬襯底的表面上，并覆蓋所述耐腐蝕金屬 襯底的表面的一部分，所述部分小于所述耐腐蝕金屬襯底的整個表面；其中，所述高導(dǎo)電性接觸點由金屬氮化物、碳納米管或具有導(dǎo)電性陶瓷和金屬的復(fù)合 顆粒制成，并且其中，所述耐腐蝕金屬襯底的表面由所述高導(dǎo)電性接觸區(qū)域覆蓋的部分為約95%或更低。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述耐腐蝕金屬襯底包括由鈦、鈮、鋯、鉭、碳素鋼、 不銹鋼、銅和鋁所構(gòu)成的組中選出的材料，或者包括由鈦、鈮、鋯、鉭、鐵、鉻、鎳、銅和鋁所構(gòu) 成的組中選出的材料制成的合金。
11.一種方法，包括在耐腐蝕金屬襯底的表面上放置多個耐腐蝕顆粒，所述多個耐腐蝕顆粒覆蓋所述耐腐 蝕金屬襯底的表面的一部分，所述部分小于所述耐腐蝕金屬襯底的整個表面；以及 在所述多個耐腐蝕顆粒的上表面上沉積導(dǎo)電層；其中，所述耐腐蝕金屬襯底由鈦、鈮、鋯或鉭、碳素鋼、不銹鋼、銅或鋁制成，或者由鈦、 鈮、鋯或鉭、鐵、鉻、鎳、銅或鋁制成的合金制成。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個耐腐蝕顆粒通過熱噴射、選擇性鍍層、選 擇性蝕刻或利用防護(hù)掩模的濺射置于耐腐蝕金屬襯底的所述表面上。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述導(dǎo)電層包括金、鉬、銥或釕，并且與所述導(dǎo)電層相關(guān)的厚度處于約10納米至約100納米的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個耐腐蝕顆粒由鈦、鉻或鎳制成，或者由鈦、鉻或鎳制成的合金制成，與所述多個耐腐蝕顆粒相關(guān)的厚度處于約0. 1微米至約50微米的范圍內(nèi)，所述導(dǎo)電層包括氮化物層，并且與所述導(dǎo)電層相關(guān)的厚度處于約2納米至約10微米的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括通過硝化工藝形成所述氮化物層，所述硝化工藝包括對具有所述多個耐腐蝕顆粒的所 述耐腐蝕金屬襯底在約800攝氏度至約1300攝氏度的溫度范圍內(nèi)在基本上純的氮氣氛中 進(jìn)行退火。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中與所述耐腐蝕金屬襯底的表面由所述多個耐腐蝕 顆粒覆蓋的部分相關(guān)的百分比為約95%或更低。
17.一種裝置，包括耐腐蝕金屬襯底；多個導(dǎo)電性顆粒，沉積在所述耐腐蝕金屬襯底的表面上；其中，所述導(dǎo)電性顆粒由導(dǎo)電性陶瓷顆粒和結(jié)合金屬制成，所述結(jié)合金屬用于將所述 導(dǎo)電性陶瓷顆粒結(jié)合至所述耐腐蝕金屬襯底，其中，使所述導(dǎo)電性陶瓷顆粒的表面的一部分暴露，且所暴露的導(dǎo)電性陶瓷顆粒適于 所述耐腐蝕金屬襯底的電接觸點。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述導(dǎo)電性陶瓷顆粒包括金屬碳化物、金屬硼化 物或金屬氮化物。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述結(jié)合金屬包括鈦、鈮、鋯、金、鈀、鉬、銥、釕、不 銹鋼、哈斯特洛伊合金C-276、含鉻合金、含鎳合金、含鈦合金或含鋯合金。
20.一種用于制造如權(quán)利要求17所述裝置的方法，包括利用熱噴射技術(shù)在所述耐腐蝕金屬襯底的表面上沉積由導(dǎo)電性陶瓷顆粒和結(jié)合金屬 制成的所述多個導(dǎo)電性顆粒，所述多個導(dǎo)電性顆粒覆蓋所述耐腐蝕金屬襯底的表面的一部 分，所述部分小于所述耐腐蝕金屬襯底的整個表面；以及利用化學(xué)蝕刻工藝、電化學(xué)拋光工藝或機(jī)械拋光工藝，從結(jié)合于所述耐腐蝕金屬襯底 的表面上的所述多個導(dǎo)電性顆粒上移除所述結(jié)合金屬的一部分，從而暴露出所述導(dǎo)電性陶 瓷顆粒的表面的一部分。
21.一種用于制造如權(quán)利要求17所述裝置的方法，其中利用熱噴射工藝在所述耐腐蝕金屬襯底的表面上沉積多個合金襯墊，以覆蓋所述耐腐 蝕金屬襯底的表面的一部分，所述部分小于所述耐腐蝕金屬襯底的整個表面，對具有所述多個合金襯墊的所述耐腐蝕金屬襯底進(jìn)行熱處理，以使所述合金襯墊中的 導(dǎo)電性陶瓷顆粒沉淀；以及利用化學(xué)蝕刻工藝、電化學(xué)拋光工藝或機(jī)械拋光工藝，從所述多個合金襯墊的頂部移 除所述合金的一部分，以暴露出所述導(dǎo)電性陶瓷顆粒的表面的一部分，所述襯墊的存留合 金將所述導(dǎo)電性陶瓷顆粒結(jié)合在所述耐腐蝕金屬襯底上。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述合金包括不銹鋼、鉻、鉬、鎢、鈮或者碳含量低 于9%、硼含量低于5%、氮含量低于1 %的含鉻、鉬、鎢、鈮的合金。
23.一種裝置，包括耐腐蝕金屬襯底；以及多個碳納米管，位于所述耐腐蝕金屬襯底的表面的至少一部分上。
24.一種用于制造如權(quán)利要求23所述裝置的方法，包括在所述耐腐蝕金屬襯底的表面的所述至少一部分上沉積觸媒；以及通過化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝或等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)工藝，在所述觸 媒上生長所述多個碳納米管。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述觸媒包括鎳、鐵、鉬和鈀。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中對所述觸媒的沉積包括熱噴射工藝或物理汽相沉 積(PVD)工藝。
27.一種裝置，包括金屬襯底；耐腐蝕涂層，位于所述金屬襯底的表面上；以及導(dǎo)電且耐腐蝕的材料，位于所述耐腐蝕涂層的表面的一部分上，所述部分小于所述耐 腐蝕涂層的整個表面。
28.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述金屬襯底由碳素鋼、不銹鋼、銅或鋁制成，或 者由鐵、鉻、鎳、銅或鋁制成的合金制成。
29.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述耐腐蝕涂層包括鈦、鋯、鈮、鎳、鉻、錫、鉭、硅、 金屬氮化物或金屬碳化物或由這些材料中的任一種制成的合金，并且其中，所述耐腐蝕涂層的厚度處于約0. 001微米至約10微米的范圍內(nèi)。
30.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述導(dǎo)電且耐腐蝕的材料包括由金、鈀、鉬、銥、 釕、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬氮化物和碳納米管所構(gòu)成的組中選出的材料。
31.如權(quán)利要求27所述的裝置，進(jìn)一步包括界面層，置于所述金屬襯底和所述耐腐蝕涂層之間的界面以及所述耐腐蝕層和所述導(dǎo) 電且耐腐蝕的材料之間的界面中的至少一個界面上。
32.如權(quán)利要求31所述的裝置，其中所述界面層包括由鉭、鉿、鈮、鋯、鈀、釩、鎢、氧化 物和氮化物所構(gòu)成的組中選出的材料，所述界面層的厚度處于約1納米至約10微米的范圍 內(nèi)。
33.如權(quán)利要求27所述的裝置，進(jìn)一步包括置于所述耐腐蝕涂層的一部分上以密封所述耐腐蝕涂層上的缺陷并且由金、鈀、鉻、錫 和鉬所構(gòu)成的組中選出的材料，所述耐腐蝕涂層的無缺陷部分基本上不具有所述材料。
全文摘要
一種可用于電化學(xué)裝置中電極的方法，包括將貴金屬置于耐腐蝕金屬襯底的上表面上。貴金屬可熱噴射至耐腐蝕金屬襯底的表面上，以形成多個金屬襯墊。熱噴射可基于鹽溶液或基于金屬顆粒懸浮液。單獨的結(jié)合工藝可于金屬襯墊沉積后進(jìn)行，以增強(qiáng)金屬襯墊對耐腐蝕金屬襯底的附著力。與貴金屬襯墊相關(guān)的表面積小于與耐腐蝕金屬襯底上表面相關(guān)的表面積。熱噴射率可控，從而獲得金屬襯墊的表面積與耐腐蝕金屬襯底的表面積的預(yù)期比例。
文檔編號C25D5/02GK101918619SQ200980101881
公開日2010年12月15日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者王叢樺 申請人:特來德斯通技術(shù)公司