專利名稱：基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微型燃料電池和微加工領(lǐng)域，具體是用指基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，通過(guò)在金屬板材下面加設(shè)塑泥支撐，塑泥支撐上表層鋪加一層厚度小于5 μ m的PVC塑料薄膜，控制微成形模頭運(yùn)動(dòng)方向、路徑以及加工速度對(duì)金屬薄板加工流道，微成形模頭通過(guò)微小區(qū)域塑性成形的積累，完成整個(gè)極板的成形，其適用于超薄金屬雙極板的微成形加工，加工精度高、成本低。
背景技術(shù)：
由于人們對(duì)國(guó)際能源短缺、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的認(rèn)識(shí)，開(kāi)發(fā)清潔便利的可替代能源是必然趨勢(shì)。燃料電池由含催化劑的陽(yáng)極、陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成，是一種把持續(xù)供給的燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。由于燃料電池不經(jīng)過(guò)熱機(jī)過(guò)程而 不受卡諾循環(huán)效率限制，燃料電池將是繼水力、火力、核能之后的第四代發(fā)電裝置和替代內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力裝置，具有污染小、效率高、移動(dòng)性好、即時(shí)充電等優(yōu)點(diǎn)。流場(chǎng)板是串聯(lián)各個(gè)單電池的關(guān)鍵部件，性能要求高，起到收集并導(dǎo)出電流、隔離和平均分配氣體，同時(shí)流場(chǎng)板和流場(chǎng)板布置對(duì)電池的水熱管理、反應(yīng)物分布以及生成物順利排出等影響很大，為此流場(chǎng)板的加工工藝研究備受關(guān)注。微型燃料電池金屬流場(chǎng)板成形方法可以采用微塑性成形法或者基于微機(jī)電系統(tǒng)(如激光微細(xì)加工、光刻、硅微加工、化學(xué)蝕刻、電化學(xué)蝕刻等)的微加工技術(shù)，這些技術(shù)的成形有助于微型金屬流場(chǎng)板和微型燃料電池的推廣應(yīng)用。但是現(xiàn)存的微塑性成形法也存在如下問(wèn)題1、在加工金屬雙極板時(shí)如果采用無(wú)凹?；蛘邿o(wú)支撐方式，加工時(shí)因?yàn)閴哼厖^(qū)域?qū)е陆饘侔宀募庸^(qū)域不同位置的抗力不同，極板中間有回彈，會(huì)降低加工的精確度。2、若用微凹模作為支撐，在加工流道之前必須先將對(duì)應(yīng)凹模制造出來(lái)，增加了加工步驟和成本，也增加了加工工藝的復(fù)雜度。3、若加工金屬板材面積較小，極板流道加工時(shí)相鄰流道會(huì)相互影響，降低了金屬雙極板的加工精確度。4、如果采用橡膠等軟模作為支撐，軟模支撐會(huì)發(fā)生回彈，嚴(yán)重影響金屬雙極板已加工的流道形狀和精度。因此希望能提出一種降低回彈的微型金屬雙極板成形方法，在金屬板材下加設(shè)一種成形支撐，該支撐在成形過(guò)程中不僅能夠根據(jù)成形力調(diào)節(jié)支撐反力，而且在極板變形后無(wú)回彈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足，提供一種塑泥支撐用來(lái)加工金屬雙極板，這種塑泥支撐是由粘土粉70 80%、液體石蠟3 5%、甘油3 5%、凡士林2 3%、滑石粉3 6%、a -SiC晶須增強(qiáng)劑O. 5 1. 0%和水3 5%配置而成，其中a -SiC晶須增強(qiáng)劑粒徑為15 20 μ m,晶須尺度為150 200 μ m。將這些材料按比例混合在一起放進(jìn)攪拌機(jī)中攪拌直至混合均勻?yàn)橹?，即可得到所需要的塑泥。?dāng)加工金屬雙極板時(shí)，先用普通的模壓機(jī)壓成塑泥塊，然后按照極板的加工區(qū)域切割相應(yīng)大小的塑泥塊，最后在塑泥表層覆蓋一層PVC塑料薄膜以防止塑泥與金屬板材接觸后產(chǎn)生不同程度的化學(xué)反應(yīng)，此時(shí)再按照微塑性成形加工方法進(jìn)行極板加工，即可加工金屬雙極板。本發(fā)明保證了加工精度、降低了回彈。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其特征在于配置一種塑泥是作為加工金屬雙極板的支撐，然后由控制系統(tǒng)控制微成形模頭運(yùn)動(dòng)方向、路徑以及加工速度對(duì)金屬薄板加工流道，微成形模頭通過(guò)微小區(qū)域塑性成形的積累，完成整個(gè)流場(chǎng)的成形；其中塑泥的配置原料組成是粘土粉70 80%、液體石蠟3 5%、甘油3 5%、凡士林2 3%、滑石粉3 6%、a -SiC晶須增強(qiáng)劑O. 5 L 0%和水3 5%，并且在加工金屬雙極板時(shí)，再在塑泥表層加一層厚度小于5 μ m的PVC塑料薄膜以避免塑泥與金屬板材發(fā)生接觸，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的腐蝕；其中a -SiC晶須增強(qiáng)劑粒徑為15 20 μ m,晶須尺度為150 200 μ m。
上述的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其特征在于塑泥支撐中的塑泥成分中的粘土粉的PH值在5 9之間，a -SiC晶須增強(qiáng)劑含量根據(jù)金屬雙極板成形力調(diào)整，a-SiC晶須增強(qiáng)劑含量與成形力成正比關(guān)系。上述的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其特征在于為了保證塑泥的支撐力，金屬板厚度小于150 μ m。上述的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其特征在于塑泥首先用模壓機(jī)壓成塑泥塊，然后按照金屬板加工區(qū)域切割相應(yīng)大小的塑泥塊。上述的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工所采用的支撐裝置包括工作臺(tái)、金屬板材固定裝置和塑泥；工作臺(tái)位于支撐裝置的底部；金屬板材固定裝置由螺栓、壓邊圈、支撐座和連接螺釘組成，金屬板材固定裝置通過(guò)連接螺釘和工作臺(tái)固定，金屬板材放置在支撐座上，螺栓通過(guò)壓邊圈和支撐座固定的方法對(duì)金屬板材實(shí)現(xiàn)壓邊的作用；塑泥放入由支撐座圍成的空間區(qū)域，塑泥上表面與金屬板材的下表面貼合，作為加工雙極板的支撐。本發(fā)明有如下優(yōu)勢(shì)1、由于作為支撐的材料為加入增強(qiáng)劑的塑泥，因而在流道加工完成后，所產(chǎn)生的變形是一種永久塑性變形，不會(huì)產(chǎn)生回彈，減少了成形缺陷，使對(duì)金屬板材的加工更為準(zhǔn)確。2、塑泥具有一定的強(qiáng)度，是成形力的30% 50%，并且具有抗壓強(qiáng)度，在用微成形模頭加工流道時(shí)，金屬板材處于壓應(yīng)力狀態(tài)，加工更準(zhǔn)確。3、由于在塑泥內(nèi)加入了增強(qiáng)劑，因此強(qiáng)度可以調(diào)整，可以完成對(duì)不同強(qiáng)度、不同流道深度的板材的加工。4、作為金屬加工用支撐的塑泥的成形性和可塑性好，在加工流道時(shí)，減小后一道次以后的道次對(duì)前一道次的影響，提高了加工精度。5、用塑泥作為加工金屬雙極板的支撐，減少了微凸模和微凹模的加工工時(shí)和費(fèi)用，成形效率和精度高，工藝簡(jiǎn)單易控。


圖1是基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工示意圖。I工作臺(tái)2螺栓3支撐座4連接螺釘5壓邊圈6控制系統(tǒng)7微成形模頭8金屬板材9塑泥支撐
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1和具體實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明這種基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工的具體細(xì)節(jié)和工作情況，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本發(fā)明提出的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，先將工作臺(tái)I按適當(dāng)位置水平固定好，按照所需加工金屬板材的尺寸適當(dāng)調(diào)整支撐座3大小，并將調(diào)整好的支撐座3水平放置在工作臺(tái)I上，將定位好的支撐座3和工作臺(tái)I用連接螺釘4連接固定；按照所需加工流道的金屬板材的強(qiáng)度選擇塑泥配比，塑泥的配置原料組成是粘土粉70 80%、 液體石蠟3 5%、甘油3 5%、凡士林2 3%、滑石粉3 6%、a-SiC晶須增強(qiáng)劑O. 5 1. 0%和水3 5%，粘土粉的PH值在5 9之間，a -SiC晶須增強(qiáng)劑含量根據(jù)金屬雙極板成形力調(diào)整，a-SiC晶須增強(qiáng)劑含量與成形力成正比關(guān)系，a-SiC晶須增強(qiáng)劑粒徑為15 20 μ m,晶須尺度為150 200 μ m ;塑泥用模壓機(jī)壓成塑泥塊,然后按照金屬板加工區(qū)域和支撐座3高度切割相應(yīng)大小和高度的塑泥支撐9，塑泥支撐9的高度和支撐座3的高度相同，將塑泥支撐9加入由支撐座3和工作臺(tái)I所圍成的空間中,保證塑泥支撐9的高度與支撐座3頂端平齊；在塑泥支撐9表面鋪設(shè)一層厚度小于5 μ m的PVC塑料薄膜，以避免塑泥與金屬板發(fā)生接觸進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的腐蝕；金屬板厚度小于150 μ m，將金屬板材8放置在PVC塑料薄膜上，在金屬板材8兩側(cè)加上壓邊圈5，用螺栓2將壓邊圈3、金屬板材8和支撐座5連接起來(lái)；然后由控制系統(tǒng)6控制微成形模頭7運(yùn)動(dòng)方向、路徑以及加工速度對(duì)金屬薄板加工流道，微成形模頭7通過(guò)微小區(qū)域塑性成形的積累，完成整個(gè)流場(chǎng)的成形。本發(fā)明提出的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其中所采用的支撐裝置包括工作臺(tái)、金屬板材固定裝置和塑泥；工作臺(tái)位于支撐裝置的底部；金屬板材固定裝置由螺栓、壓邊圈、支撐座和連接螺釘組成，金屬板材固定裝置通過(guò)連接螺釘和工作臺(tái)固定，金屬板材放置在支撐座上，螺栓通過(guò)壓邊圈和支撐座固定的方法對(duì)金屬板材實(shí)現(xiàn)壓邊的作用；塑泥放入由支撐座圍成的空間區(qū)域，塑泥上表面與金屬板材的下表面貼合。綜上所述，本發(fā)明涉及微板料加工領(lǐng)域，完善了用傳統(tǒng)制造方法加工金屬雙極板的不足，用這種塑泥作為加工金屬雙極板的支撐具有工作效率高、精確度高、可操作性強(qiáng)、安全可靠、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)需加工復(fù)雜的微模具、成本低，并且可通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)控制加工任意形狀的流道，并且還能對(duì)不同強(qiáng)度的金屬薄板進(jìn)行加工應(yīng)用范圍廣。
權(quán)利要求
1.基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，特征在于配置一種塑泥作為加工金屬雙極板的支撐，然后由控制系統(tǒng)控制微成形模頭運(yùn)動(dòng)方向、路徑以及加工速度對(duì)金屬薄板加工流道，微成形模頭通過(guò)微小區(qū)域塑性成形的積累，完成整個(gè)流場(chǎng)的成形；其中塑泥的配置原料組成是粘土粉70 80%、液體石蠟3 5%、甘油3 5%、凡士林2 3%、滑石粉 3 6%、a -SiC晶須增強(qiáng)劑O. 5 1. 0%和水3 5%，并且在加工金屬雙極板時(shí)，再在塑泥表層加一層厚度小于5 μ m的PVC塑料薄膜以避免塑泥與金屬板材發(fā)生接觸，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的腐蝕；其中a -SiC晶須增強(qiáng)劑粒徑為15 20 μ m,晶須尺度為150 200 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其特征在于塑泥成分中的粘土粉的PH值在5 9之間，a -SiC晶須增強(qiáng)劑含量根據(jù)金屬雙極板成形力調(diào)整，a-SiC晶須增強(qiáng)劑含量與成形力成正比關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其特征在于為了保證塑泥的支撐力，金屬板厚度小于150 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其特征在于塑泥用模壓機(jī)壓成塑泥塊，然后按照金屬板材加工區(qū)域切割相應(yīng)大小的塑泥塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，其特征在于所采用的支撐裝置包括工作臺(tái)、金屬板材固定裝置和塑泥；工作臺(tái)位于支撐裝置的底部；金屬板材固定裝置由螺栓、壓邊圈、支撐座和連接螺釘組成，金屬板材固定裝置通過(guò)連接螺釘和工作臺(tái)固定，金屬板材放置在支撐座上，螺栓通過(guò)壓邊圈和支撐座固定的方法對(duì)金屬板材實(shí)現(xiàn)壓邊的作用；塑泥放入由支撐座圍成的空間區(qū)域，塑泥上表面與金屬板材的下表面貼入口 ο
全文摘要
本發(fā)明涉及微型燃料電池領(lǐng)域，具體指基于塑泥支撐的微型金屬雙極板加工方法，通過(guò)在金屬板下面加設(shè)塑泥支撐，塑泥支撐上表層鋪加一層厚度小于5μm的PVC塑料薄膜，控制微成形模頭運(yùn)動(dòng)路徑和速度，微成形模頭通過(guò)微小區(qū)域塑性成形的積累，完成整個(gè)金屬極板的成形；塑泥組成是粘土粉70～80％、液體石蠟3～5％、甘油3～5％、凡士林2～3％、滑石粉3～6％、α-SiC晶須增強(qiáng)劑0.5～1.0％和水3～5％，α-SiC晶須增強(qiáng)劑粒徑為15～20μm，晶須尺度為150～200μm。本發(fā)明解決了無(wú)支撐時(shí)加工精度低的問(wèn)題，也解決了加彈性支撐時(shí)有回彈并影響極板形狀的問(wèn)題，具有加工精度高和成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/88GK103022516SQ20121057890
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者王勻, 許楨英, 張園園, 吳俊峰, 孫全平, 蔣素琴, 朱凱, 陸廣華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)