專利名稱：對于鈦制部件進行的鍍貴金屬的制作方法
技術領域：
本發明涉及鍍貴金屬，更詳細地說涉及在鈦或者鈦合金制的部件 上進行鍍貴金屬的技術。
背景技術：
歷來，燃料電池中，在以按照原樣使用則與燃料電池電極的接觸 電阻變大的原材料形成隔板的場合，可以在隔板表面與電極接觸的部 分上實施鍍金。
但是，由鈦或者鈦合金形成隔板時，其表面難以直接進行電解鍍 金。這是由于在鈦或者鈦合金制的隔板(以下統一稱為"鈦制隔板") 的表面上形成了鈍態的鈦的氧化物被膜。另一方面，只要先進行作為 基底鍍的鍍鎳、其后進行鍍金，就可以在鈦制隔板上進行鍍金。但是， 這種方式的隔板，若表面的鍍金存在缺陷時，從該處鎳有溶出的可能 性。由于鎳賦予環境以壞影響，所以需要在鈦上直接進行鍍金的技術。 這樣的課題不限于鍍金，對于要求與其它導電性部件的接觸電阻低的 鈦制或者鈦合金制的制品和部件進行鍍貴金屬時，也廣泛存在。
本發明的目的在于，解決上述課題的至少一部分，提供在鈦的表面 上進行電解鍍貴金屬的技術。
另外，為了參考，將日本專利申請2006 - 111514號公開的內容引 入本說明書中。
發明內容
為了達到上述目的，本發明在制造至少 一部分上鍍貴金屬的燃料 電池用隔板時進行以下處理。即首先，(a)在由鈦或者鈦合金制的 用于燃料電池隔板的鈦部件的表面的至少一部分上形成碳化鈦。其后，(b)在鈦部件的表面的至少一部分上進行鍍貴金屬。在碳化鈦上金的 附著比在氧化鈦上牢固。由此，只要按照這種方式進行，就可以在鈦 的表面上進行鍍貴金屬。
另外，在鈦部件的表面的至少一部分上形成碳化鈦時，優選進行
以下的處理。即(al)作為鈦部件準備表面上附著有含碳物質的鈦 部件。而且(a2)對鈦部件在比常溫高的規定的第1溫度下實行第1 加熱處理。只要按照這種方式進行，就可以在鈦部件的表面的至少一 部分上形成碳化鈦。
另外，表面上附著有含碳物質的鈦部件可以是附著有在軋制鈦部 件時使用的軋制油的鈦部件。在這種方式下，含碳物質就是軋制油。 按照這種方式，在鈦部件的制造工序中使用附著的軋制油，就可以形 成碳化鈦。因此，不必在軋制工序之外另設涂布含有用于形成碳化鈦 的碳的物質的工序。
另外，優選上述第i溫度是包括在300x: 700x:范圍內的溫度。
更優選第1溫度是包括在450C 550t:范圍內的溫度。
另外，優選通過第1處理，碳化鈦在鈦部件表面的至少一部分上 以不均勻的密度形成。
另外，在鈦部件的表面上形成碳化鈦時可以按照以下那樣形成。
即在鈦部件的表面的至少一部分所包括的第l位置以第l厚度形成 碳化鈦。而且，在與鈦部件的表面的至少一部分所包括的第l位置不 同的第2位置以與第l厚度不同的第2厚度形成碳化鈦。
另外，優選制造燃料電池用隔板時，(c)對鍍貴金屬的鈦部件在 比常溫高的規定的第2溫度下實行第2加熱處理。按照這種方式進行， 可以使貴金屬鍍層和鈦部件的界面上存在的氫化鈦擴散至鈦部件內 部。其結果，可以使貴金屬鍍層和鈦部件更牢固地結合。
另外，優選上述第2溫度是包括在220X: 400X:范圍內的溫度。 另外，本發明可以在各種實施方式中實現，例如，可以在燃料電 池的隔板、燃料電池隔板的制造方法、具備鈦制隔板的燃料電池、該 燃料電池的制造方法等的實施方式中實現。以下參照附圖，詳細地說明本發明優選的實施例，明確本發明上 述的目的和其它目的、構成、效果。
圖1是表示本發明實施方式的隔板的制造方法的流程圖。
圖2是表示在實施方式的隔板制造方法的各階段中隔板用板狀部 件的截面圖。
圖3是表示使圖1的其它各步驟條件原樣保持一定、改變步驟S20 中的加熱處理的目標溫度而進行圖1的處理、進行鍍層附著力試驗的 結果的標繪圖。
具體實施例方式
A.實施方式
圖1是表示本發明實施方式的隔板的制造方法的流程圖。圖2是
圖。在制造隔板時，首先，在圖1的步驟S10中，準備作為鍍金對象
的鈦制隔板用板狀部件io。板狀部件io的原材料，例如可以是nsi 類的純鈦。該板狀部件io是軋制鈦部件而制成的板狀部件，在其表面
上附著有軋制油20 (參照圖2(a))，另外，軋制油由含碳的油脂制 成。
在空氣存在的環境下，通常鈦制部件的表面由鈍態的氧化鈦Ti02 覆蓋。圖2中，在板狀部件10中，由11表示純鈦Ti的部分，由12 表示表面的氧化鈦Ti02的部分。
在圖1的步驟S20中，進行板狀部件10的導電化處理。具體地說， 例如使板狀部件10在10 —2Torr的氬氣氣氛下以~ 500X:加熱處 理約30秒。這里，將溫度控制的目標溫度設定為450X:。通過該加熱 處理，鈦制板狀部件10的表面部分與軋制油20中的碳反應，形成碳 化鈦Ti-C。圖2 (b)中由30表示板狀部件10中的碳化鈦的部分。 另外，附著在板狀部件10的表面上的軋制油20在各部分不是以均質的量和密度嚴密地附著。因此，碳化鈦部30的密度和厚度因位置不同 而不同。另外，在一部分上也有鈍態氧化鈦Ti02原樣殘留的部分。即 在板狀部件10的表面上存在碳化鈦Ti-C富集部分和氧化鈦1402富 集部分。
另外，制造鈦制隔板時，在步驟S20的處理之前實施鈦的板狀部 件的軋制工序和其后的退火工序。在該退火工序的最終階段，通過將 溫度調整到400X: ~ 500匸，可以實現步驟S20。實際上，步驟S20中
的40ox: 50ox:的設定溫度是比退火工序的溫度低的溫度。另外，在 連續退火工序中，多數情況下首先實施洗涂工序，但是，即使經過該
洗滌工序，在鈦制板狀部件的表面上也可以殘存步驟S20中可形成碳
化鈦程度的充分的軋制油。
在其后進行的電解鍍金之前，在S30~S70中進行前處理。在步驟 S30中，對板狀部件IO進行拋光研磨。通過該拋光研磨附著在板狀部 件10的表面上的碳化的軋制油被研磨劑機械地除去。另外，表面干凈 時，可以不經過步驟S30~S70，直接進入步驟S80的工序。
在步驟S4G中，對板狀部件IO進行拋光渣滓的除去。在該拋光渣 滓除去中，由表面活性劑除去附著在板狀部件IO的表面上的研磨劑。
在步驟S50中對板狀部件IO進行浸漬脫脂。具體地說，將板狀部 件IO浸漬在以NaOH作為主劑的堿性溶液中。其結果，由皂化反應除 去板狀部件IO表面的油脂部分。
在步驟S60中，對板狀部件10進行電解脫脂。具體地說，在以NaOH 作為主劑的堿性溶液中進行板狀部件10的電解。其結果，與皂化反應 同時通過由電解發生的氣體使板狀部件IO表面的污物去掉。
在步驟S7G中，對板狀部件IO進行酸活化。具體地說，將板狀部 件IO浸在氫氟酸系溶液中。其結果，板狀部件IO表面的薄銹和污物 被除去，板狀部件10的表面的一部分被溶解，露出金屬表面。另夕卜， 步驟S70后露出的金屬是碳化鈦、氬氧化鈦或氧化鈦。也就是說，碳 化鈦30部和氧化鈦部12下面的鈦部11不露出來。
在步驟S80中，對板狀部件IO進行電解鍍金。具體地說，在含有金離子或者金絡合離子的亞硫酸系鍍液中，將板狀部件10配置為陰 極，流過電流，在板狀部件10的表面上析出金屬金。這里，電流密度 是O. 3A/dm2,在50"C下通電約10分鐘。另外，進行電解鍍金時，也 可以使用氰系鍍液。
通常，鈦制部件的表面由鈍態的氧化鈦Ti02覆蓋。因此在鈦制部 件上進行電解鍍金是困難的。但是，本發明的實施方式在步驟S20中 在板狀部件10的表面上設置了比氧化鈦TiO2導電性高的碳化鈦Ti -C 部分30。因此，在步驟S80中可以在板狀部件10的表面上進行鍍金。 另外。金在碳化鈦上比在鈍態的氧化鈦上的附著牢固。由此，按照本 實施方式，從這點出發，可以在鈦部件上形成難以剝離的鍍金層。另 外，顯然，即使以TiN或TiB等的具有高導電化皮膜代替Ti-C的方 式也可以實施本發明，但是Ti - C的方式可以得到更好的結果。
在步驟S80中進行電解鍍金的結果，如圖2 (c)所示，在板狀部 件10的表面形成鍍金層40。另外，此時在鍍金層40和碳化鈦部30 之間可以是氫化鈦TiH、 TiH2的層50。可以認為，這是在步驟S70的 酸活化時氬附著在板狀部件10的表面上、該氫與板狀部件10的碳化 鈦Ti-C反應的產物。作為其理由可以舉出，在完全除去Ti-C層的 Ti02層最初不能附著Au，而且TiH、 TiH2層的形成也顯著地受到阻礙。
在步驟S90洗滌板狀部件10。具體地說，將板狀部件10浸入溫 水中，由超聲波洗滌。
在步驟S100中，對板狀部件10進行加熱處理。即在10_2Torr 的氬氣氣氛下、在300*C ~ 350t:下加熱處理板狀部件10約9分鐘。 另外，目標溫度是330X:。通過該加熱處理，氫化鈦層50的氫化鈦擴 散到板狀部件10的內部。其結果，如圖2(d)所示，氫化鈦層50消 失。
氫化鈦是脆的。因此，在鍍金層40和碳化鈦部30之間存在氫化 鈦TiH、 TiH2的層50時，鍍金層40容易剝離。但是，在本實施方式 中，通過加熱處理可以使鍍金層40和碳化鈦部30之間的氫化鈦擴散。 因此，鍍金層40和碳化鈦部30牢固地結合，鍍金層40就難以從板狀部件IO剝離。 B.實施例
在實施例中，根據圖1所示的流程圖在鈦制隔板用板狀部件10上 進行鍍金。此時，改變步驟S20中的加熱處理的目標溫度，使其它各 步驟的條件保持一定而進行處理。條件如下。
(a )板狀部件10的原材料是JIS 1類的鈦。
(b) 在l(T2Torr的氬氣氣氛下、約30秒、將目標溫度設定為300
x: 700x:的各種溫度，在板狀部件io的表面上進行用于生成Ti-c
的導電化處理(參照圖1的步驟S20)。
(c) 在以NaOH作為主劑的堿性溶液中進行電解脫脂和浸漬脫脂 (參照步驟S50和S60)。
(d) 使用氫氟酸系溶液進行酸活化(參照步驟S70)。
(e) 在含有金絡合離子的亞硫酸系鍍液中進行鍍金(參照步驟 S80)。
(f )在10 —2Torr的氬氣氣氛下、將目標溫度設定為330X:，進行 用于擴散氫化鈦的加熱處理(參照步驟S100 )約9分鐘。
圖3是表示使圖1的其它各步驟條件原樣保持一定、改變步驟S20 中的加熱處理的目標溫度而進行圖1的處理、進行鍍層附著力Vs試驗 的結果的標繪圖。圖3的試驗按照JIS規定的膠帶剝離法進行。如圖 3表明的那樣，優選生成碳化鈦的步驟S20的加熱處理在400X: ~ 600 。C的范圍內進行，更優選在450'C 550X:的溫度范圍內進行。
之所以加熱處理的溫度比400匸低時鍍層的附著力變低，可以認為 是因以下的理由。即加熱處理的溫度比4001C低時，不能促進作為 含有碳的化合物的軋制油的碳化，難以引起軋制油的分解。因此，可 以認為難以生成碳化鈦Ti — C。
另一方面，之所以加熱處理的溫度比700X:高時鍍層的附著力變 低，可以認為是因以下的理由。即，可以i人為，加熱處理的溫度比700 。C高時，軋制油中的許多碳成分形成二氧化碳等氣體排出到原材料之 外或者擴散到原材料內部，不能殘留在原材料的表層附近。另外，對于進行上述那樣的加熱處理在表面上生成不均勻的碳化
鈥的鈥制板狀部件10 (參照圖2(b))和對相同的鈦制板狀部件不進
別進行鍍金附著力的比較試驗。另外，試驗按照JIS規定的膠帶剝離 法進行。其結果可以明顯看出，由加熱處理在表面上生成不均勻碳化 鈦的板狀部件10的一方與由'減射生成均勻的碳化鈦的板狀部件相比， 其鍍金層附著牢固。 C.其它實施方式
另外，本發明不受上述實施例和實施方式限定，可以在不偏離其 要旨的范圍內實施各種實施方式，例如可以是如下的實施方式。 Cl.其它實施方式1:
在上述實施方式中對板狀部件IO進行鍍金。但是鍍在部件表面的 物質不限定于金(Au),可以釆用銀(Ag)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、 銠(Rh )、銥(Ir )、釕(Ru )、鋨(0s )等的其它貴金屬。
C2.其它實施方式2:
在上述實施方式中，板狀部件10由JIS 1類的鈦制成。但是，進 行鍍金的部件的原材料并不限定于此。也就是說，進行鍍金的部件的 原材料也可以是JIS 2類或3類的鈦。另外，除了JIS規定的純鈦以 外，也可以是更多地含有其它金屬的鈦合金。
C3.其它實施方式3:
在上述實施方式中，附著在板狀部件10的表面上的軋制油中的碳 和板狀部件10的鈦反應而生成碳化鈦。但是，也可以用其它的方法供 給生成碳化鈦所使用的碳。例如，也可以將含有碳的適當原材料在加 熱處理前涂布在板狀部件10的表面上。
C4.其它實施方式4:
在上述實施方式中，在板狀部件10的表面上生成碳化鈦時，進行 在10 —2Torr的氬氣氣氛下、約30秒、目標溫度的加熱處理。但 是，在鈦部件表面生成碳化鈦時，溫度、壓力和加熱時間可以是各種 各樣的值。另外，也可以在氦氣氛等其它惰性氣體的氣氛下進行。但是，優選加熱溫度在300r以上700匸以下，更優選在400r以上、600 。C以下。而且，進一步優選加熱溫度在450匸以上550匸以下。 C5.其它實施方式5:
在上述實施方式中，在板狀部件10的表面上生成碳化鈦的工序 (圖1步驟S20)在退火工序的最終階段進行。但是，在鈦部件的表 面上生成碳化鈦的工序并不限于此，也可以作為與退火工序相獨立的 工序實施。
C6.其它實施方式6:
在上述實施方式中，碳化鈦以不均勻的厚度由加熱處理形成在板 狀部件10的表面上。但是，碳化鈦也可以通過賊射等其它的處理形成 在鈦部件的表面上。另外，碳化鈦也可以以大體均勻的厚度形成在鈦 部件的表面上。但是，形成在鈦部件表面上的碳化鈦更優選以不均勻 的厚度形成。另外，所謂"以不均勻的厚度形成碳化鈦"也包括在鈦 部件表面的一部分上有不形成碳化鈦的部分的實施方式。
C7.其它實施方式7:
在上述實施方式中，使氫化鈦擴散的工序(圖1的步驟S100 )是 在10 — 2Torr的氬氣氣氛下、在目標溫度330匸下進行約9分鐘的加熱 處理。但是，在進行用于使已進行鍍金的鈦部件中的氬化鈦擴散的加 熱處理時，溫度、壓力和加熱時間可以是各種各樣的值。另外，也可 以在氦氣氣氛等其它惰性氣體的氣氛下進行。但是，優選加熱溫度在 300。C以上、400X:以下，更優選在320E以上、380X:以下。
C8.其它實施方式8:
還優選使用由上述實施方式的方法制造的隔板制造燃料電池。該 燃料電池是具備由反應氣體的電化學反應進行發電的膜電極接合體和 上述隔板的燃料電池。膜電極接合體具備電解質膜和設在電解質膜兩 側的電極。而且，相對于電極將隔板分別設在與電解質膜相反的一側， 經實施鍍金的部分而與電極連接。
由于這樣的燃料電池的隔板用鈦制成，所以隔板不發生腐蝕，可 以長期發揮穩定的性能。另外，由于隔板經實施鍍金的部分而與電極連接，所以隔板和電極的接觸電阻小。由此，隔板和電極的接觸部分 比沒有鍍金時的發電效率高。而且，由于在隔板中鍍金層和鈦部件經 由碳化鈦相接觸，所以鍍金層難以從鈦部件上剝離。
以上，參照其優選例示的實施例詳細地說明了本發明。但是本發 明不限于以上說明的實施例和構成。而且，本發明包括各種各樣的變 形和均等的構成。另外，已公開的發明的各種要素可以以各種組合和 構成被公開，但是它們僅僅是例示之物，各要素既可以更多，或者也 可以更少。而且，也可以是一個要素。它們的實施方式都包括在本發 明的范圍內。
產業上的利用可能性
本發明可以適用于燃料電池、燃料電池系統、以燃料電池作為動 力源的發動機、具有利用燃料電池的動力源的車輛。
權利要求
1. 在至少一部分上鍍貴金屬的燃料電池用隔板的制造方法，其包括以下工序(a)在由鈦或者鈦合金制的用于燃料電池隔板的鈦部件的表面的至少一部分上形成碳化鈦的工序；和(b)上述工序(a)之后，在上述碳化鈦的至少一部分上進行鍍貴金屬的工序。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中， 上述工序(a)包括以下工序(al)作為上述鈦部件，準備表面上附著有含碳物質的鈦部件的 工序；和(a2 )對上述鈦部件在比常溫高的規定的第1溫度下實行第1加 熱處理的工序。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，上述在表面上附著有含碳物質的鈦部件是附著有軋制上述鈦部件 時使用的軋制油的鈦部件；上述含碳物質是上述軋制油。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中，上述第i溫度是包括在300x: 70or;范圍內的溫度。
5. 根據權利要求2所述的方法，其中，上述第1溫度是包括在450r 550TC范圍內的溫度。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，上述工序(a)的結果，上述碳化鈦在上述鈦部件的上述表面的至 少一部分上以不均勻的密度形成。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中， 上述工序(a)是在上述鈦部件的上述表面的至少一部分所包括的第1位置以第1 厚度形成碳化鈦、在上述鈦部件的上述表面的至少一部分所包括的與上述第1位置不同的第2位置以與上述第l厚度不同的第2厚度形成碳化鈦的工序。
8. 根據權利要求1~7的任一項所述的方法，其還包括(c)對上 述鍍貴金屬的鈦部件在比常溫高的規定的第2溫度下實行第2加熱處 理的工序。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中，上述第2溫度是包括在220X: ~ 400匸范圍內的溫度。
全文摘要
本發明提供在鈦的表面進行鍍貴金屬的技術。例如，在制造一部分實施鍍金的燃料電池用隔板時，進行如下的處理。即首先，準備由鈦或者鈦合金制成的用于燃料電池隔板的鈦部件(S10)。該鈦部件是表面上附著有含碳物質的鈦部件。而且，對于該鈦部件在300℃～700℃的規定的第1溫度下實行第1加熱處理(S20)。其后，在加熱處理過的鈦部件表面上進行鍍金(S80)。按照這樣的實施方式，在鈦的表面上就可以簡單地進行電解鍍金。
文檔編號H01M8/02GK101421875SQ20078001344
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月10日 優先權日2006年4月14日
發明者水野誠司, 青山直高 申請人:豐田自動車株式會社