專利名稱：一種熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池技術，特別提供了 一種通過對熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板表面的處理，使得不銹鋼雙極板具有良好的耐腐蝕性。
背景技術：
燃料電池是一種通過電化學反應將燃料及氧氣或空氣中的化學能直接
轉化為電能的發電裝置。作為燃料電池的一種，熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)以發電效率高、電催化無需使用貴金屬及環境友好等特點而受到重視，成為80年代以來美、日、歐重點發展的民用發電技術，并且它可以直接以煤氣為燃料，特別適合我國國情。MCFC是一種高溫燃料電池，工作溫度為600-700°C，它主要由多孔金屬陽極、多孔氧化物陰極、電解質板及導電雙極板等組成。目前MCFC制備技術已相對成熟，但電池的低壽命、高成本仍嚴重阻礙了其商業化進程。其中，熔融碳酸鹽電解質引起的電池材料的腐蝕是主要原因之一，電池材料的腐蝕主要包括氧化物陰極的溶解、陽極及雙極板材料的腐蝕等。雙極板兼作電池集流器和隔離板。集流器連接隔離板和電極，而隔離板分離單體電池，它主要起3種作用， 一是將陽極氣氛與陰極氣氛分離，二是提供單體電池之間的電接觸，三是提供一個濕封區。這樣就存在3個不同的腐蝕環境，即陽極區、陰極區和濕封區。 一種單一材料或涂層難以滿足這樣不同的腐蝕環境。由于較好的總的材料力學性能及成本較低，目前雙極板材料一般采用不銹鋼如316和310等，但它們的耐腐蝕性能遠滿足不了實用化要求，且在陽極一側的腐蝕速度可比陰極一側高2個數量級，因此必須尋求適當的表面防護技術。由于濕封區對導電性無要求，故在此部位一般采用Al化物涂層，以期形成Al203保護膜(在服役過程中被轉化為LiA102)，能滿足實用化要求。目前對濕封區的表面處理一般采用噴涂、熱擴散或離子蒸發方法。這些方法存在或工藝復雜或處理成本高等缺點。
發明內容
本發明的目的在于提供一種熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，該方法可以提高金屬的耐腐蝕性能。
本發明提供了一種熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，在所述雙極板的表面制備FeAl耐腐蝕涂層，涂層厚度40~100|^m;涂層厚度優選為60±5拜。
本發明提供的熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，所述涂層采用高能微弧合金化技術合成，合成在輸出功率為210~1500W，電壓為40 100V，頻率為250~2000Hz條件下進行，合成中需要沉積-預磨-再沉積，涂層的厚度通過對功率、電壓、時間控制來調節。
本發明提供的熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，所述輸出功率優選為1000~1500W。
本發明提供的熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，所述電壓優選為60~80V。
本發明提供的熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，所述頻率優選為1000~2000Hz。
本發明提供的熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，在合成過程中通入惰性氣體，惰性氣體為氬氣或氦氣，優選為氬氣。
本發明提供的熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板表面的處理方法，在
不銹鋼雙極板表面制備了 FeAl耐蝕涂層。它可施加在各類型不銹鋼(如304、 316L、 310型不銹鋼)表面。當涂層的厚度達到40Mm以上即能對基材不銹 鋼起到很好保護作用。
本發明以在316L不銹鋼表面施加FeAl涂層為例，涂層在650°C， (0.62Li，0.38K)2CO3共晶熔鹽中能形成連續的保護性A1203膜，涂層具有優 異的抗熔融碳酸鹽腐蝕性能，涂層與基體間呈冶金結合。
本發明具有工藝簡單、處理成本低，涂層具有優異的抗熔融碳酸鹽腐 蝕性能等優點。
具體實施方式
實施例1
采用直徑為4mm的FeAl合金(成分為Fe-38.26Y。A1)圓棒作為沉積電極， 應用高能微弧合金化技術在316L不銹鋼表面制備FeAl涂層。設備輸出功 率為1065W，電壓為80V，頻率為1500HZ，氬氣流量為101/min，沉積時 間為7min，制備過程中需要沉積-打磨-再沉積，打磨次數為3次，打磨砂 紙為800#。為了使沉積的涂層表面更加光滑，最后在其它工藝參數不變的 條件下，將電壓調到60V，掃過整個涂層表面。涂層厚度約為54nm，致密 無缺陷，與基體間屬于冶金結合。涂層在65(TC熔融62mol% Li2C03-38mol。/。K2C03中形成了連續的八1203氧化層，顯著地提高了基體合 金的耐蝕性能。 實施例2采用直徑為4mm的FeAl合金(成分為Fe-38.26。/。Al)圓棒作為沉積電極, 應用高能微弧合金化技術在316L不銹鋼表面制備FeAl涂層。設備輸出功 率為1065W,電壓為60V,頻率為2000Hz，氬氣流量為101/min，沉積時 間為10min，制備過程中需要沉積-打磨-再沉積，打磨次數為4次，打磨砂 紙為800#。涂層與基體間屬于冶金結合，厚度約為50mhi，涂層致密無缺陷。 涂層在65(TC熔融62mol%Li2C03-38mol%K2C03中形成了連續的A1203氧化 層，顯著地提高了基體合金的耐蝕性能。 實施例3
采用直徑為4mm的FeAl合金(成分為Fe-38.26。/。Al)圓棒作為沉積電極， 應用高能微弧合金化技術在316L不銹鋼表面制備FeAl涂層。設備輸出功 率為1500W,電壓為80V，頻率為2000Hz,氬氣流量為101/min，沉積時 間為8min，制備過程中需要沉積-打磨-再沉積，打磨次數為4次，打磨砂 紙為800#。為了使沉積的涂層表面更加光滑，最后在其它工藝參數不變的 條件下，將電壓調到60V，掃過整個涂層表面，時間為2min。涂層與基體 間屬于冶金結合，厚度約為62mih，涂層致密無缺陷。涂層在650'C熔融 62mol%Li2C03-38mol%K2C03中形成了連續的八1203氧化層，顯著地提高了 基體合金的耐蝕性能。 實施例4
采用直徑為4mm的FeAl合金(成分為Fe-38.26。/。Al)圓棒作為沉積電極， 應用高能微弧合金化技術在316L不銹鋼表面制備FeAl涂層。設備輸出功 率為1290W,電壓為80V，頻率為1000Hz，氬氣流量為121/min，沉積時 間為6min，制備過程中需要沉積-打磨-再沉積，打磨次數為3次，打磨砂紙為800#。為了使沉積的涂層表面更加光滑，最后在其它工藝參數不變的 條件下，將電壓調到60V，掃過整個涂層表面。涂層與基體間屬于冶金結 合，厚度約為46pm ，致密無缺陷。涂層在650 °C熔融 62mol%Li2C03-38mol%K2C03中形成了連續的^203氧化層，顯著地提高了 基體合金的耐蝕性能。 實施例5
采用直徑為4mm的FeAl合金(成分為Fe-38.26MA1)圓棒作為沉積電極， 應用高能微弧合金化技術在316L不銹鋼表面制備FeAl涂層。設備輸出功 率為1046W，電壓為80V，頻率為1000Hz，氬氣流量為121/min,沉積時 間為8min，制備過程中需要沉積-打磨-再沉積，打磨次數為4次，打磨砂 紙為800#。涂層與基體間屬于冶金結合，涂層厚度約為56pm，致密無缺陷。 涂層在65(TC熔融62mol%Li2C03-38mol%K2C03中形成了連續的八1203氧化 層，顯著地提高了基體合金的耐蝕性能。 實施例6
采用直徑為4mm的FeAl合金(成分為Fe-38.26y。Al)圓棒作為沉積電極， 應用高能微弧合金化技術在316L不銹鋼表面制備FeAl涂層。設備輸出功 率為1080W，電壓為80V,頻率為2000Hz，氬氣流量為101/min，沉積時 間為10min，制備過程中需要沉積-打磨-再沉積，打磨次數為4次，打磨砂 紙為800#。將電壓調到60V，掃過整個涂層表面，沉積時間為2min。涂層 與基體間屬于冶金結合，涂層厚度約為75Mm,致密無明顯缺陷。涂層在650 'C熔融62mol% Li2C03-38mol%K2C03中形成了連續的A1203氧化層，顯著 地提高了基體合金的耐蝕性能。
權利要求
1、一種熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，其特征在于在所述雙極板的表面制備FeAl耐腐蝕涂層，涂層厚度40～100μm。
2、 按照權利要求1所述熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理 方法，其特征在于所述涂層厚度為60士5Min。
3、 按照權利要求1所述熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理 方法，其特征在于所述涂層采用高能微弧合金化技術合成，合成在輸出 功率為210 1500W，電壓為40~100V，頻率為250~2000Hz條件下進行， 合成中需要沉積-預磨-再沉積，涂層的厚度通過對功率、電壓、時間控制來 調節。
4、 按照權利要求3所述熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理 方法，其特征在于所述輸出功率為1000 1500W。
5、 按照權利要求3所述熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理 方法，其特征在于所述電壓為60 80V。
6、 按照權利要求3所述熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理 方法，其特征在于所述頻率為1000~2000Hz。
7、 按照權利要求3所述熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理 方法，其特征在于在合成過程中通入惰性氣體。
8、 按照權利要求7所述熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理 方法，其特征在于所述惰性氣體為氬氣或氦氣。
9、 按照權利要求7或8所述熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面 處理方法，其特征在于所述惰性氣體為氬氣。
全文摘要
本發明提供了一種熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板的表面處理方法，在所述雙極板的表面制備FeAl耐腐蝕涂層，涂層厚度40～100μm。在熔融碳酸鹽燃料電池不銹鋼雙極板表面制備了FeAl耐蝕涂層。它可施加在各類型不銹鋼(如304、316L、310型不銹鋼)表面。當涂層的厚度達到40μm以上即能對基材不銹鋼起到很好保護作用。本發明具有工藝簡單、處理成本低，涂層具有優異的抗熔融碳酸鹽腐蝕性能等優點。
文檔編號H01M4/88GK101488571SQ20081001011
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月16日 優先權日2008年1月16日
發明者曾潮流, 郭平義 申請人:中國科學院金屬研究所