CN109075006A - 用于制造经过防腐保护处理的钢产品的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造经过防腐保护处理的钢产品、尤其钢带或钢板的设备，其具有用于对钢基板进行等离子渗氮的装置并且具有用于在钢基板上覆涂金属材料的涂层装置。此外，本发明还涉及一种用于制造经过防腐保护处理的钢产品、尤其钢带或钢板的方法，其中，提供钢基板并且通过等离子渗氮将氮渗入钢基板中，其中，在钢基板上覆涂金属材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造经过防腐保护处理的钢产品、尤其钢带或钢板的设备，其具有用于对钢基板进行等离子渗氮的装置，其中，用于等离子渗氮的装置具有至少一个空心阴极室，在此空心阴极室中能够产生空心阴极辉光放电。此外，本发明还涉及一种用于制造经过防腐保护处理的钢产品、尤其钢带或钢板的方法，其中，提供钢基板并且通过等离子渗氮将氮渗入钢基板中，其中，为了进行等离子渗氮，通过空心阴极辉光放电提供等离子体。
背景技术
本发明应用于制造构造为双极板的钢产品。此种双极板用于燃料电池中，尤其用于具有质子交换膜的燃料电池(英文：proton exchange membrane fuel cell,PEMPFC)中，从而电气接触膜-电极单元(英文：membrane electrode assembly,MEA)。此外，双极板将反应气体引导到反应区域并且导出产生的热量以及水。双极板在燃料电池内承受十分侵蚀性的化学条件，同时施加有电势，这会导致双极板的腐蚀。因此，需要保护此种钢制的双极板免受腐蚀。这可例如通过表面改性实现。在此需要使防腐保护处理不对双极板的接触电阻造成显著的影响，从而能够实现膜-电极单元低电阻的接触。
经过防腐保护处理的双极板的制造可通过对钢基板的等离子渗氮进行。在此，借助在氮环境下产生的等离子体使氮原子嵌入钢基板的薄表层中。在奥氏体的钢基板中，氮原子嵌入奥氏体栅格中导致扩张并由此促使形成由扩张的奥氏体构成的紧密的、表面附近的边界层。由此方式渗氮过的双极板具有改善的耐腐蚀性。
由DE 197 44 060已知一种用于制造经过防腐保护处理得到钢产品的方法，其中，通过等离子渗氮将氮渗入带状的钢基板中。在此方法中，引导带状的钢基板，使其本身构成空心阴极，通过此空心阴极产生空心阴极辉光放电。通过此辉光放电提供含氮的等离子体。
已知的此方法实现了在短的工艺时长内制造具有低接触电阻的、经过防腐保护处理的钢产品。但是，在此方法中显示为缺点的是，在处于其电势改变的运行条件下的此种钢产品中，例如双极板，由于阴极极化会导致接触电阻的提高。就此而言，制造的钢产品不具有用作双极板所需的稳定性。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，实现经过防腐保护处理的钢产品的制造，此钢产品具有更高的、尤其针对阴极极化的影响的稳定性。
此目的通过一种用于制造经过防腐保护处理的钢产品、尤其钢带或钢板的设备实现，其具有用于对钢基板进行等离子渗氮的装置，其中，用于等离子渗氮的装置具有至少一个空心阴极室，在此空心阴极室中能够产生空心阴极辉光放电，并且其中，该设备额外具有用于在钢基板上覆涂金属材料的涂层装置。
通过根据本发明的设备能够将钢基板的等离子渗氮与金属材料的覆涂相结合。通过用于等离子渗氮的装置能够使氮渗入钢基板的表面附近的边缘区域内。可形成具有更高的耐腐蚀性的所谓的渗氮层。覆涂的金属材料可同样渗入钢基板中和/或构成氮化物。就此而言实现了，使得氮和覆涂的金属同时扩散进入钢基板中并且促使构成氮化物。通过此方法能够获得具有更好的耐腐蚀性和低接触电阻的表面。
此设备可有利地用于制造钢产品，尤其钢带或钢板，其用作用于制造双极板的中间产品。
根据本发明的用于等离子渗氮的装置具有至少一个空心阴极室，在此空心阴极室中能够产生空心阴极辉光放电。通过空心阴极辉光放电能够在空心阴极室中产生均匀分布的等离子体。此外，空心阴极室的使用还带来了以下优点，能够获得具有高等离子体密度的等离子体。
空心阴极室可布置在空心阴极内部。优选空心阴极室至少部分地通过钢基板限定，从而空心阴极至少部分地通过钢基板构成。为此，可设置用于接触钢基板的设备，从而钢基板能够在等离子渗氮期间连接预先设定的电势，例如接地。尤其优选钢基板在两个彼此相对的侧面上限定空心阴极室。例如，设备可具有传送装置，其传送带状的钢基板，例如钢带，使得钢基板的通过空心阴极室分隔的两个区段基本平行地布置。在传送的钢基板的两个区段之间的空心阴极区域内可产生稳定的空心阴极辉光放电，例如通过接通直流电压或交流电压。
涂层装置优选构造为溅射沉积装置。在溅射沉积中，原子通过离子轰击从靶件中被击出并沉积到钢基板上。作为溅射沉积装置的离子源可优选使用用于等离子渗氮的装置的空心阴极室。
在一种有利的设计方案中，溅射沉积装置具有磁场源，通过此磁场源能够在空心阴极室中产生磁场。磁场能够与用于等离子渗氮的装置的电场重叠，尤其与空心阴极的电场重叠，从而用于等离子渗氮的装置的等离子体的离子在靶件前的区域内加速，使其能够使原子从靶件脱离。磁场源可例如设计为磁控管。磁场源优选布置在空心阴极室外部，尤其直接与空心阴极室相邻地布置。
一种设计方案证实为尤其有利的，其中，溅射沉积装置具有靶件，由此靶件能够脱离出金属原子，其中，靶件通过钢基板构成。当设备设置用于制造带状钢产品时，此类设计方案尤其有利。可设置传送装置，通过此传送装置能够传送带状钢基板，使得其在两个彼此相对的侧面上限定空心阴极室。可如此布置磁场源，使得通过其产生的磁场引起限定了空心阴极室的钢基板的第一区段内的金属原子的溅射。在限定了空心阴极室的钢基板的第二区段内能够施加溅射出的金属原子并且与氮原子一同渗入钢基板中。
此外优选，使用于等离子渗氮的装置具有引导轮，通过此引导轮能够引导尤其为带状的钢基板，使其在引导轮的区域中弧形地限定空心阴极室。钢基板能够贴靠在引导轮上，从而能够有效地阻止空心阴极辉光放电扩散至钢基板朝向引导轮的一侧上。因此实现了，提供具有更高放电功率的空心阴极辉光放电，由此能够实现更高的等离子渗氮率。引导轮尤其优选构造为能够冷却的。可设置冷却设备，通过此冷却设备能够冷却引导轮，从而能够消除通过空心阴极辉光放电造成的钢基板的过热。
就此而言，证实为特别有利的是，用于产生磁场的磁场源布置在引导轮内部。因此实现了在具有弧形边界的空心阴极室内的溅射沉积，其中，钢基板构成靶件，由此靶件击出金属原子。
另一优选的设计方案中设置，使用于等离子渗氮的装置具有两个空心阴极室。可以如此传送钢基板，使其彼此相继地引入两个空心阴极室中，从而能够执行两个顺次进行的扩散工序。在此证实为有利的是，设置一个或多个磁场源，通过此磁场源能够在两个空心阴极室中产生磁场。优选在空心阴极室中提供不同的靶件，从而在传输经过两个空心阴极室的钢基板上能够顺次覆涂并在必要时渗入两种不同的材料。例如，可以这样构造第一空心阴极室，使得能够在钢基板上覆涂金属材料，并且第二空心阴极室构造使得能够在钢基板上覆涂碳。
根据另一有利的设计方案，设备具有固定装置，通过此固定装置能够将尤其为板状的钢基板引入设备中，使得钢基板位于两个空心阴极室之间并且限定两个空心阴极室。在此类设计方案中，可使钢基板的两个彼此相对的表面同时进行等离子渗氮和/或溅射沉积的处理。能够将同一种材料或者两种不同的材料施加到钢基板的两面上。
一种有利的设计方案设置，使设备具有预热装置，通过此预热装置能够在等离子渗氮之前预热钢基板，从而使钢基板具有渗氮过程所需的温度。预热装置可设计为电阻预热装置、电感预热装置、等离子体预热装置、电子束预热装置、激光预热装置或红外预热装置。通过预热装置可将钢基板预热至350℃到750℃范围内的温度，优选至420℃到470℃范围内的温度，尤其优选至440℃到460℃范围内的温度，例如至450℃。
此外，一种用于制造经过防腐保护处理的钢产品、尤其钢带或者钢板的方法也有利于实现开头所述的目的，其中，提供钢基板，通过等离子渗氮将氮渗入钢基板中，其中，为了等离子渗氮而通过空心阴极辉光放电提供等离子体，并且其中，将金属材料覆涂到钢基板上。
在此方法中可达到与已经针对根据本发明的用于制造经过防腐保护处理的钢产品的设备说明的那些优点。
有利地，通过溅射沉积覆涂金属材料。作为用于溅射沉积的靶件可使用靶件或者钢基板本身。优选金属材料具有过渡金属，尤其铬、钛、铌、钒、钨、锰、钼、钽、锆、铪或钇、或者铝。过渡金属的概念应理解为除了铁(Fe，原子序数为26)以外的、原子序数为21至30、39至48、57至80和89至112的化学元素。替代地，金属材料也可仅由前述过渡金属或者金属组成。
根据方法的一种优选的设计方案，在覆涂金属材料以后再通过等离子渗氮使氮渗入钢基板中。金属材料的覆涂可在单独的、在等离子渗氮之前的方法步骤中执行。在此，金属材料优选覆涂得使钢基板上形成氮能够通过的薄层，从而在后续的等离子渗氮的方法步骤中，氮能够渗透穿过此覆涂在钢基板上的金属材料。覆涂的层可例如具有在小于500nm范围内的、优选在小于200nm范围内的、尤其优选在小于50nm范围内的层厚。最小层厚可为5nm。在等离子渗氮中，覆涂的金属材料以及氮都能够扩散进入钢基板中。能够形成表面附近的渗氮层或可能情况下形成氮化物。
根据方法的一种替代的优选设计方案，在氮通过等离子渗氮扩散入钢基板的期间覆涂金属材料。这样使得金属材料和氮都在施加金属材料的期间扩散入钢基板中，由此能够形成渗氮层或可能情况下形成氮化物。
另一有利的设计方案设定，尤其在通过等离子渗氮使氮渗入钢基板中之后，使碳优选通过溅射沉积覆涂到钢基板上。碳可通过石墨靶件提供，借助离子轰击使碳原子从石墨靶件脱离。碳向钢基板中的渗入促使掺碳，这进一步改善了耐腐蚀性和接触电阻的稳定性。
在一种有利的设计方案中，在渗氮和覆涂金属材料的期间传送钢基板，从而实现连续的制造过程。当钢基板构造为带状时，这种方法尤其有利。
根据本发明，为了等离子渗氮，通过空心阴极辉光放电提供等离子体。空心阴极辉光放电能够在空心阴极室中产生，空心阴极室至少部分地通过尤其被传送的钢基板限定。
根据一种在结构方面有利的设计方案，空心阴极辉光放电通过脉冲直流电压提供。
钢基板优选由奥氏体的和/或耐锈并且耐酸的钢构成。借助此类钢基板实现了，制造构造为双极板的、相比于碳基双极板成本更低且更加紧凑的钢产品。
此外还证实为有利的是，在等离子渗氮之前预热钢基板，从而使钢基板具有渗氮过程所需的温度。钢基板可尤其预热至350℃到750℃的范围内的温度，优选至420℃到470℃范围内的温度，尤其优选至440℃到460℃范围内的温度，例如至450℃。钢基板在等离子渗氮之前的预热可在覆涂金属材料之前或者在覆涂金属材料期间或者在覆涂金属材料之后进行。钢基板在等离子渗氮之前的预热可例如电阻地、电感地、借助等离子体、借助电子束、借助激光和/或借助红外辐射(例如IR辐射或者NIR辐射)进行。
在此方法中，除了前述有利的设计方案以外，可替代地或额外地使用针对用于制造经过防腐保护处理的钢产品的设备说明的有利的特征。
本发明的其他细节、特征和优点由附图以及下文根据附图对优选的实施形式进行的说明中给出。在此，附图仅示出了本发明示例性的实施形式，其不对发明构思造成限定。
附图说明
图1示出了根据本发明的方法的第一实施例的流程图。
图2示出了根据本发明的方法的第二实施例的流程图。
图3以示意图示出了根据本发明的设备的第一实施例。
图4以示意图示出了根据本发明的设备的第二实施例。
图5以示意图示出了根据本发明的设备的第三实施例。
图6以示意图示出了根据本发明的设备的第四实施例。
图7以示意图示出了根据本发明的设备的第五实施例。
图8以示意图示出了根据本发明的设备的第六实施例。
图9示出了根据第一实施例的耐腐蚀的钢产品的深度特征。
图10示出了根据第二实施例的耐腐蚀的钢产品的深度特征。
图11示出了根据第一和第二实施例的耐腐蚀的钢产品的深度特征。
图12示出了根据第三实施例的耐腐蚀的钢产品的深度特征。
具体实施方式
在各个附图中，相同的部件总是使用相同的附图标记标注，因此也通常仅命名或提及一次。
在附图中所示的用于制造经过防腐保护处理的钢产品的方法和设备尤其适用于生产构造为钢带或钢板的预制产品，其用于制造用于燃料电池、尤其质子交换膜燃料电池(PEMFC)的双极板。
作为原材料使用优选构造为奥氏体的、防锈的并耐酸的钢基板(RS钢)的钢基板。钢基板能够作为钢带或薄钢板存在。
在图1中以示意性的方框图示出了根据第一实施例的用于制造经过防腐保护处理的钢产品的方法的流程。在此方法中，在第一方法步骤S1中，提供可带状地或板状地构造的钢基板。在第二方法步骤S2中，在涂层工序中将金属材料覆涂到所提供的钢基板上。涂层优选通过溅射沉积进行，从而能够获得薄金属层。金属材料优选为过渡金属，尤其为铬、钛、铌、钒、钨、锰、钼、钽、锆、铪或钇，或者铝。在紧随着第二方法步骤S2的第三方法步骤S3中，进行等离子体扩散处理，其中，借助等离子渗氮使氮经过涂层扩散进入钢基板中。在此，在真空中向钢基板施加含氮的气体，并且产生辉光放电、尤其空心阴极辉光放电。由此，氮原子在钢基板附近电离。带正电的氮离子向着工件加速，并在此处以高动能撞击并嵌入钢基板表面。前述方法步骤S2中覆涂的金属材料构成氮能够通过的涂层，从而氮能够扩散入钢基板中。此外，施加到钢基板上的金属的原子也扩散入钢基板中并构成合金区域。在此过程中，额外地构成表面附近的金属氮化物。
根据第一实施例的一种方法变体，在跟随第三方法步骤S3的第四方法步骤S4中，通过溅射沉积将碳覆涂到钢基板上。此第四方法步骤S4之后可进行另一方法步骤，其中执行等离子体扩散处理，例如等离子渗氮。替代地，第四方法步骤能够与等离子体扩散处理同时进行。
因为在此实施例中，覆涂金属材料和等离子体渗碳处理在独立的、彼此相继的方法步骤S2，S3中进行，所以此方法也称为独立的扩散改性。
在图2中示出了根据第二实施例的用于制造经过防腐保护处理的钢产品的方法。在第一方法步骤S1中，提供尤其为带状或板状的钢基板。在根据第二实施例的方法中，同时执行根据第一实施例说明的第二方法步骤S2和第三方法步骤S3。就此而言，在通过等离子渗氮使氮扩散入钢基板中的同时覆涂金属材料。前述金属扩散、氮扩散以及氮化物形成的工艺过程同时进行。在根据第二实施例的方法中，金属材料的覆涂优选通过溅射沉积进行。
根据方法的一种变体，在第四方法步骤S4中，通过溅射沉积将碳覆涂到钢基板上。此第四方法步骤S4之后可进行另一方法步骤，其中进行等离子体扩散处理，例如等离子渗氮。替代地，第四方法步骤可以与等离子体扩散处理同时进行。
在图2中所示的方法也称作直接扩散改性。
在图1和图2所示的方法中，在进行方法步骤S3中的等离子体扩散处理之前，可对钢基板进行预热，由此能够将钢基板加热至氮化工序所需的温度。可将钢基板预热至350℃到750℃的温度范围内，优选至420℃到470℃的温度范围内，尤其优选至440℃到460℃的温度范围内，例如至450℃。钢基板的预热可在方法步骤S2中覆涂金属材料之前进行，或者在方法步骤S2中覆涂金属材料的期间进行，或者在方法步骤S2中覆涂金属材料之后进行。预热例如电阻地、电感地、借助等离子体、借助电子束、借助激光和/或借助红外辐射进行。
前述根据图1和图2说明的方法实现了在1分钟至15分钟范围内、优选1分钟至10分钟范围内、例如6分钟的短工艺时长内制造具有低接触电阻的经过防腐保护处理的钢产品。
图3示出了用于制造经过防腐保护处理的钢产品的设备1的第一实施例，借助此设备能够实现图1中所示的方法。设备1具有涂层装置2，通过此涂层装置将金属材料覆涂到输送至涂层装置2中的带状的钢基板3上。覆涂到钢基板3上的金属涂层由一种或多种过渡金属(例如铬、钛、钼、铌、钒等)或者铝构成，并且对于在之后的等离子渗氮时的氮扩散来说是透过性的。在涂层装置2中覆涂的涂层还可包含碳。
可选地，设备1具有预热装置21，通过此预热装置预热钢基板3。预热装置21可以放置在涂层装置2之前，从而预热输送至涂层装置2中的钢基板，或者放置在涂层装置2之后，从而预热由涂层装置2输出的、经过覆涂的钢基板。替代地，预热装置21能够集成在涂层装置2中，从而能够使预热与涂层同时进行。
此外，设备1还具有用于等离子渗氮的装置4。用于等离子渗氮的装置4包含空心阴极室5，其部分地通过带状的钢基板3限定。为此，钢基板3通过传送装置传送，使得钢基板3通过空心阴极室5分隔的两个区段基本平行地布置。传送装置包含多个转向轮6,7,8,9,10。通过转向轮6,7,8,9,10使带状的钢基板3输送通过真空室。钢基板在进入用于等离子渗氮的装置4中以前加热至约450℃的温度。此外，用于等离子渗氮的装置4还具有气体分配器11，通过此气体分配器将氮导入真空室、尤其空心阴极室5中。在空心阴极室5的与气体分配器11相对的一侧上设置吸气装置12。气体分配器11作为阳极通电。在作为阳极的气体分配器11和作为接地阴极的钢基板之间接入300V至400V范围内的脉冲直流电压。由于此脉冲直流电压，在空心阴极室5中形成空心阴极辉光放电。为了尽可能防止空心阴极辉光放电传播到钢基板3的背面，用于等离子渗氮的装置4具有屏障13。
空心阴极辉光放电在通过钢基板3的两个区段构成的空心阴极室5中进行。钢基板3的待处理的内表面与通过空心阴极辉光放电产生的等离子直接接触。加热至渗氮温度的、具有金属材料涂层的钢基板3进入空心阴极室5中并第一次进行等离子渗氮。钢基板3继续移动，通过转向轮8转向并且在其温度不改变的情况下再次进入空心阴极室5，其中，第二次进行等离子渗氮。在此，在氮扩散的同时，覆涂到钢基板3上的过渡金属或者碳从涂层中部分地或完全地扩散到钢基板3的基础材料中。获得了具有优异的耐腐蚀性与导电能力的特征的表面。
在图4中示出了用于制造经过腐蚀保护处理的钢产品的设备1的第二实施例，借助此设备能够实施图2中所示的方法(直接扩散改性)。在根据第二实施例的设备1中，构造有作为溅射沉积装置的涂层装置2，其布置得使金属材料的覆涂与借助用于等离子渗氮的设备4进行的扩散处理能够同时进行。
可选地，根据第二实施例的设备1具有预热装置21，通过此预热装置预热钢基板3。
用于等离子渗氮的设备4与图3中所示的用于等离子渗氮的设备相对应。额外地，空心阴极室5的边缘区域中放置涂层装置2的磁场源14，通过此磁场源能够在空心阴极室5中产生磁场M。磁场M能够非对称地产生，使得其主要存在于钢基板3的限定了空心阴极室5的两个区段其中之一之前。通过磁场M额外地加速了通过空心阴极辉光放电产生的等离子的离子。在此，离子达到足以从钢基板中击出金属原子的动能。就此而言，在一个区段内的钢基板3用作承受密集溅射(英文：sputtering)的靶件。从钢基板3的第一区段脱离的金属原子，例如铬，施加到钢基板3的相对的第二区段上。在第二区段上通过金属扩散和氮化对钢基板3的表面改性与等离子渗氮过程同时进行。因此，根据本发明实现了自我支持的氮化过程，其中，支持金属氮化物形成的、尤其氮化铬形成的金属、例如铬，由处理过的钢基板3本身供应。由此，获得表面具有优异的耐腐蚀性以及导电能力的特征的钢产品。
图5示出了用于制造经过腐蚀保护处理的钢产品的设备1的第三实施例，借助此设备能够实现图2中所示的方法(直接扩散改性)。根据第三实施例的设备与另一实施例中相一样也具有磁场源14，通过此磁场源能够在空心阴极室中产生磁场M。与第三实施例中的设备1不同，此设备1具有由金属材料制成的靶件15。空心阴极辉光放电在通过靶件15和钢基板3的与靶件相对的区段构成的空心阴极室5中发生。设备具有第一转向轮19和第二转向轮20，通过二者引导钢基板3，使得钢基板限定空心阴极室5的一侧。在连续的带处理过程中，钢基板3进入空心阴极辉光放电区域并在那进行表面处理：在等离子渗氮的同时，由于磁场M，溅射位于对面的靶件15的材料，并且溅射出的材料(例如铬、钛、钼、铌、钒等)达到钢基板3的位于对面的区段。在那，通过金属扩散和氮化进行的钢基板3的表面改性与等离子渗氮过程同时进行，从而产生具有优异的耐腐蚀性和导电能力的特征的表面。
可选地，根据第三实施例的设备1具有预热装置21，通过此预热装置预热钢基板3。
在图5中所示的用于制造经过腐蚀保护处理的钢产品的设备1的一种变体中，第一设备1之后连接第二设备，此第二设备具有由石墨制成的靶件15。从第一设备1输出的、经过金属覆涂以及等离子渗氮处理的钢基板3能够在第二设备中掺杂碳并在此再次进行等离子渗氮。掺碳有利于在燃料电池的典型的运行范围(极化：-0.2V(SHE)至+1.2V(SHE)；温度：80℃；0.1M硫酸)内钢基板的耐腐蚀性和接触电阻的进一步稳定。
在图6中示出了用于制造经过腐蚀保护处理的钢产品的设备1的第四实施例。根据第四实施例的设备1具有刚好两个空心阴极室5，其部分地通过钢基板3的区段限定。在空心阴极室5的与钢基板3的区段相对的一侧上分别放置靶件15,16。此外，设备1还具有一个或多个在空心阴极室5中产生磁场M的磁场源14，由此，既从第一靶件15、又从第二靶件16击出材料。在此设备1中，第一靶件由金属材料制成，第二靶件16由石墨构造。在连续的过程中，带状的钢基板3进入第一空心阴极室5中并在此进行表面处理：等离子渗氮的同时，溅射金属靶件15，并且溅射出的材料(例如铬、钛、钼、铌、钒等)达到钢基板3的位于对面的区段。在那，通过金属扩散和氮化进行的钢基板3的表面改性与前述等离子渗氮过程同时进行。之后，钢基板3进入第二空心阴极室5并第二次进行表面处理：等离子渗氮的同时，溅射石墨靶件16，并且溅射出的碳达到钢基板3的位于对面的区段。在那，通过掺碳的表面改性与等离子渗氮过程同时进行。
可选地，根据第四实施例的设备1具有预热装置21，通过此预热装置预热钢基板3。
图7示出了用于制造经过腐蚀保护处理的钢产品的设备1的第五实施例。不同于在图3-6中所示的设备，图7中的设备1具有两个引导轮17，通过此引导轮引导钢基板3，使得钢基板在引导轮17的区域中弧形地限定空心阴极室5。钢基板3直接贴靠在引导轮17上。由此，阻止了空心阴极辉光放电传播到钢基板3的朝向引导轮17的一侧上。因此，能够使用具有明显更高的放电功率的稳定的辉光放电。在等离子渗氮中，通过更高的放电功率达到明显更高的等离子渗氮率，由此能够以更高的速率执行方法。因为高放电功率的使用可能导致带温，所以，引导轮17构造为能够冷却的，从而通过引导轮17能够进行钢基板3的调温。在引导轮17内部放置磁场源14。由此能够实现在具有弧形边界的空心阴极室5中的溅射沉积。
可选地，根据第五实施例的设备1具有预热装置21，通过此预热装置预热钢基板3。
在图8中示出了根据本发明的具有两个空心阴极室5设备1的第六实施例，此设备适用于制造板状的钢产品。设备1具有固定装置18，通过此固定装置能够将钢基板3引入设备1中，使得钢基板3位于两个空心阴极室5之间并且限定两个空心阴极室5。每个空心阴极室5配有一个在空心阴极室5中产生磁场M的磁场源14。在空心阴极室5的与钢基板3相对的一侧上分别放置靶件15。在等离子渗氮的同时溅射两个靶件15，并且溅射出的金属材料(例如铬、钛、钼、铌、钒等)达到位于空心阴极室5相对的一侧上的钢基板3。在那，通过金属扩散和氮化进行的钢基板的表面改性与等离子渗氮过程同时进行。此外，双极板的两侧表面还能够可选地掺碳。为此，可使用具有由石墨制成的第二靶件的第二设备1。
下面根据图9至12中的示图说明经过腐蚀保护处理的钢产品，其通过根据图2的方法借助根据图5的设备制造。作为原材料使用了厚度为0.1mm并且材料编号为EN-1.4301的奥氏体耐锈且耐酸的钢基板。在表1中总结了工艺条件和工艺参数。靶件与钢基板之间的距离为30mm，所选的设备内的工作压力在4Pa至7Pa的范围内。使用了放电频率为145kHz并且脉冲停顿为3.1μs的脉冲直流电流。
表1
在图9至12中所示的制造的钢产品的深度特征借助辉光放电发射光谱法(GDOES)测得。为了制造钢产品A和B使用由钛制成的靶件。如由图10和11中的示图可见，钢产品A的特征在于对等离子渗氮典型的氮浓度深度分布和在渗氮后的扩散层的表面附近区域内的钛。与此不同，钢产品B具有低得多的渗氮深度、低的氮表面浓度(图9)以及明显更高的钛含量(图11)。测得的钢产品A的钛量为0.8mg·m-2，钢产品B的为4.5mg·m-2。如由图11进一步可见，在包含不额外地施加钛的等离子渗氮的方法(参照)中，钛量小于0.1mg·m-2。因此，在表面附近区域内可观察到钛相比于现有技术明显的增加。
钢产品C的制造借助石墨靶件完成，参见图12。由与参照等离子渗氮的比较可见，在钢产品C中，在表面附近区域内和渗氮层与基础材料之间的边界面上都能够看出明显更高的碳浓度。
借助前述方法和设备能够制造经过防腐保护处理的钢产品，其中，提供钢基板，通过等离子渗氮使氮渗入钢基板中，并且额外地在钢基板上覆涂金属材料。由此，能够获得表面具有更好的耐腐蚀性和低接触电阻的钢产品，从而此钢产品在燃料电池内的运行条件下也能够用作双极板。
附图标记说明
1 用于制造经过防腐保护处理的钢产品的设备
2 涂层装置
3 钢基板
4 用于等离子渗氮的设备
5 空心阴极室
6 转向轮
7 转向轮
8 转向轮
9 转向轮
10 转向轮
11 气体分配器
12 吸气装置
13 屏障
14 磁场源
15 靶件
16 靶件
17 引导轮
18 固定装置
19 转向轮
20 转向轮
21 预热装置
M 磁场
S1 提供
S2 覆涂金属材料
S3 等离子渗氮
S4 覆涂碳
Claims (19)
1.用于制造经过防腐保护处理的钢产品的设备，所述设备具有用于对钢基板(3)进行等离子渗氮的装置(4)，其中，所述用于等离子渗氮的装置(4)具有至少一个空心阴极室(5)，在所述空心阴极室中能够产生空心阴极辉光放电，
其特征在于，
用于在所述钢基板(3)上覆涂金属材料的涂层装置(2)，
并且其中，所述空心阴极室(5)至少部分地通过所述钢基板(3)限定。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述涂层装置(2)为溅射沉积装置。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述溅射沉积装置具有磁场源(14)，通过所述磁场源能够在所述空心阴极室(5)中产生磁场(M)。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述溅射沉积装置具有靶件，从所述靶件能够脱离出金属原子，其中，所述靶件通过所述钢基板构成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述用于等离子渗氮的装置(4)具有引导轮(17)，通过所述引导轮能够引导所述钢基板(3)，使得所述钢基板在所述引导轮(17)的范围内弧形地限定所述空心阴极室(5)。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，在所述引导轮(17)内部布置用于在所述空心阴极室(5)内产生磁场(M)的磁场源(14)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述用于等离子渗氮的装置(4)具有两个空心阴极室(5)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备(1)具有固定装置(18)，通过所述固定装置能够将钢基板(3)引入所述设备(1)中，使得所述钢基板(3)位于两个空心阴极室(5)之间并且限定两个所述空心阴极室(5)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备(1)具有预热装置(21)，通过所述预热装置能够在等离子渗氮之前预热所述钢基板(3)。
10.用于制造经过防腐保护处理的钢产品的方法，其中，提供钢基板(3)并且通过等离子渗氮使氮渗入所述钢基板(3)中，其中，为了进行等离子渗氮，通过空心阴极辉光放电在空心阴极室(5)中提供等离子体，
其特征在于，
在所述钢基板(3)上覆涂金属材料，
并且所述空心阴极室(5)至少部分地通过所述钢基板(3)限定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过溅射沉积覆涂金属材料。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述金属材料具有过渡金属，尤其铬、钛、铌、钒、钨、锰、钼、钽、锆、铪或钇、或者铝。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，在通过等离子渗氮将氮渗入所述钢基板(3)中之前覆涂所述金属材料。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，在通过等离子渗氮将氮渗入所述钢基板(3)的期间覆涂所述金属材料。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中，尤其在通过等离子渗氮将氮渗入所述钢基板(3)中之后，通过溅射沉积在所述钢基板(3)上覆涂碳。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，在渗氮以及覆涂金属材料期间传送所述钢基板(3)。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其中，通过脉冲直流电压提供空心阴极辉光放电。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其中，所述钢基板由奥氏体的和/或耐锈且耐酸的钢构成。
19.根据权利要求10至18中任一项所述的方法，其中，在等离子渗氮之前预热所述钢基板(3)，尤其预热至350℃到750℃范围内的温度，优选至420℃到470℃范围内的温度，尤其优选至440℃到460℃范围内的温度，例如至450℃。
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| US20230043638A1 (en) * | 2020-10-14 | 2023-02-09 | Questek Innovations Llc | Steel to tungsten functionally graded material systems |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010019745A1 (en) * | 1996-09-23 | 2001-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Coating apparatus and method for producing a heat-insulating layer on a substrate |
| US20030134051A1 (en) * | 1997-10-06 | 2003-07-17 | Thomas Jung | Method and device for surface-treating substrates |
| US20040155592A1 (en) * | 2001-04-20 | 2004-08-12 | John Madocks | Magnetic mirror plasma source |
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|---|---|---|---|---|
| JP3402637B2 (ja) * | 1992-12-28 | 2003-05-06 | キヤノン株式会社 | 太陽電池の製造方法、その製造装置及び長尺シート基板の製造方法 |
| DE19526387C2 (de) * | 1994-07-19 | 1998-12-10 | Sumitomo Metal Mining Co | Doppelt beschichteter Stahlverbundgegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP4206527B2 (ja) * | 1997-09-18 | 2009-01-14 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ドライプレーティング装置 |
| JP2006236616A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用セパレータ、燃料電池スタック、燃料電池車両、及び燃料電池用セパレータの製造方法 |
| DE102006031791A1 (de) * | 2006-07-10 | 2008-01-17 | Daimlerchrysler Ag | Beschichtungsverfahren und korrosionsschützende Beschichtung für Elektroden |
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| CN102888582B (zh) * | 2012-11-05 | 2014-05-07 | 河北华北柴油机有限责任公司 | 适用于发动机气缸套的深层离子渗氮工艺 |
| CA2979099A1 (fr) * | 2015-03-20 | 2016-09-29 | Aperam | Bande ou feuille metallique presentant un revetement a base de nitrure de chrome, plaque bipolaire et procede de fabrication associe |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010019745A1 (en) * | 1996-09-23 | 2001-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Coating apparatus and method for producing a heat-insulating layer on a substrate |
| US20030134051A1 (en) * | 1997-10-06 | 2003-07-17 | Thomas Jung | Method and device for surface-treating substrates |
| US20040155592A1 (en) * | 2001-04-20 | 2004-08-12 | John Madocks | Magnetic mirror plasma source |
| WO2008156241A1 (en) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | Hyundai Hysco | Stainless steel separator for fuel cell having m/mnx and moynz layer and method for manufacturing the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| K. NIKOLOV ET AL: "High-efficient surface modification of thin austenitic stainless steel sheets applying short-time plasma nitriding by means of strip hollow cathode method for plasma thermochemical treatment", 《VACUUM》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114901854A (zh) * | 2019-11-15 | 2022-08-12 | 戴森技术有限公司 | 溅射沉积设备及方法 |
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