CN116724426A - 具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本说明书公开了具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢。公开了具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢，当通过X射线角分辨光电子能谱使用A1‑KαX射线源在光电子出射角为12°的条件下对包含15重量％或更多的Cr的不锈钢的表面进行测量时，以下表面氧化物元素比率(1)值可以为0.5至5，以及以下表面氧化物元素比率(2)值可以为0.5或更小：(1)(2)
Description
技术领域
本发明涉及具有优异的穿面导电性(through-plane electrical conductivity)和耐腐蚀性的不锈钢及其制造方法，并且更特别地，涉及具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢及其制造方法。
背景技术
不锈钢具有优异的耐腐蚀性并且容易加工，因此正被审查作为电子部件用材料和燃料电池分隔件用材料。然而，常规不锈钢具有表面上的钝化膜充当全表面电阻(through-plane resistance)元件并且不能确保足够的导电性的问题。
迄今为止，尚未清楚地确定钝化膜对不锈钢的穿面导电性影响的机理。为了改善钝化膜的全表面的导电性，在电子部件用材料的情况下应用Ni镀层，或者在燃料电池分隔件的情况下使用诸如金、碳和氮化物的导电材料来降低不锈钢的高接触电阻值。提出了对不锈钢表面进行涂覆的过程。然而，存在以下问题：由于因用于涂覆Ni镀层或其他涂覆材料的另外的过程而导致的制造成本和制造时间的增加，生产率降低，以及不能降低钝化膜的根本的全表面电阻。
此外，作为用于改善不锈钢的穿面导电性的另一种方法，尝试了对不锈钢的表面进行改性的方法。
专利文献1提出了通过控制表面改性过程而具有低界面接触电阻和高腐蚀电势的分隔件用不锈钢。
专利文献2提出了用于通过将包含17重量％至23重量％的Cr的不锈钢浸渍在[HF]≥[HNO3]溶液中来生产具有优异耐腐蚀性和低接触电阻的不锈钢的方法。
专利文献3提出了在包含15重量％至45重量％的Cr和0.1重量％至5重量％的Mo的不锈钢的钝化膜中包含的Cr原子数/Fe原子数的比率为1或更大的不锈钢。
然而，专利文献1至3具有这样的局限性：通过调节在数nm区域中的钝化膜中的Cr原子数/Fe原子数比率无法降低不锈钢的钝化膜的根本的全表面电阻。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题，本发明提供可用作燃料电池分隔件用材料的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢及其制造方法。
技术方案
作为用于实现上述目的的手段，提供具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的不锈钢，当通过X射线角分辨光电子能谱使用Al-KαX射线源在光电子出射角为12°的条件下对包含15重量％或更多的Cr的不锈钢的表面进行测量时，以下表面氧化物元素比率(1)值为0.5至5，以及以下表面氧化物元素比率(2)值为0.5或更小：
其中Cr氧化物意指Cr3O4、Cr2O3、CrO2或CrO3，Cr氢氧化物意指CrOOH、Cr(OH)2或Cr(OH)3，以及Fe氧化物意指FeO、Fe2O3或Fe3O4，以及Fe氢氧化物意指FeOOH，
其中全部氧化物和氢氧化物包括Cr氧化物、Cr氢氧化物、Fe氧化物、Fe氢氧化物和金属氧化物(metal oxide，MO)，以及金属氧化物(MO)包括混合氧化物，以及M为Ti、Nb、Mn、Si、V或其组合，不包括Cr和Fe，以及O意指氧。
在本发明的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢中，不锈钢的表面氧化物层的带隙能为2eV或更小。
在具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢中，不锈钢的表面氧化物层与基体材料形成欧姆接触。
在具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢中，不锈钢的表面钝化电势为0.2V或更大。
使用酸溶液对冷轧不锈钢板进行表面改性的孕育步骤的处理时间满足下式(1)；以及
其可以包括在满足下式(2)的处理时间期间的表面改性的钝化步骤。
(1)孕育过程时间(秒)≥3×[Mn]+15×[Si+Ti]+10×[Nb+V]-0.05×[Cr]
(2)钝化过程时间(秒)≥0.8×[Cr]
上式中的Mn、Si、Ti、Nb、V和Cr为重量％值。
在根据本发明的一个实例的用于制造具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢的方法中，酸溶液可以包括硫酸、硝酸、盐酸、氟化铵、过氧化氢和柠檬酸中的至少一者。
有益效果
本发明通过使形成在不锈钢的表面上的具有半导体特性的表面氧化物层导电而可以提供适用于燃料电池分隔件用材料的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢及其制造方法。
附图说明
图1是对实施例6和比较例6的表面氧化物层的带隙能进行比较的结果。
图2是示出实施例6的孕育过程时间和钝化过程时间的图，以及钝化过程时间是从表面电势变为0.2V(相对于饱和甘汞电极)或更大时的点起，电势上升以及电势保持的时间。
图3是示出比较例6的孕育过程时间和钝化过程时间的图。
图4是在通过X射线角分辨光电子能谱使用A1-KαX射线源在光电子出射角为12°的条件下对实施例6的表面进行测量时观察到的Si氧化物、Mn氧化物、Nb氧化物和V氧化物的观察结果。
图5是在通过X射线角分辨光电子能谱使用A1-KαX射线源在光电子出射角为12°的条件下对比较例6的表面进行测量时观察到的Si氧化物、Mn氧化物、Nb氧化物和V氧化物的观察结果。
具体实施方式
作为用于实现上述目的的手段，根据本发明的一个实例的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢，当通过X射线角分辨光电子能谱使用A1-KαX射线源在光电子出射角为12°的条件下对包含15重量％或更多的Cr的不锈钢的表面进行测量时，以下表面氧化物元素比率(1)值可以为0.5至5，以及以下表面氧化物元素比率(2)值可以为0.5或更小：
其中Cr氧化物意指Cr3O4、Cr2O3、CrO2或CrO3，Cr氢氧化物意指CrOOH、Cr(OH)2或Cr(OH)3，以及Fe氧化物意指FeO、Fe2O3或Fe3O4，以及Fe氢氧化物意指FeOOH，
其中全部氧化物和氢氧化物包括Cr氧化物、Cr氢氧化物、Fe氧化物、Fe氢氧化物和金属氧化物(MO)，以及金属氧化物(MO)包括混合氧化物，以及M为Ti、Nb、Mn、Si、V或其组合，不包括Cr和Fe，以及O意指氧。
发明实施方式
根据本发明的一个实例的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢，当通过X射线角分辨光电子能谱使用Al-KαX射线源在光电子出射角为12°的条件下对包含15重量％或更多的Cr的不锈钢的表面进行测量时，以下表面氧化物元素比率(1)值可以为0.5至5，以及以下表面氧化物元素比率(2)值可以为0.5或更小：
其中Cr氧化物意指Cr3O4、Cr2O3、CrO2或CrO3，Cr氢氧化物意指CrOOH、Cr(OH)2或Cr(OH)3，以及Fe氧化物意指FeO、Fe2O3或Fe3O4，以及Fe氢氧化物意指FeOOH，
其中全部氧化物和氢氧化物包括Cr氧化物、Cr氢氧化物、Fe氧化物、Fe氢氧化物和金属氧化物(MO)，以及金属氧化物(MO)包括混合氧化物，以及M为Ti、Nb、Mn、Si、V或其组合，不包括Cr和Fe，以及O意指氧。
在本发明的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢中，其中不锈钢的表面氧化物层的带隙能可以为2eV或更小。
在本发明的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢中，其中不锈钢的表面氧化物层可以与基体材料形成欧姆接触。
在本发明的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢中，其中不锈钢的表面钝化电势可以为0.2V或更大。
以下描述了本发明的优选实例。然而，本发明的实例可以以许多不同的形式进行修改，并且本发明的技术构思不限于以下描述的实例。此外，提供本发明的实例是为了向本领域技术人员更完整地说明本发明。
本申请中使用的术语仅用于描述具体实例。因此，例如，除非上下文明确要求单数形式的表达为单数形式，否则单数形式的表达包括复数表达。此外，本申请中使用的术语“包含”或“具有”用于清楚地表明存在说明书中所描述的特征、步骤、功能、组分、或其组合，但应注意，其不旨在用于初步地排除存在任何其他特征、步骤、功能、组分、或其组合。
同时，除非另有定义，否则本说明书中使用的所有术语应被视为具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。因此，除非本文明确定义，否则不应以过于理想或形式的意义解释某些术语。例如，在本说明书中，除非上下文有明确的例外，否则单数表达包括复数表达。
此外，本说明书中的“约”、“基本上”等用于意指当提出所述含义中固有的制造和材料公差时处于或接近于该数字，并且用于在陈述精确或绝对的数字以帮助理解发明的情况下防止不道德的侵权人不公平地利用本公开内容。
此外，在本说明书中，“冷轧不锈钢板”是指根据热轧-加热-冷轧-退火(其为典型的不锈钢制造工艺并且本领域技术人员将容易认识到的)制造的不锈钢冷轧钢板。在可能的范围内，其可以被理解为根据常规冷轧不锈钢板制造工艺制造的不锈钢冷轧钢板。
此外，在本说明书中，“表面氧化物”意指当不锈钢暴露于约200℃或更低的温度时，由于基体金属元素因外部氧而自发氧化而在不锈钢的表面上形成的氧化物。表面氧化物主要由Cr2O3、SiO2、SiO、Si2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、VO、V2O3、V2O5、NbO、NbO2、Nb2O5、TiO2、FeO、Fe2O3、Fe3O4组成，并且可以包括类似物作为实例。虽然以上列出了表面氧化物的实例，但应注意，这些实例是为了帮助理解本发明并非特别地限制本发明的技术构思。
此外，在本说明书中，“表面氧化物层”是指包含本发明的表面氧化物的层，并且可以被解释为不锈钢的钝化膜。
此外，如本说明书中所使用的，“Fe氧化物”意指在本领域普通技术人员将认识到的范围内呈氧化物形式的任何Fe氧化物，例如FeO、Fe2O3、Fe3O4等。“Fe氢氧化物”意指在本领域普通技术人员将认识到的范围内呈氢氧化物形式的任何Fe氢氧化物，例如FeOOH、Fe(OH)2-、Fe(OH)3等。
此外，如本说明书中所使用的，“Cr氧化物”意指在本领域普通技术人员将认识到的范围内呈氧化物形式的任何Cr氧化物，例如Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3等。“Cr氢氧化物”意指在本领域普通技术人员将认识到的范围内呈氢氧化物形式的任何Cr氢氧化物，例如CrOOH、Cr(OH)2、Cr(OH)3等。
已知常规不锈钢的钝化膜具有包含SiO2、SiO、Si2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、VO、V2O3、V2O5、NbO、NbO2、Nb2O5、TiO2、FeO、Fe2O3、Fe3O4等以及作为主要组分的Cr2O3的表面氧化物，并且由于这些氧化物的半导体特性而具有高电阻。本发明的发明人通过控制不锈钢的表面氧化物层的元素比率使得表面氧化物层的带隙能被控制为低于2eV以及表面腐蚀电势被控制为高于0.2V(基于饱和甘汞电极)，从而使表面氧化物层导电并提供优异的表面耐腐蚀性，发现了适用于燃料电池分隔件用材料的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢。
根据本发明的一个实例，根据本发明的一个实例的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢，当通过X射线角分辨光电子能谱使用Al-KaX射线源在光电子出射角为12°的条件下对包含15重量％或更多的Cr的不锈钢的表面进行测量时，以下表面氧化物元素比率(1)值可以为0.5至5，以及以下表面氧化物元素比率(2)值可以为0.5或更小：
其中Cr氧化物意指Cr3O4、Cr2O3、CrO2或CrO3，Cr氢氧化物意指CrOOH、Cr(OH)2或Cr(OH)3，以及Fe氧化物意指FeO、Fe2O3或Fe3O4，以及Fe氢氧化物意指FeOOH，
其中全部氧化物和氢氧化物包括Cr氧化物、Cr氢氧化物、Fe氧化物、Fe氢氧化物和金属氧化物(MO)，以及金属氧化物(MO)包括混合氧化物，以及M为Ti、Nb、Mn、Si、V或其组合，不包括Cr和Fe，以及O意指氧。
虽然以上列出了金属氧化物(MO)的实例，但是应注意它们举例说明了本发明，并不旨在特别地限制本发明的技术构思。
全部氧化物、氢氧化物包括Cr氧化物、Cr氢氧化物、Fe氧化物、Fe氢氧化物和金属氧化物(MO)。
在下面，将说明为什么限制X射线角分辨光电子能谱中的光电子出射角范围，然后将解释为什么限制表面氧化物元素比率(1)和(2)的值的范围。
在X射线角分辨光电子能谱中，光电子的出射角越小，从不锈钢的顶表面起在深度方向上的分析深度越小，而出射角越大，分析深度越大。考虑到这一点，为了分析根据本发明的不锈钢的nm厚表面上形成的氧化物的组成，通过X射线角分辨光电子能谱使用A1-KαX射线源在12°的出射角下对不锈钢的表面进行测量。
将在以上条件下测量的表面氧化物元素比率(1)值限制为0.5或更小的原因是，这是钝化膜从半导体特性转变为导体特性的阈值。如果表面氧化物元素比率(1)值大于0.5，则钝化膜不适合作为燃料电池分隔件用不锈钢，因为钝化膜由于其半导体特性而不能实现足够的穿面导电性。
为什么将表面氧化物元素比率(1)的值限制为0.5至5的原因是，如果该值小于0.5，则不利于耐腐蚀性的Fe元素变为沉积在Cr中的氧化物形式，并且材料的表面电势变得小于0.2V，这可能引起在燃料电池工作环境中大量的Fe流出并降低电池性能。如果(1)的值大于5，则表面氧化物中的Cr含量变得相对高，这由于氧化物层与基体材料界面层之间的不均匀接触而阻碍欧姆接触，这充当使导电性劣化并形成带隙能大于2eV的半导体特性从而导致导电性差的因素。考虑到表面穿面导电性和耐腐蚀性，优选控制氧化物层使得其更优选为0.7至4。
将在以上条件下测量的表面氧化物元素比率(2)值限制在0.5或更小的原因是，这是钝化膜从半导特性转变为导电特性的阈值。如果表面氧化物元素比率(2)值大于0.5，则钝化膜不适合作为燃料电池分隔件用不锈钢，因为钝化膜由于其半导体特性而不能实现足够的穿面导电性。
通过如上所述将表面氧化物元素比率(2)的值控制为0.5或更小，本发明可以将表面氧化物层的带隙能控制为2eV或更小。当带隙能为0eV时，表面氧化物层具有导体特性，而当带隙能大于0eV且为2eV或更小时，表面氧化物层具有介于导体特性与半导体特性之间的中间特性，并因此适于用作燃料电池分隔件用不锈钢。
此外，根据本发明，更优选将表面氧化物元素比率(1)的值控制在0.44或更小，使得表面氧化物层具有0eV的带隙能。表面氧化物层的带隙能为0eV意味着不锈钢基体金属和表面氧化物层形成了新的、先前未知的欧姆接触，尽管钝化膜层由氧化物组成。换言之，表面氧化物层成为了可以与不锈钢基体材料形成欧姆接触的新的导电膜层。
根据本发明的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢的表面氧化物层的带隙能为2eV或更小，0.2V的表面腐蚀电势是足够的，并且对钢种没有特别的限制。根据一个实例，可以使用奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和铁素体-奥氏体双相不锈钢作为本发明的不锈钢。
此外，根据本发明的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢的组成没有特别限制。然而，以下示出了优选组成。然而，应注意，以下组成仅为用于举例说明本发明的目的的实例，并不旨在限制本发明的技术构思。
在根据一个实例的钢板中，按重量％计，C：大于O％且小于0.02％，N：大于0％且小于0.02％，Si：大于0％且小于0.25％，Mn：大于0％且小于0.2％，P：大于0％且为0.04％或更小，S：大于0％且小于0.02％，Cr：15％至34％，剩余部分的Fe和其他不可避免的杂质。在下文中，除非另有说明，否则单位为重量％(wt％)。
C：大于0％且为0.02％或更小，N：大于0％且为0.02％或更小
C和N与钢中的Cr结合而形成稳定的Cr碳氮化物。因此，形成其中Cr局部贫化的区域，并且耐腐蚀性可能劣化。因此，这两种元素的含量越低，越优选。因此，在本发明中，可以添加以下含量的C和N：C：大于0％且为0.02％或更小，N：大于0％且为0.02％或更小。
Si：大于0％且为0.25％或更小
Si是对脱氧有效的元素。然而，当过量添加时，韧性和可成形性劣化，并且在退火过程期间生成的SiO2氧化物使导电性和亲水性劣化。考虑到这一点，在本发明中，可以添加含量大于0％且为0.25％或更小的Si。
Mn：大于0％且为0.2％或更小
Mn是对脱氧有效的元素。然而，由于MnS(其为Mn的夹杂物)降低耐腐蚀性，因此在本发明中可以添加含量大于0％且小于0.2％的Mn。
P：大于0％且为0.04％或更小
由于P降低耐腐蚀性以及韧性，因此在本发明中，可以添加含量大于0％且为0.04％或更小的P。
S：大于0％且为0.02％或更小
S与钢中的Mn结合而形成稳定的MnS，并且形成的MnS成为腐蚀的起点并使耐腐蚀性劣化，因此S含量越低，越优选。考虑到这一点，在本发明中，可以添加含量大于0％且为0.02％或更小的S。
Cr：15％至34％
Cr是改善耐腐蚀性的元素。为了确保在燃料电池工作环境(其为强酸性环境)中的耐腐蚀性，积极地添加Cr。然而，由于当过量添加时韧性降低，因此考虑到这一点，在本发明中可以添加含量为15％至34％的Cr。
除了上述合金组成之外，根据一个实例的钢板可以根据需要按重量计包含以下任选的合金组分中的一者或更多者：V：大于0％且为0.6％或更小，Ti：大于0％且为0.5％或更小，Nb：大于0％且为0.5％或更小。
V：大于0％且为0.6％或更小
V是通过抑制燃料电池工作环境中Fe的流出来改善燃料电池的寿命特性的元素。然而，由于当过量添加时韧性降低，因此考虑到这一点，在本发明中可以添加含量大于0％且为0.6％或更小的V。
Ti：大于0％且为0.5％或更小，Nb：大于0％且为0.5％或更小
Ti和Nb是与钢中的C和N结合以形成稳定的碳氮化物，从而抑制其中Cr局部贫化的区域的形成并改善耐腐蚀性的元素。然而，由于当过量添加时韧性降低，因此考虑到这一点，在本发明中可以添加以下含量的Ti和Nb：Ti：大于0％且为0.5％或更小，Nb：大于0％且为0.5％或更小。
剩余组分为铁(Fe)。然而，由于在常规制造过程中来自原材料或周围环境的非预期杂质可能不可避免地混合，因此无法将其排除。由于以上杂质对于制造过程中的任何技术人员来说可以是已知的，因此在本说明书中没有具体提及所有杂质。
在下文中，将通过实施例更详细地描述本发明。然而，应注意以下实施例仅用于更详细地举例说明本发明，并不旨在限制本发明的范围。这是因为本发明的范围由权利要求书中描述的事项和由此合理推断的事项确定。
(实施例)
具有下表1中所示的组成的钢种通过炼钢-铸造工艺制成钢坯。之后，将制备的钢坯在1200℃下通过热轧制造成厚度为4.5mm的热轧钢板。将热轧钢板在1050℃下加热，然后冷轧并在100％氢气还原气氛中在1000℃下重复光亮退火，以生产厚度为0.15mm的冷轧钢板。
【表1】
如下表2所示，将表1中制备的冷轧钢板溶解在150g/L硫酸溶液中，调节表面改性步骤1(孕育过程)时间，并通过升高电势向同一溶液中添加过氧化氢，调节第二阶段表面改性(钝化过程)时间。表2中的表面氧化物元素比率(1)和(2)的值是根据以下式(1)和(2)得到的值，并且通过X射线角分辨光电子能谱分析发明例和比较例的表面。其是在使用Al-KαX射线源在表2中所列的12°的光电子出射角的条件下测量时得到的值。
表面氧化物元素比率(1)和(2)的值以以下方法测量。首先，通过PHI Quantera II设备对其进行分析，并且分析结果为使用CasaXPS软件根据金属氧化物(MO)、Cr氧化物、Cr氢氧化物、Fe氧化物和Fe氢氧化物的结合能分离出峰。计算浓度。
表面氧化物元素比率的值中的表面氧化物元素比率′全部金属氧化物(MO)和氢氧化物中金属元素的原子浓度(原子％)的总和′通过将上述′金属氧化物(MO)中金属元素的原子浓度(原子％)′与Cr氧化物和Cr氢氧化物中Cr的原子浓度(原子％)的总和以及Fe氧化物和Fe氢氧化物中Fe的原子浓度(原子％)的总和相加来计算。
Cr氧化物和Cr氢氧化物中Cr的原子浓度(原子％)的总和是通过根据Cr氧化物和Cr氢氧化物的结合能分离出峰，然后将其拟合到Cr 2p谱以得出Cr的原子浓度(原子％)的总和而得到的。Fe氧化物和Fe氢氧化物中Fe的原子浓度(原子％)的总和是通过根据Fe氧化物和Fe氢氧化物的结合能分离出峰并将其拟合到Fe 2p谱以得出Fe的原子浓度(原子％)的总和而得到的。′金属氧化物(MO)中金属元素的原子浓度(原子％)的总和′是通过根据金属氧化物(MO)的结合能分离出峰并将其拟合到每种金属(M)的谱以得出金属元素的原子浓度(原子％)的总和而得到的。在此，金属氧化物(MO)包括混合氧化物，M为基体材料中除Cr和Fe之外的合金元素或其组合，以及O意指氧。
表2中的带隙能是指表面氧化物层的带隙能。表面氧化物层的带隙能使用电流感测原子力显微镜(Current Sensing Atomic Force Microscope)(Keysight 9500型号)来测量。发明例和比较例的不锈钢通过切割成1cm×1cm的切片来制备，并在相对湿度为18％的氮气气氛中在20nN负载下施加的偏压为-10V至10V的电流探针模式下测量带隙能，使得可以在无源状态下测量表面氧化物层。在试样的50μm×50μm区域上测量带隙能五次，并测量在施加的偏压从-10V到10V变化的同时检测到的电流为“0”的区域的宽度作为带隙能。探针是在硅探针(Si尖端)上的经30nm厚的铂涂覆的探针。
为了确保如该实施例中所示的不锈钢的表面特性，需要首先根据主要合金元素(Cr、Mn)的组成去除形成在表面层中的MO氧化物，并且再形成(Cr、Fe)导电氧化物。去除现有氧化物的过程被称为孕育阶段，以及再形成导电氧化物的过程被称为钝化阶段。
孕育过程所需的时间根据钢的组成而改变，并且可以看出，钢中诸如Mn、Si、Nb、Ti和V的元素越多，孕育过程所花费的时间越长。Cr含量越高，表面Cr氧化物比率越高，这降低了形成这些氧化物的速率，并因此孕育时间越短。钝化过程时间可以通过改变总表面处理时间来控制，其可以随Cr含量而改变。
如通过实施例所确定的，当孕育过程时间大于式(1)中限定的值时，可以有效地去除表面层中的变形氧化物，而当钝化过程时间大于式(2)中限定的值时，表面氧化物层的带隙能为2eV或更小，并且表面电势被稳定地确保为0.2V(相对于饱和甘汞电极)或更大，可以形成优异的导电且耐腐蚀的氧化物。
(1)孕育过程时间(秒)≥3×[Mn]+15×[Si+Ti]+10×[Nb+V]-0.05×[Cr]
(2)钝化过程时间(秒)≥0.8×[Cr]
以上方程式中的Mn、Si、Ti、Nb、V和Cr为重量％值。
图1为比较例6和实施例6的表面氧化物层的带隙能的比较。
比较例6的表面氧化物层的带隙能为7.6eV，表明了半导体特性，而实施例6的表面氧化物层的带隙能为0eV。0eV的表面氧化物层的带隙能意味着不锈钢基体材料与表面氧化物层形成了新的、先前未知的欧姆接触，尽管钝化膜层由氧化物组成。换言之，表面氧化物层成为了可以与不锈钢基体材料形成欧姆接触的新的导电膜层。
图2是实施例6的孕育过程时间和钝化过程时间的图示，其中钝化过程时间是从表面电势为0.2V(相对于饱和甘汞电极)或更大时到电势上升以及电势保持时的时间。
图3是比较例6的孕育过程时间和钝化过程时间的图示。
另一方面，如实施例6中所示，孕育过程所需的时间根据钢的组成而改变，并且可以看出，钢中诸如Mn、Si、Nb、Ti和V的元素越多，孕育过程所花费的时间越长。这是因为这些元素促进了表面氧化物的形成，这些表面氧化物需要时间来去除。钝化过程时间可以通过改变总表面处理时间来控制，总表面处理时间取决于Cr含量，并且可以看出，如实施例6中所示，处理时间更长。
图4是当通过X射线角分辨光电子能谱使用Al-KαX射线源在12°的光电子出射角下测量实施例6的表面时观察到的Si氧化物、Mn氧化物、Nb氧化物和V氧化物的观察结果。
图5是当通过X射线角分辨光电子能谱使用A1-KαX射线源在光电子出射角为12°测量时，对比较例6表面观察到的Si氧化物、Mn氧化物、Nb氧化物和V氧化物的观察结果。
可以看出与比较例6相比，实施例6中观察到的金属氧化物(MO)更低。
【表2】
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以上已经描述了本发明的示例性实施例，本发明不限于此，并且本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离所附权利要求的构思和范围的情况下进行各种改变和修改。
【工业适用性】
根据本发明的燃料电池分隔件用不锈钢具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性，并因此是工业上可用的。
Claims (4)
1.一种具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢，当通过X射线角分辨光电子能谱使用Al-Kα X射线源在光电子出射角为12°的条件下对包含15重量％或更多的Cr的不锈钢的表面进行测量时，以下表面氧化物元素比率(1)值为0.5至5，以及以下表面氧化物元素比率(2)值为0.5或更小：
(1)
(2)
其中Cr氧化物意指Cr3o4、Cr2O3、CrO2或CrO3，Cr氢氧化物意指CrOOH、Cr(OH)2或Cr(OH)3，以及Fe氧化物意指FeO、Fe2O3或Fe3O4，以及Fe氢氧化物意指FeOOH，
其中全部氧化物和氢氧化物包括所述Cr氧化物、所述Cr氢氧化物、所述Fe氧化物、所述Fe氢氧化物和金属氧化物(MO)，以及所述金属氧化物(MO)包括混合氧化物，以及M为Ti、Nb、Mn、Si、V或其组合，不包括Cr和Fe，以及O意指氧。
2.根据权利要求1所述的具有优异的穿面导电性的燃料电池分隔件用不锈钢，其中所述不锈钢的表面氧化物层的带隙能为2eV或更小。
3.根据权利要求1所述的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢，其中所述不锈钢的表面氧化物层与基体材料形成欧姆接触。
4.根据权利要求1所述的具有优异的穿面导电性和耐腐蚀性的燃料电池分隔件用不锈钢，其中所述不锈钢的表面钝化电势为0.2V或更大。
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