CN116727205B - 一种金属双极板的防腐蚀处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属双极板的防腐蚀处理办法，属于燃料电池领域，包括以下制备方法：金属板预处理，将金属板浸泡于丙酮溶液中；浸泡完毕进行烘干，烘干后打磨，打磨后冲洗并烘干；涂覆防腐层，将预处理金属板浸泡于防腐液中；浸泡完成并常温静置；输送至烘箱中进行固化处理；得到防腐金属双极板。防腐液选用羟基丙烯酸以及异氰酸酯作为成膜体系，通过羟基丙烯酸以及异氰酸酯相互交联而成膜，铝银浆、石墨、碳化钛进行搭配加入提高成膜整体的防腐蚀性能；同时碳化钛的加入对铝银浆之间的间隙进行填充，提高填料之间的紧密度，从而提高成膜的整体防腐蚀性；同时通过浸涂的方式对金属板进行施加防腐液，该种施工方式简单高效，便于连续化生产。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种金属双极板的防腐蚀处理方法。
背景技术
燃料电池主要由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、双极板组成；其中双极板对于燃料电池的整体性能有着较为重要的影响；现有技术中双极板包括石墨双极板、复合材料双极板、金属材料双极板；石墨双极板为较早使用的双极板，其导电率以及耐化学性能优异，但其存在机械性能较差、加工性能较差的问题；复合材料双极板具有成本低、易于加工、耐腐蚀性能好等优点，但也存在较低的机械性能以及导热性能差的缺点；金属材料双极板其导电性能好、力学性能优异、易于加工，但也存在耐腐蚀性能差的问题，金属材料双极板可通过机械加工成型以满足不同燃料电池的需求，解决其存在的耐腐蚀性能较差的问题对于金属材料双极板的推广应用有着正向作用。
综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在金属材料双极板防腐蚀性能较差的问题，因此，需要开发或者改进一种金属双极板的防腐蚀处理方法。
发明内容
基于此，为了金属材料双极板防腐蚀性能较差的问题的问题，本发明提供了一种金属双极板的防腐蚀处理方法，具体技术方案如下：
一种金属双极板的防腐蚀处理方法，包括以下制备方法：
金属板预处理：
将金属板浸泡于丙酮溶液中，浸泡时间为10min-15min；
浸泡完毕进行烘干，烘干后进行打磨，打磨完毕用去离子水进行冲洗并烘干，
得到预处理金属板；
涂覆防腐层：
将预处理金属板浸泡于防腐液中，浸泡时间为30s-40s；
取出浸泡完成的预处理金属板并常温静置15min-20min；
输送静置完毕的预处理金属板至烘箱中进行固化处理，
得到防腐金属双极板。
进一步地，所述固化处理的固化温度为75℃-85℃，固化时长为30min-35min。
进一步地，所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸、异氰酸酯、分散剂、溶剂、铝银浆、石墨、碳化钛。
进一步地，按重量份算，所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸62份-67份、异氰酸酯4份-8份、分散剂0.8份-1.2份、溶剂12份-17份、铝银浆2份-4份、石墨8份-10份、碳化钛0.8份-1.2份。
进一步地，按重量份算，所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸65份、异氰酸酯6份、分散剂1份、溶剂15份、铝银浆3份、石墨9份、碳化钛1份。
进一步地，所述羟基丙烯酸的羟值32.5mgKOH/g-38.5mgKOH/g，固含量为54％-56％。
进一步地，所述溶剂包括XYL、BAC、TOL中的一种或两种混合。
进一步地，所述防腐金属双极板的表面成膜的膜厚为60μm-65μm。
进一步地，所述金属板预处理中，打磨采用400#、600#水磨砂纸对金属板表面进行打磨处理，确保金属板表面光亮平整且无明显刮痕。
进一步地，所述铝银浆的平均粒径为15μm。
上述技术方案中，防腐液选用羟基丙烯酸以及异氰酸酯作为成膜体系，通过羟基丙烯酸以及异氰酸酯相互交联而成膜，铝银浆、石墨、碳化钛进行搭配加入提高成膜整体的防腐蚀性能；同时碳化钛的加入对铝银浆之间的间隙进行填充，提高填料之间的紧密度，从而提高成膜的整体防腐蚀性；同时通过浸涂的方式对金属板进行施加防腐液，该种施工方式简单高效，便于连续化生产。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种金属双极板的防腐蚀处理方法，包括以下制备方法：
金属板预处理：
将金属板浸泡于丙酮溶液中，浸泡时间为10min-15min；
浸泡完毕进行烘干，烘干后进行打磨，打磨完毕用去离子水进行冲洗并烘干,得到预处理金属板；
涂覆防腐层：
将预处理金属板浸泡于防腐液中，浸泡时间为30s-40s；
取出浸泡完成的预处理金属板并常温静置15min-20min；
输送静置完毕的预处理金属板至烘箱中进行固化处理,得到防腐金属双极板。
在其中一个实施例中，所述固化处理的固化温度为75℃-85℃，固化时长为30min-35min。
在其中一个实施例中，所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸、异氰酸酯、分散剂、溶剂、铝银浆、石墨、碳化钛。
在其中一个实施例中，按重量份算，所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸62份-67份、异氰酸酯4份-8份、分散剂0.8份-1.2份、溶剂12份-17份、铝银浆2份-4份、石墨8份-10份、碳化钛0.8份-1.2份。
在其中一个实施例中，按重量份算，所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸65份、异氰酸酯6份、分散剂1份、溶剂15份、铝银浆3份、石墨9份、碳化钛1份。
在其中一个实施例中，所述羟基丙烯酸的羟值为32.5mgKOH/g-38.5mgKOH/g，固含量为54％-56％。
在其中一个实施例中，所述溶剂包括XYL、BAC、TOL中的一种或两种混合。
在其中一个实施例中，所述防腐金属双极板的表面成膜的膜厚为60μm-65μm。
在其中一个实施例中，所述金属板预处理中，打磨采用400#、600#水磨砂纸对金属板表面进行打磨处理，确保金属板表面光亮平整且无明显刮痕。
在其中一个实施例中，所述金属板为不锈钢板、铝板、镀锌钢板的其中一种。
在其中一个实施例中，所述羟基丙烯酸具体为DIC公司市售的ACRYDICAU-7005，其固含量(％)：54.0-56.0，粘度：(Gardner，25℃)：V–Z1，酸值(mg-KOH/g)：4.0–7.0，OHV(mg-KOH/g)：32.5–38.5，设计Tg(℃)：90。
在其中一个实施例中，所述异氰酸酯具体为科思创市售的N3390。
在其中一个实施例中，所述分散剂具体为毕克化学市售的BYK-ET 3000。
在其中一个实施例中，所述铝银浆具体为东洋铝业的铝银浆，型号：CA-240，平均粒径：15μm，固含(％)：63±1，其铝鳞片呈玉米片型，形状不规则。
在其中一个实施例中，所述碳化钛的平均粒径为2μm-3μm。
在其中一个实施例中，所述石墨为鳞片石墨。
在其中一个实施例中，所述防腐液包括以下步骤制备而成，混合羟基丙烯酸、分散剂、溶剂、铝银浆、石墨、碳化钛并进行搅拌分散，搅拌分散时长为30min-35min，搅拌分散完毕进行出料备用，得到预混液；往预混液中加入异氰酸酯进行搅拌2min-3min，得到防腐液。
上述技术方案中，防腐液选用羟基丙烯酸以及异氰酸酯作为成膜体系，通过羟基丙烯酸以及异氰酸酯相互交联而成膜，铝银浆、石墨、碳化钛进行搭配加入提高成膜整体的防腐蚀性能；同时碳化钛的加入对铝银浆之间的间隙进行填充，提高填料之间的紧密度，从而提高成膜的整体耐腐蚀性；同时通过浸涂的方式对金属板进行施加防腐液，该种施工方式简单高效，便于连续化生产。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1-4以及对比例1-6的区别在于制备防腐液的原料的添加量不同，制备工艺相同，按重量份算，原料添加量具体如表1所示。
表1：
所述羟基丙烯酸具体为DIC公司市售的ACRYDICAU-7005，其固含量(％)：54.0-56.0，粘度：(Gardner，25℃)：V–Z1，酸值(mg-KOH/g)：4.0–7.0，OHV(mg-KOH/g)：32.5–38.5，设计Tg(℃)：90；所述异氰酸酯具体为科思创市售的N3390；所述分散剂具体为毕克化学市售的BYK-ET 3000；所述铝银浆具体为东洋铝业的铝银浆，型号：CA-240，平均粒径：15μm，固含(％)：63±1，其铝鳞片呈玉米片型，形状不规则。所述碳化钛的平均粒径为2μm-3μm。所述石墨为鳞片石墨。所述溶剂为XYL、BAC按重量比为1:1的比例混合而成。
一种金属双极板的防腐蚀处理方法，包括以下制备方法：
金属板预处理：
将金属板浸泡于丙酮溶液中，浸泡时间为15min，所述金属板为不锈钢板；
浸泡完毕进行烘干，烘干后进行打磨，打磨采用400#、600#水磨砂纸对金属板表面进行打磨处理，确保金属板表面光亮平整且无明显刮痕；打磨完毕用去离子水进行冲洗并烘干，
得到预处理金属板；
涂覆防腐层：
将预处理金属板浸泡于防腐液中，浸泡时间为40s；
取出浸泡完成的预处理金属板并常温静置20min；
输送静置完毕的预处理金属板至烘箱中在75℃-85℃条件下固化35min，
得到防腐金属双极板，所述防腐金属双极板的表面成膜的膜厚为60μm-65μm。
其中，所述防腐液包括以下步骤制备而成，混合羟基丙烯酸、分散剂、溶剂、铝银浆、石墨、碳化钛并进行搅拌分散，搅拌分散时长为30min-35min，搅拌分散完毕进行出料备用，得到预混液；往预混液中加入异氰酸酯进行搅拌2min-3min，得到防腐液。
对比例7
对比例7与实施例1的区别在于，所选用的铝银浆更变为东洋铝业的铝银浆型号为CF-190N，平均粒径为15μm；固含(％)为70±1，标准的银元型，粒径分布窄；其他制备工艺相同。
对实施例1-4以及对比例1-7所制备的双极板进行相关性能测试；结果如表2所示。其中采用双极板特性测试方法(GB/T20042.6-2011)进行测试腐蚀电流密度。
表2：
由表2数据可知，实施例1-4所制备的双极板的腐蚀电流密度小于2×10-8A/cm2，表明所制备的防腐金属双极板具有良好的防腐蚀性能。具体地，对比例1与实施例1的区别在于，对比例1中的防腐液的制备原料中未添加碳化钛，由表2数据可知，未添加碳化钛所制备防腐双极板的腐蚀电流密度比实施例1所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度大，由此可见添加碳化钛有利于提高防腐双极板的耐腐蚀性，添加碳化钛改善成膜填料之间的紧密度；从而提高成膜的耐腐蚀性；石墨以及碳化钛搭配加入，形成石墨、铝银浆均匀分散，碳化钛对所存在的间隙进行填充的紧密结构，从而提高成膜的整体防腐性能；
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2中的防腐液的制备原料中未添加石墨，由表2数据可知，未添加石墨所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度比实施例1所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度大，由此可见添加石墨有利于提高防腐双极板的耐腐蚀性，结合对比例1可知，石墨与铝银浆相互搭配添加，可有效提高防腐双极板的耐腐蚀性，鳞片石墨与铝银浆相互交错层叠保证整体的导电性的同时提高成膜的紧密度，从而提高成膜整体的防腐性能；
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3中的防腐液的制备原料中未添加铝银浆，由表2数据可知，未添加铝银浆所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度比实施例1所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度大，且上升较多，可见添加铝银浆有利于提高防腐双极板的耐腐蚀性，且铝银浆对于整体防腐具有至关重要的作用；同时结合对比例1可知，石墨与铝银浆相互搭配添加，可有效提高防腐双极板的耐腐蚀性，鳞片石墨与铝银浆相互交错层叠保证整体的导电性的同时提高成膜的紧密度，从而提高成膜整体的防腐性能；
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4中的防腐液的制备原料中未添加石墨以及碳化钛，由表2数据可知，未添加石墨以及碳化钛所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度比实施例1所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度大，可见添加石墨以及碳化钛有利于降低腐蚀电流密度；但与对比例3相比，对比例4的腐蚀电流密度较小，可见铝银浆对防腐双极板的耐腐蚀性具有正向作用，但未能达到对比例1、对比例2、实施例1中添加铝银浆、碳化钛以及石墨所制备的防腐双极板的耐腐蚀效果，可见铝银浆、碳化钛以及石墨搭配使用对防腐双极板的耐腐蚀性具有正向作用；石墨以及碳化钛搭配加入，形成石墨、铝银浆均匀分散，碳化钛对所存在的间隙进行填充的紧密结构，从而提高成膜的整体防腐性能；
对比例5与实施例1的区别在于，对比例5中的防腐液的制备原料中未添加铝银浆以及碳化钛，由表2数据可知，未添加铝银浆以及碳化钛所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度比实施例1所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度大，可见防腐液的填料中仅添加石墨不能达到较好的耐腐蚀效果，需要搭配铝银浆以及碳化钛进行使用；结合对比例4以及对比例1可知，铝银浆以及石墨进行搭配使用，两者相互交错层叠保证整体的导电性的同时提高成膜的紧密度，从而提高成膜整体的防腐性能；
对比例6与实施例1的区别在于，对比例6中的防腐液的制备原料中未添加铝银浆以及石墨，由表2数据可知，未添加铝银浆以及石墨所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度比实施例1所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度大，可见防腐液的填料中今天加碳化钛不能达到较好的耐腐蚀效果，需要搭配铝银浆以及石墨进行使用；石墨以及银粉进行排列，同时碳化钛进行填充空隙；提高耐腐蚀性；鳞片石墨搭配玉米片型的铝浆，同时使用碳化钛填充缝隙，增强紧密度；提高成膜整体的耐腐蚀性；
对比例7与实施例1的区别在于所选用的铝银浆更变为东洋铝业的铝银浆型号为CF-190N，平均粒径为15μm；固含(％)为70±1，标准的银元型，粒径分布窄。由表2的数据可知，更换铝银浆后的对比例7所制备的防腐双极板的腐蚀电流密度比实施例1所制备的防腐双极板的腐蚀电流大，可见实施例1选用的铝银浆可有效降低腐蚀电流密度，即具有更好的耐腐蚀性，同时对比例7所达到的腐蚀电流密度与对比例2持平；可见选用实施例1中的铝银浆，鳞片石墨与玉米片型的铝银浆相互交错层叠，同时提高成膜的紧密度，从而提高成膜整体的防腐性能；同时碳化钛对石墨与铝银浆之间所存在的间隙进行填充的紧密结构，从而提高成膜的整体防腐性能；
上述技术方案中，防腐液选用羟基丙烯酸以及异氰酸酯作为成膜体系，通过羟基丙烯酸以及异氰酸酯相互交联而成膜，铝银浆、石墨、碳化钛进行搭配加入提高成膜整体的防腐蚀性能；同时碳化钛的加入对铝银浆之间的间隙进行填充，提高填料之间的紧密度，从而提高成膜的整体防腐蚀性；同时通过浸涂的方式对金属板进行施加防腐液，该种施工方式简单高效，便于连续化生产。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，包括以下制备方法：
金属板预处理：
将金属板浸泡于丙酮溶液中，浸泡时间为10min-15min；
浸泡完毕进行烘干，烘干后进行打磨，打磨完毕用去离子水进行冲洗并烘干，
得到预处理金属板；
涂覆防腐层；
将预处理金属板浸泡于防腐液中，浸泡时间为30s-40s；所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸、异氰酸酯、分散剂、溶剂、铝银浆、石墨、碳化钛；所述铝银浆的平均粒径为15μm，固含量为62％～64％，所述铝银浆的铝鳞片呈玉米片型，形状不规则，所述碳化钛的平均粒径为2μm-3μm，所述石墨为鳞片石墨；
取出浸泡完成的预处理金属板并常温静置15min-20min；
输送静置完毕的预处理金属板至烘箱中进行固化处理，
得到防腐金属双极板。
2.根据权利要求1所述的金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，所述固化处理的固化温度为75℃-85℃，固化时长为30min-35min。
3.根据权利要求1所述的金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，按重量份算，所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸62份-67份、异氰酸酯4份-8份、分散剂0.8份-1.2份、溶剂12份-17份、铝银浆2份-4份、石墨8份-10份、碳化钛0.8份-1.2份。
4.根据权利要求3所述的金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，按重量份算，所述防腐液包括以下制备原料：羟基丙烯酸65份、异氰酸酯6份、分散剂1份、溶剂15份、铝银浆3份、石墨9份、碳化钛1份。
5.根据权利要求1至4任一所述的金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，所述羟基丙烯酸的羟值为32.5mgKOH/g-38.5mgKOH/g，固含量为54％-56％。
6.根据权利要求1至4任一所述的金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，所述溶剂包括XYL、BAC、TOL中的一种或两种混合。
7.根据权利要求1所述的金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，所述防腐金属双极板的表面成膜的膜厚为60μm-65μm。
8.根据权利要求1所述的金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，所述金属板预处理中，打磨采用400#、600#水磨砂纸对金属板表面进行打磨处理，确保金属板表面光亮平整且无明显刮痕。
9.根据权利要求1所述的金属双极板的防腐蚀处理方法，其特征在于，所述铝银浆的平均粒径为15μm。
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