JP6637867B2 - Method for producing carbon coated separator material for fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、純チタン又はチタン合金製の基材上に、カーボンブラック分散塗料を塗工して得られる燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法に関し、より詳細には前記カーボンブラック分散塗料の改良に関する。   The present invention relates to a method for producing a carbon coat separator material for a fuel cell obtained by applying a carbon black dispersion paint on a substrate made of pure titanium or a titanium alloy, and more particularly to an improvement of the carbon black dispersion paint. About.

燃料電池は、固体高分子電解質膜を、アノード電極とカソード電極とで挟んだものを単セルとし、ガス(水素、酸素等)の流路となる溝が形成されたセパレータ(バイポーラプレートとも呼ばれる)を介して、前記単セルを複数個重ね合わせたスタックとして構成される。燃料電池は、スタックあたりのセル数を増やすことで、出力を高くすることができる。   A fuel cell is a single cell in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, and has a separator (also referred to as a bipolar plate) in which a groove serving as a gas (hydrogen, oxygen, etc.) flow path is formed. Through a plurality of the single cells. The output of the fuel cell can be increased by increasing the number of cells per stack.

燃料電池用のセパレータは、発生した電流を隣のセルに流す役割も担っているので、セパレータを構成するセパレータ材には、高い導電性及びその高い導電性が燃料電池のセル内部の高温・酸性雰囲気の中においても長期間維持されることとなる導電耐久性が要求される。ここで、高い導電性及び導電耐久性とは、接触抵抗が低いことを意味する。また、接触抵抗とは、電極とセパレータ表面との間で、界面現象のために電圧降下が生じることをいう。
前記した要求を満たすべく開発されたセパレータ材が、例えば、特許文献1〜4に提案されている。
Since the separator for a fuel cell also plays a role in passing the generated current to an adjacent cell, the separator material constituting the separator has high conductivity and high conductivity at high temperatures and acidity inside the cell of the fuel cell. Conductive durability that can be maintained for a long time even in an atmosphere is required. Here, high conductivity and high conductivity durability mean that the contact resistance is low. The contact resistance means that a voltage drop occurs between the electrode and the separator surface due to an interface phenomenon.
Separator materials developed to satisfy the above-mentioned requirements are proposed in, for example, Patent Documents 1 to 4.

特許文献1には、固体高分子電解質型燃料電池用セパレータであって、表面に基材自身の酸化皮膜を有する金属の基材と、前記基材の酸化皮膜の表面に形成された導電性薄膜と、を有し、前記基材自身の酸化皮膜と前記導電性薄膜との間に密着性を高める中間層が形成されており、前記導電性薄膜が原子レベルで形成された炭素(C)からなる炭素薄膜であり、前記中間層が、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wの金属あるいはSi、Bの半金属元素から選択された1種以上の元素からなる層(Me)と、該(Me)層の上に形成された、炭素(C)と、金属あるいは半金属元素の元素(Me)とを含有し、前記基材から離れるにつれて炭素(C)の配合割合が多くなる、(炭素−Me)傾斜層と、の何れか少なくとも1層からなる燃料電池用セパレータが記載されている。   Patent Document 1 discloses a separator for a polymer electrolyte fuel cell, a metal substrate having an oxide film of the substrate itself on the surface, and a conductive thin film formed on the surface of the oxide film of the substrate. And an intermediate layer that enhances adhesion between the oxide film of the base material itself and the conductive thin film, wherein the conductive thin film is formed from carbon (C) formed at an atomic level. Wherein the intermediate layer is formed of at least one element selected from the group consisting of metals such as Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W and metalloid elements such as Si and B. Containing (Me), carbon (C) formed on the (Me) layer, and an element (Me) of a metal or metalloid element, and blending carbon (C) with increasing distance from the base material At least one of a (Carbon-Me) gradient layer and a proportion increasing Ranaru fuel cell separator is described.

この燃料電池用セパレータでは、基材と導電性薄膜との間に中間層を形成してこれらの密着性を高めている。しかし、導電性薄膜及び中間層は、気相成膜によって積層されたものであるため、中間層と導電性薄膜との界面における密着性が弱い可能性がある。従って、燃料電池に使用すると、中間層と導電性薄膜とが剥離等してしまい、導電性が低くなってしまう可能性がある。   In this fuel cell separator, an intermediate layer is formed between the base material and the conductive thin film to enhance the adhesion therebetween. However, since the conductive thin film and the intermediate layer are stacked by vapor deposition, there is a possibility that adhesion at the interface between the intermediate layer and the conductive thin film is weak. Therefore, when used in a fuel cell, the intermediate layer and the conductive thin film may peel off or the like, and the conductivity may be reduced.

また、特許文献2には、金属からなる基材と該基材の表面に形成された表面処理層とを有する燃料電池のセパレータであって、前記表面処理層が、金属あるいは半金属元素(Me)、又は該金属あるいは半金属元素の炭化物(MeC)、からなる基材側部分と、原子レベルで形成された炭素(C)からなる、又は炭素に金属あるいは半金属元素(Me)又は該金属あるいは半金属元素の炭化物(MeC)を原子レベルで複合化した(C+Me又はMeC)からなる、基材と反対側部分と、を有する燃料電池のセパレータが記載されている。   Further, Patent Document 2 discloses a fuel cell separator having a base material made of a metal and a surface treatment layer formed on the surface of the base material, wherein the surface treatment layer is made of a metal or metalloid element (Me ) Or a metal or metalloid metal carbide (MeC), and a base material side portion composed of carbon (C) formed at an atomic level, or a metal or metalloid element (Me) or a metal formed on carbon. Alternatively, there is described a fuel cell separator having a base material and an opposite portion made of (C + Me or MeC) in which a metalloid metal carbide (MeC) is compounded at an atomic level.

しかしながら、この燃料電池用セパレータでは、当該表面処理層の基材側部分と反対側部分とは、気相成膜によって積層されたものであるため、これらの界面における密着性が弱い可能性がある。従って、燃料電池に用いると、基材側部分と反対側部分とが剥離するなどして導電性が低くなってしまう可能性がある。   However, in the fuel cell separator, since the substrate-side portion and the opposite side portion of the surface treatment layer are laminated by vapor phase film formation, there is a possibility that adhesion at these interfaces is weak. . Therefore, when used in a fuel cell, there is a possibility that the conductivity may be reduced due to separation of the substrate side portion and the opposite side portion.

また、特許文献3には、金属板表面に、導電性炭素膜が被覆してあり、導電性炭素膜が化学的気相合成法又はスパッタ法で、製膜温度400℃〜600℃で作製されたものであり、導電性炭素膜内の不対電子密度が1020個/cm以上であり、ラマン分光法によるG/D比が0.5以下であって、抵抗率が10Ωcm以下であることを特徴とする燃料電池用セパレータが記載されている。 In Patent Document 3, a conductive carbon film is coated on the surface of a metal plate, and the conductive carbon film is formed at a film forming temperature of 400 to 600 ° C. by a chemical vapor synthesis method or a sputtering method. The unpaired electron density in the conductive carbon film is 1020 / cm 3 or more, the G / D ratio by Raman spectroscopy is 0.5 or less, and the resistivity is 10 Ωcm or less. A fuel cell separator is described.

この燃料電池用セパレータでは、化学的気相合成法またはスパッタ法により、基材表面に導電性炭素膜を直接形成している。そのため、基材と導電性炭素膜との間の密着性が弱い可能性がある。従って、燃料電池に使用すると、基材と導電性炭素膜とが剥離等してしまい、導電性が低くなってしまう可能性がある。   In this fuel cell separator, a conductive carbon film is directly formed on a substrate surface by a chemical vapor synthesis method or a sputtering method. Therefore, the adhesion between the substrate and the conductive carbon film may be weak. Therefore, when used in a fuel cell, the base material and the conductive carbon film may be separated, and the conductivity may be reduced.

また、特許文献4には、金属基板上に被覆層を有する燃料電池用セパレータであって、前記被覆層は、アモルファスカーボン層と導電部とを有することを特徴とする燃料電池用セパレータが記載されている。   Patent Literature 4 describes a fuel cell separator having a coating layer on a metal substrate, wherein the coating layer has an amorphous carbon layer and a conductive portion. ing.

しかし、この燃料電池用セパレータでは、基板上に直接炭素層を形成しているため、これらの間の密着性が弱い可能性がある。従って、燃料電池に使用すると、基板と炭素層とが剥離等してしまい、導電性が低くなってしまう可能性がある。   However, in this fuel cell separator, since the carbon layer is formed directly on the substrate, the adhesion between them may be weak. Therefore, when used in a fuel cell, the substrate and the carbon layer may be peeled off and the conductivity may be reduced.

このような背景から、本出願人は、特願2015−104578において、純チタン又はチタン合金からなる基材上に、カーボンブラック分散塗料を塗布した後、低酸素分圧下で熱処理することにより、酸化チタン(ルチル)とカーボンブラックとが混合分散した混合層を有する燃料電池用カーボンコートセパレータ材を提案している。   From such a background, the present applicant discloses in Japanese Patent Application No. 2015-104578 that a carbon black-dispersed coating material is applied on a substrate made of pure titanium or a titanium alloy, and then heat-treated under a low oxygen partial pressure. A carbon-coated separator material for a fuel cell having a mixed layer in which titanium (rutile) and carbon black are mixed and dispersed has been proposed.

特許第4147925号公報Japanese Patent No. 4147925 特開2004−14208号公報JP 2004-14208 A 特開2007−207718号公報JP 2007-207718 A 特開2008−204876号公報JP 2008-204876 A

上記した本出願人による燃料電池用カーボンコートセパレータ材は、酸化チタンとカーボンブラックとの混合層により導電性と耐久性とを両立できるものの、製造プロセス上のハンドリング時にカーボンブラック塗膜の剥離が懸念されるなどプロセスの安定性に改善の余地がある。   Although the above-mentioned carbon-coated separator material for fuel cells by the present applicant can achieve both conductivity and durability by a mixed layer of titanium oxide and carbon black, there is a concern that the carbon black coating film may peel off during handling in the manufacturing process. There is room for improvement in process stability.

そこで本発明は、酸化チタンとカーボンブラックとの混合層を形成した燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法において、基材上にカーボンブラック分散塗料を塗布した際の塗膜の耐ハンドリング性(塗膜はがれや摩耗)を向上させて、その後の熱処理の際にチタン基材上に良好な混合層を形成させて高い導電性を長期間維持できるようにすることを目的とする。   Accordingly, the present invention relates to a method for producing a carbon-coated separator material for a fuel cell in which a mixed layer of titanium oxide and carbon black is formed. It is an object of the present invention to improve the peeling and abrasion of the film and to form a good mixed layer on the titanium base material during the subsequent heat treatment so that the high conductivity can be maintained for a long time.

前記課題を解決した本発明に係る燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法は、最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度が10原子%以下であるチタン基材に、カーボンブラック分散塗料を塗布する塗布工程と、前記塗布工程後、酸素分圧が25Pa以下である低酸素分圧下で500〜800℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程とを含む燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法であって、前記塗布工程で用いる前記カーボンブラック分散塗料が、カーボンブラックと、500℃以下の加熱により残渣なく分解する樹脂からなるバインダー樹脂とを含有することを特徴とする。   The method of manufacturing a carbon-coated separator material for a fuel cell according to the present invention, which has solved the above-mentioned problem, comprises applying a carbon black-dispersed coating material to a titanium base material having a carbon concentration of 10 atomic% or less at a depth of 10 nm from the outermost surface. A method for producing a carbon coated separator material for a fuel cell, comprising: a coating step of coating, and a heat treatment step of performing a heat treatment at a temperature range of 500 to 800 ° C. under a low oxygen partial pressure having an oxygen partial pressure of 25 Pa or less after the coating step. The carbon black-dispersed coating material used in the application step contains carbon black and a binder resin made of a resin that decomposes without heating when heated to 500 ° C. or lower.

上記製造方法で得られる燃料電池用カーボンコートセパレータ材は、チタン基材上に、基材からのチタン原子が、カーボンブラック分散塗料からなる塗膜中に拡散して酸化チタンとカーボンブラックとが混合した混合層が形成される。この混合層において、カーボンブラックが導電パスを形成して高い導電性が得られる。また、カーボンブラックと酸化チタンは、燃料電池内の高温酸性雰囲気(例えば、80℃、pH2)でも酸化が進まず安定している。従って、燃料電池用カーボンコートセパレータ材は、高い導電性と耐食性とが両立したものとなる。   The carbon coated separator material for a fuel cell obtained by the above manufacturing method is such that titanium oxide from the base material is diffused into the coating film made of the carbon black dispersion paint on the titanium base material, and the titanium oxide and the carbon black are mixed. A mixed layer is formed. In this mixed layer, carbon black forms a conductive path, and high conductivity is obtained. In addition, carbon black and titanium oxide are stable without oxidation even in a high-temperature acidic atmosphere (for example, 80 ° C., pH 2) in a fuel cell. Therefore, the carbon-coated separator material for a fuel cell has both high conductivity and corrosion resistance.

更には、カーボンブラック分散塗料が、500℃以下の加熱により残渣なく分解するバインダー樹脂を含むため、カーボンブラック分散塗料塗布後の塗膜と基材との密着性や塗膜の耐摩耗性が良くなるとともに、熱処理後に樹脂由来の残渣が残らないため良好に混合層が形成され、良好な導電性が得られる。このようなバインダー樹脂としてはアクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタンの少なくとも1種であることが好ましい。また、バインダー樹脂とカーボンブラックとが、固形分の質量比で、(バインダー樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)=0.3〜2.5であることが好ましい。   Furthermore, since the carbon black dispersion coating contains a binder resin that decomposes without residue when heated at 500 ° C. or less, the adhesion between the coating film and the substrate after the carbon black dispersion coating is applied and the abrasion resistance of the coating film are good. In addition, since no resin-derived residue remains after the heat treatment, a mixed layer is favorably formed, and good conductivity is obtained. Such a binder resin is preferably at least one of an acrylic resin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl alcohol, and polyurethane. Further, it is preferable that the binder resin and the carbon black have a solid content mass ratio of (binder resin solid content / carbon black solid content) = 0.3 to 2.5.

本発明によれば、チタン基材上に、酸化チタンとカーボンブラックとの混合層を形成した燃料電池用カーボンコートセパレータ材が得られるが、混合層を形成するためのカーボンブラック分散塗料が特定のバインダー樹脂を含有するため、基材上にカーボンブラック分散塗料を塗布した際の塗膜の耐ハンドリング性(塗膜はがれや摩耗)を向上し、その後の熱処理の際にチタン基材上に良好な混合層が形成される。   According to the present invention, a carbon-coated separator material for a fuel cell in which a mixed layer of titanium oxide and carbon black is formed on a titanium base material is obtained. Includes a binder resin to improve the handling resistance (coating peeling and abrasion) of the coating when the carbon black dispersion coating is applied to the substrate, and to provide a good coating on the titanium substrate during the subsequent heat treatment. A mixed layer is formed.

本発明の製造方法により得られる燃料電池用カーボンコートセパレータ材を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a carbon-coated separator material for a fuel cell obtained by the production method of the present invention. 本発明の燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法の内容を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating the content of a method for producing a carbon coated separator material for a fuel cell according to the present invention. 塗布工程S2で基材2の表面にカーボンブラック分散塗料を塗布する様子を示した概略説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a state in which a carbon black dispersion paint is applied to the surface of a substrate 2 in an application step S2. 熱処理工程S3で基材2から外方拡散したチタン原子の一部又は全部が酸化した酸化チタン4とカーボンブラック5とが混合した混合層3が形成される様子を示した概略説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a state where a mixed layer 3 in which titanium oxide 4 in which part or all of titanium atoms diffused outward from a base material 2 are oxidized in a heat treatment step S3 and carbon black 5 are mixed is formed. 試験体の接触抵抗値を測定する様子を説明する概略図である。It is a schematic diagram explaining a situation that a contact resistance value of a test object is measured. 実施例で得られた、(アクリル樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)比と、接触抵抗との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the ratio (solid content of acrylic resin / solid content of carbon black) and the contact resistance obtained in the examples.

以下、適宜図面を参照して本発明に係る燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法の一実施形態について詳細に説明する。尚、下記説明では、燃料電池用カーボンコートセパレータ材を「カーボンコートセパレータ材」という。   Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a carbon-coated separator material for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the following description, the carbon-coated separator material for a fuel cell is referred to as “carbon-coated separator material”.

(カーボンコートセパレータ材)
まず、本発明方法により得られるカーボンコートセパレータ材について説明する。図1は、その構成を説明する概略断面図である。
図1に示すように、カーボンコートセパレータ材1は、純チタン又はチタン合金からなる基材(以下、単に基材という。)2上に酸化チタン4(図4参照)とカーボンブラック5(図4参照)とが混合した混合層3が形成されている。
(Carbon coated separator material)
First, the carbon-coated separator material obtained by the method of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating the configuration.
As shown in FIG. 1, a carbon-coated separator material 1 has a titanium oxide 4 (see FIG. 4) and a carbon black 5 (see FIG. 4) on a substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 2 made of pure titanium or a titanium alloy. ) Is formed.

ここで、純チタンとしては、例えば、JIS H 4600に規定される1〜4種を挙げることができる。また、チタン合金としては、例えば、Ti−Al、Ti−Nb、Ti−Ta、Ti−6Al−4V、Ti−Pdを挙げることができる。ただし、いずれの場合も前記例示に限定されない。純チタン又はチタン合金製の基材とすると、軽く、耐食性に優れたものとすることができる。また、基材の表面に後記する混合層に被覆されずに露出している部分や端面部があったとしても、燃料電池内の高温酸性雰囲気(例えば、80℃、pH2)でチタン又はチタン合金が溶出せず、固体高分子膜を劣化させる恐れがない。   Here, examples of the pure titanium include, for example, 1 to 4 types specified in JIS H 4600. Examples of the titanium alloy include Ti-Al, Ti-Nb, Ti-Ta, Ti-6Al-4V, and Ti-Pd. However, in any case, it is not limited to the above example. When the substrate is made of pure titanium or a titanium alloy, it can be made light and excellent in corrosion resistance. Further, even if there is a portion or an end face portion which is exposed without being covered with the mixed layer described later on the surface of the base material, the titanium or titanium alloy may be used in a high temperature acidic atmosphere (for example, 80 ° C., pH 2) in the fuel cell. Are not eluted and there is no risk of deteriorating the solid polymer membrane.

基材2は、例えば、厚さ0.05〜1mmの冷間板材とするのが好ましい。厚さをこの範囲とすると、セパレータの軽量化及び薄型化の要求を満足し、セパレータ材としての強度及びハンドリング性を備え、セパレータの形状にプレス加工することが比較的容易となる。基材は、コイル状に巻かれた長尺帯状のものであってもよいし、所定の寸法に切断された枚葉紙状のものであってもよい。   The substrate 2 is preferably a cold plate material having a thickness of 0.05 to 1 mm, for example. When the thickness is in this range, the requirements for weight reduction and thickness reduction of the separator are satisfied, the strength and handling properties as a separator material are provided, and it is relatively easy to press-process the separator into a shape. The substrate may be in the form of a long strip wound in a coil shape, or may be in the form of a sheet cut into a predetermined size.

混合層3の中の酸化チタンは、結晶性のルチル構造のものを含み、この部分は導電耐食性に優れる。一方、この混合層3の中のカーボンブラック5は、混合層中のカーボンの結合状態をX線光電子分光分析により分析した際に検出されたカーボンのうちの70%以上がC−C結合、即ちカーボンとカーボン同士の結合を有するカーボンブラック5単体として存在しており、カーボンコートセパレータ材1の最表面から基材2へと分布している(図4参照)。つまり、このカーボンブラック4(図4参照)は、電流を流す導電パスとしての役割を果たしており、また、カーボンブラックは酸化に対して安定であるため、導電性が安定的に維持される。カーボンコートセパレータ材1は、このような混合層3が形成されていることにより、高い導電性と導電耐食性を両立することができる。
一方、カーボンがチタンと反応してチタンカーバイドを形成している場合、カーボンの結合はTi−Cの結合となるが、このチタンカーバイドは導電性はあるものの酸化し易いため、この結合が支配的な場合は導電耐食性が不十分となる。
The titanium oxide in the mixed layer 3 includes a crystalline rutile structure, and this portion has excellent conductive corrosion resistance. On the other hand, in the carbon black 5 in the mixed layer 3, 70% or more of the carbon detected when the bonding state of the carbon in the mixed layer was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, that is, a C—C bond, that is, It exists as a single carbon black 5 having a bond between carbon and carbon, and is distributed from the outermost surface of the carbon-coated separator material 1 to the substrate 2 (see FIG. 4). That is, the carbon black 4 (see FIG. 4) serves as a conductive path for passing a current, and the carbon black is stable against oxidation, so that the conductivity is stably maintained. By forming such a mixed layer 3, the carbon coat separator material 1 can achieve both high conductivity and conductive corrosion resistance.
On the other hand, when carbon reacts with titanium to form titanium carbide, the bond of carbon becomes a bond of Ti—C. However, this titanium carbide has conductivity but is easily oxidized. In such a case, the conductive corrosion resistance becomes insufficient.

そして、混合層3の断面を観察した際にカーボンブラック5は粒状の形態を呈しており、混合層3のマトリックス(酸化チタン4のマトリックス)中に粒状のカーボンブラック5が埋まっているような形態となっている。なお、前記した断面は、板厚方向に対して平行な方向に得たものでもよく、板厚方向に対して垂直な方向に得たものでもよく、板厚方向に対して斜めとなる方向に得たものでもよい。いずれの断面においてもカーボンブラック5が粒状の形態を呈していることを確認することができる。   When the cross section of the mixed layer 3 is observed, the carbon black 5 has a granular form, and the granular carbon black 5 is buried in the matrix of the mixed layer 3 (the matrix of titanium oxide 4). It has become. The above-described cross section may be obtained in a direction parallel to the thickness direction, or may be obtained in a direction perpendicular to the thickness direction, and may be obtained in a direction oblique to the thickness direction. It may be obtained. It can be confirmed that the carbon black 5 has a granular form in any of the cross sections.

カーボンブラック5は、1つ又は複数の粒子が連なることにより、混合層3の最表面に突出する部分を持つとともに、混合層3と基材2の界面まで分散して電流を流す導電パスとして存在することが望ましい。   The carbon black 5 has a portion protruding from the outermost surface of the mixed layer 3 when one or a plurality of particles are connected to each other, and exists as a conductive path through which an electric current flows while being dispersed to the interface between the mixed layer 3 and the base material 2. It is desirable to do.

混合層3の厚さの範囲は10〜500nmが好ましい。混合層3の厚さがこの範囲であると、高い導電性と導電耐食性を備えることができる。混合層3の厚さが10nm未満であると導電耐食性が不十分となり、燃料電池内で酸化が進行して導電性が劣化する恐れがある。一方、混合層3の厚さが500nmを超えると、カーボンコートセパレータ材1にガス流路を形成するためのプレス加工を行う際に、基材2の変形により剥離して脱落する恐れがある。   The range of the thickness of the mixed layer 3 is preferably from 10 to 500 nm. When the thickness of the mixed layer 3 is in this range, high conductivity and conductive corrosion resistance can be provided. If the thickness of the mixed layer 3 is less than 10 nm, the conductive corrosion resistance becomes insufficient, and oxidation may proceed in the fuel cell, and the conductivity may be deteriorated. On the other hand, when the thickness of the mixed layer 3 exceeds 500 nm, there is a possibility that the base material 2 may be separated and fall off due to deformation of the base material 2 during press working for forming a gas flow path in the carbon-coated separator material 1.

なお、混合層3のさらに上に、非晶質または結晶質のカーボンブラックの層(図示せず)が積層されていてもよい。このカーボンブラックの層は、本実施形態に係るカーボンコートセパレータ材1の製造方法を実施した際に用いられたカーボンブラックが残存したものである。また、混合層3は基材2の片面のみに形成することができるが、両面に形成することもできる。   Note that a layer (not shown) of amorphous or crystalline carbon black may be further stacked on the mixed layer 3. This carbon black layer is a layer in which the carbon black used when the method of manufacturing the carbon coated separator material 1 according to the present embodiment is performed is left. Further, the mixed layer 3 can be formed only on one side of the substrate 2, but can also be formed on both sides.

(カーボンコートセパレータ材の製造方法)
次に、図2を参照して本実施形態に係るカーボンコートセパレータ材1の製造方法について説明する。
図2は、本実施形態に係るカーボンコートセパレータ材の製造方法の内容を説明するフローチャートである。図2に示すように、本実施形態に係るカーボンコートセパレータ材の製造方法は、塗布工程S2と、熱処理工程S3と、を含んでおり、これらの工程がこの順で行われる。本実施形態に係るカーボンコートセパレータ材の製造方法を実施することによって、図1に示すカーボンコートセパレータ材1を製造することができる。
(Production method of carbon coated separator material)
Next, a method for manufacturing the carbon-coated separator material 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a flowchart illustrating the content of the method for manufacturing a carbon-coated separator material according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the method for manufacturing a carbon-coated separator material according to the present embodiment includes a coating step S2 and a heat treatment step S3, and these steps are performed in this order. By performing the method for manufacturing a carbon-coated separator material according to the present embodiment, the carbon-coated separator material 1 shown in FIG. 1 can be manufactured.

(塗布工程)
塗布工程S2は、最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度が10原子%以下である基材2の表面に、カーボンブラック5の粉末と、500℃以下の加熱により残渣なく分解する樹脂からなるバインダー樹脂とを含有するカーボンブラック分散塗料を塗布する工程である(図3参照)。なお、最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度が10原子%以下であると、最表面から深さ5〜50nmの間の平均炭素濃度も10原子%以下となることから、これらは相互に言い換えることもできる。
(Coating process)
The coating step S2 is performed on the surface of the base material 2 having a carbon concentration of 10 atomic% or less at a depth of 10 nm from the outermost surface by using a powder of carbon black 5 and a resin which decomposes without heating by heating at 500 ° C. or less. This is a step of applying a carbon black dispersion paint containing a binder resin (see FIG. 3). If the carbon concentration at a depth of 10 nm from the outermost surface is 10 atomic% or less, the average carbon concentration at a depth of 5 to 50 nm from the outermost surface is also 10 atomic% or less. Can be paraphrased.

ここで、最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度について説明する。基材2の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度は、例えば、X線光電子分光分析装置(X−ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)を用いて、深さ方向の組成分析を行うことにより測定することができる。なお、通常、基材2の表層からは、雰囲気中に存在する有機物などの吸着に起因する炭素が検出される。本発明では、有機物などが吸着した基材2の表層部分(コンタミ層)を除いた部分を「最表面」とし、この最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度を10原子%以下に規定している。この位置での炭素濃度が10原子%を超えているということは、基材2を作製する圧延などの工程中に、基材2の表層に加工油や雰囲気中に存在する有機物などが浸入して汚染されているか、又はそれらがチタンと反応してチタンカーバイドを形成している可能性が非常に高いことを示している。基材2の表層が加工油や有機物などで汚染されていたり、チタンカーバイドが形成されていたりすると、後記する熱処理工程S3で熱処理を行った際に、カーボンブラック5が基材2の表面に結合し難くなる。そのため、混合層3が形成され難くなる結果、高い導電性及び導電耐久性を得ることができない恐れがある。   Here, the carbon concentration at a depth of 10 nm from the outermost surface will be described. The carbon concentration at a position at a depth of 10 nm from the outermost surface of the substrate 2 is measured, for example, by performing a composition analysis in the depth direction using an X-ray photoelectron spectroscopy (X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS). can do. Normally, carbon resulting from adsorption of organic substances and the like present in the atmosphere is detected from the surface layer of the base material 2. In the present invention, the portion excluding the surface layer portion (contamination layer) of the base material 2 on which organic substances are adsorbed is defined as the “outermost surface”, and the carbon concentration at a depth of 10 nm from the outermost surface is specified to be 10 atomic% or less. are doing. The fact that the carbon concentration at this position exceeds 10 atomic% means that processing oil and organic substances existing in the atmosphere infiltrate into the surface layer of the base material 2 during a process such as rolling for manufacturing the base material 2. Or it is very likely that they have reacted with titanium to form titanium carbide. If the surface layer of the base material 2 is contaminated with processing oil or organic matter, or if titanium carbide is formed, the carbon black 5 is bonded to the surface of the base material 2 when heat treatment is performed in a heat treatment step S3 described below. It becomes difficult to do. Therefore, as a result of the difficulty in forming the mixed layer 3, there is a possibility that high conductivity and high conductivity durability cannot be obtained.

従って、基材2の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度が10原子%を超える場合は、塗布工程S2を行う前に、後記する炭素濃度低減処理工程S1を行うのが好ましい。他方、前記した位置における炭素濃度が10原子%以下である場合は、炭素濃度低減処理工程S1を行うことなく、塗布工程S2を行うことができる。なお、冷間圧延の1パスあたりの圧下率を10%以下で行うなど圧延加工プロセスを調整することで、基材2の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度を低く抑えることができ、10原子%以下とすることが可能である。基材2の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度は低いほど好ましい。当該位置での炭素濃度は、例えば、9原子%以下とするのが好ましく、8原子%以下とするのがより好ましい。
なお、より確実に、高い導電性及び導電耐久性を得たい場合は、後記する炭素濃度低減処理工程S1を常に行うようにするのが好ましい。
Therefore, when the carbon concentration at a depth of 10 nm from the outermost surface of the base material 2 exceeds 10 atomic%, it is preferable to perform a carbon concentration reduction treatment step S1 described later before performing the coating step S2. On the other hand, when the carbon concentration at the position described above is 10 atom% or less, the coating step S2 can be performed without performing the carbon concentration reduction processing step S1. The carbon concentration at a position 10 nm deep from the outermost surface of the substrate 2 can be suppressed by adjusting the rolling process such as reducing the rolling reduction per pass of the cold rolling to 10% or less. , And 10 atomic% or less. It is preferable that the carbon concentration at a position at a depth of 10 nm from the outermost surface of the substrate 2 is lower. The carbon concentration at the position is, for example, preferably 9 atomic% or less, and more preferably 8 atomic% or less.
In order to more reliably obtain high conductivity and conductive durability, it is preferable to always perform the carbon concentration reduction processing step S1 described later.

基材2の表面への混合層3を形成するために、カーボンブラック5の粉末とバインダー樹脂とを含む水性や油性の液(分散塗料)を塗布する。水性の液としては、例えば、水を溶媒として用いることができる。油性の液としては、例えば、エタノールやトルエン、シクロヘキサノンなどを用いることができる。   In order to form the mixed layer 3 on the surface of the substrate 2, an aqueous or oily liquid (dispersion paint) containing the powder of the carbon black 5 and the binder resin is applied. As the aqueous liquid, for example, water can be used as a solvent. As the oily liquid, for example, ethanol, toluene, cyclohexanone and the like can be used.

カーボンブラック5の粉末の粒径は20〜200nmが好ましい。カーボンブラック5の粉末は塗料中で凝集体を作りやすい傾向があるが、本製造方法では凝集体を形成させないよう工夫された塗料を用いるのが好ましい。例えば、カーボンブラック5の表面にカルボキシル基などの官能基を化学結合させて、お互いの反発を強めるようにして分散性を高めたカーボンブラック粉を用いて調製した塗料を用いるのが好ましい。   The particle size of the powder of the carbon black 5 is preferably 20 to 200 nm. The powder of carbon black 5 tends to form aggregates in the paint, but in the present production method, it is preferable to use a paint devised so as not to form aggregates. For example, it is preferable to use a coating prepared using carbon black powder having a dispersibility enhanced by chemically bonding a functional group such as a carboxyl group to the surface of the carbon black 5 so as to repel each other.

バインダー樹脂には、500℃以下の加熱により残渣なく分解する樹脂を用いる。このようなバインダー樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタンが好ましく、それぞれ単独でも、2種以上を混合使用してもよい。これらの中では、分解が終了する温度が低いほど熱処理工程S3における混合層3の形成に影響を及ぼさなくなると考えられることから、アクリル樹脂がより好ましい。   As the binder resin, a resin that decomposes without residue when heated at 500 ° C. or lower is used. As such a binder resin, an acrylic resin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl alcohol, or polyurethane is preferable, and each may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. Among these, an acrylic resin is more preferable because it is considered that the lower the temperature at which the decomposition is completed, the lower the temperature at which the formation of the mixed layer 3 is affected in the heat treatment step S3.

尚、同温度で残渣が残る樹脂としては、フェノール樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂等を挙げることができる。混合層3の中もしくは表面、基材との界面に残渣があると、カーボンブラック5による導電パスを遮断して導電性を低下させる。   In addition, as a resin in which a residue remains at the same temperature, a phenol resin, a fluorine resin, a silicone resin, and the like can be given. If there is a residue in the mixed layer 3 or on the surface or at the interface with the base material, the conductive path of the carbon black 5 is cut off to lower the conductivity.

カーボンブラック分散塗料におけるカーボンブラック5とバインダー樹脂との配合比率は、固形分の質量比で、(バインダー樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)=0.3〜2.5であることが好ましい。この比が大きくなるほどカーボンブラック5の量が少なくなることを示しており、その結果として導電性が低くなり、この比が2.5を超えると目的とする導電性が得られない。一方、この比が小さいほどバインダー樹脂の量が少なくなることを示しており、その結果として基材2と塗膜との密着性が低くなり、この比か0.3未満では密着性の向上効果が得られない。見材1と混合層3との密着性を考慮すると、この比を0.4以上にすることがより好ましい。また、導電性を考慮すると、この比を2.3以下にすることがより好ましい。   The compounding ratio of the carbon black 5 and the binder resin in the carbon black-dispersed coating material is preferably a solid content mass ratio of (binder resin solid content / carbon black solid content) = 0.3 to 2.5. This shows that the larger the ratio is, the smaller the amount of the carbon black 5 is. As a result, the conductivity is lowered. If the ratio exceeds 2.5, the desired conductivity cannot be obtained. On the other hand, it is shown that the smaller the ratio is, the smaller the amount of the binder resin is. As a result, the adhesion between the base material 2 and the coating film is reduced. Can not be obtained. In consideration of the adhesion between the watching material 1 and the mixed layer 3, it is more preferable to set the ratio to 0.4 or more. Further, in consideration of conductivity, it is more preferable to set this ratio to 2.3 or less.

その他にも、カーボンブラック分散塗料には、粘度調整剤や界面活性剤等を、導電性や密着性に影響を与えない範囲で添加してもよい。   In addition, a viscosity modifier, a surfactant, and the like may be added to the carbon black dispersion paint in a range that does not affect the conductivity and the adhesion.

基材2へのカーボンブラック分散塗料の塗布量は、カーボンブラック5とバインダー樹脂との合計固形分量で、5〜100μg/cmにすることが好ましい。塗布量においてこの合計固形分量が5μg/cm未満では、カーボンブラック5及びバインダー樹脂の各量が少なすぎて、目的とする導電性及び密着性が得られない。より好ましくは、7μg/cm以上とする。一方、塗布量においてこの合計固形分量が100μg/cmを超えても、導電性や密着性の向上効果が飽和する一方でコスト増を招く。より好ましくは、80μg/cm以下とする。 The coating amount of the carbon black-dispersed coating material on the substrate 2 is preferably 5 to 100 μg / cm 2 in terms of the total solid content of the carbon black 5 and the binder resin. If the total solid content in the coating amount is less than 5 μg / cm 2 , the respective amounts of the carbon black 5 and the binder resin are too small, and the desired conductivity and adhesion cannot be obtained. More preferably, it is 7 μg / cm 2 or more. On the other hand, if the total solid content exceeds 100 μg / cm 2 in the coating amount, the effect of improving conductivity and adhesion is saturated, but the cost is increased. More preferably, the concentration is 80 μg / cm 2 or less.

カーボンブラック分散塗料を基材2に塗付する方法としては、例えば、刷毛塗りや、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、ディップコーター、スプレーコーターなどを用いることが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of a method of applying the carbon black dispersion paint to the base material 2 include brush coating and using a bar coater, a roll coater, a gravure coater, a die coater, a dip coater, a spray coater, and the like. It is not limited.

(熱処理工程)
熱処理工程S3は、塗布工程S2を行った基材2を酸素分圧が25Pa以下である低酸素分圧下で熱処理する工程である。この熱処理工程S3によって、図4に示すように、熱処理された基材2の表面には、基材2から外方拡散したチタン原子の一部又は全部が酸化した酸化チタン4とカーボンブラック5とが混合した混合層3が形成される。この混合層3が形成されることによって、燃料電池用セパレータ材1に高い導電性及び導電耐久性を付与することができる。
(Heat treatment process)
The heat treatment step S3 is a step of heat-treating the substrate 2 that has been subjected to the application step S2 under a low oxygen partial pressure having an oxygen partial pressure of 25 Pa or less. By the heat treatment step S3, as shown in FIG. 4, on the surface of the heat-treated base material 2, titanium oxide 4 in which some or all of the titanium atoms diffused outward from the base material 2 are oxidized, and carbon black 5 A mixed layer 3 is formed. By forming this mixed layer 3, high conductivity and high conductivity durability can be imparted to the fuel cell separator material 1.

熱処理工程S3における酸素分圧が25Paを超えると、炭素と酸素の反応により二酸化炭素となる(燃焼する)可能性がある。つまり、カーボンブラック5の酸化分解が生じるとともに、基材2の表面が露出した露出部で基材2の表面のチタンが酸化し、酸化チタン4が多く生じる(酸化チタン4の層が厚くなり過ぎる)。さらに、これに加えて、基材2から外方拡散したチタン原子の一部又は全部が酸化した酸化チタン4とカーボンブラック5とが混合した混合層3が形成されないため、高い導電性及び導電耐久性を得ることができない。そのため、熱処理は減圧下、又はArガスや窒素ガスなどの不活性ガスやそれらの不活性ガスと酸素の混合ガスを用いるなどして、前記したように酸素分圧を25Pa以下とする必要がある。   If the oxygen partial pressure in the heat treatment step S3 exceeds 25 Pa, the reaction between carbon and oxygen may result in carbon dioxide (combustion). That is, the oxidative decomposition of the carbon black 5 occurs, and the titanium on the surface of the base material 2 is oxidized at the exposed portion where the surface of the base material 2 is exposed, so that a large amount of titanium oxide 4 is generated (the layer of the titanium oxide 4 becomes too thick ). Further, in addition to this, the mixed layer 3 in which the titanium oxide 4 in which some or all of the titanium atoms diffused outward from the substrate 2 are oxidized and the carbon black 5 are not mixed is not formed, so that high conductivity and high conductivity durability are obtained. I can not get sex. Therefore, the heat treatment needs to be performed under reduced pressure or using an inert gas such as an Ar gas or a nitrogen gas or a mixed gas of such an inert gas and oxygen as described above to reduce the oxygen partial pressure to 25 Pa or less. .

なお、酸素分圧は、例えば、 0.2〜21Paの範囲が好ましい。また、熱処理の温度は、例えば、500〜800℃の温度範囲とするのが好ましい。酸素分圧及び熱処理の温度がそれぞれ前記した範囲であると、基材2から外方拡散したチタン原子の一部又は全部が雰囲気中の微量の酸素と反応して酸化チタン4となり、酸化チタン4とカーボンブラック5が混合した混合層3を確実に形成させることができる。
一方、酸素分圧が極めて低い雰囲気下で熱処理をすると、チタンとカーボンブラック5が結合してTiCとなる反応が支配的となる。このTiCは、接触抵抗は低いものの、燃料電池内の高温酸性雰囲気(例えば80℃、pH2)では酸化が進行して抵抗が高くなるため好ましくない。これに対し、前記した混合層3に含まれる酸化チタン4とカーボンブラック5は、燃料電池内の高温酸性雰囲気(例えば、80℃、pH2)でも酸化が進まず安定している。そのため、本発明に係る製造方法によれば、高い導電性及び導電耐久性を備えたカーボンコートセパレータ材1を製造することができる。
つまり、基材2上に酸化チタン4とカーボンブラック5とが混合した混合層3を形成するためには、熱処理雰囲気中に特定量の酸素が存在する必要があり、その酸素分圧の上限は、例えば、20Paとすることができ、酸素分圧の下限は、例えば、0.05Paとすることができる。また、熱処理の温度の下限は、例えば、600℃とすることができ、熱処理の温度の上限は、例えば、750℃とすることができる。酸素分圧の上限及び下限と、熱処理温度の下限及び上限をそれぞれこのように設定してもカーボンコートセパレータ材1を製造することができる。
The oxygen partial pressure is preferably, for example, in the range of 0.2 to 21 Pa. Further, the temperature of the heat treatment is preferably, for example, in a temperature range of 500 to 800 ° C. When the oxygen partial pressure and the temperature of the heat treatment are respectively in the above-mentioned ranges, part or all of the titanium atoms diffused outward from the base material 2 react with a small amount of oxygen in the atmosphere to form titanium oxide 4, and titanium oxide 4 Layer 3 in which carbon black 5 and carbon black 5 are mixed can be reliably formed.
On the other hand, when heat treatment is performed in an atmosphere having an extremely low oxygen partial pressure, the reaction in which titanium and carbon black 5 combine to form TiC becomes dominant. Although TiC has a low contact resistance, it is not preferable in a high-temperature acidic atmosphere (for example, 80 ° C., pH 2) in a fuel cell because oxidation proceeds to increase the resistance. On the other hand, the titanium oxide 4 and the carbon black 5 contained in the mixed layer 3 are not oxidized and stable even in a high-temperature acidic atmosphere (for example, 80 ° C., pH 2) in the fuel cell. Therefore, according to the manufacturing method according to the present invention, the carbon-coated separator material 1 having high conductivity and conductive durability can be manufactured.
That is, in order to form the mixed layer 3 in which the titanium oxide 4 and the carbon black 5 are mixed on the base material 2, a specific amount of oxygen needs to be present in the heat treatment atmosphere, and the upper limit of the oxygen partial pressure is For example, the pressure can be set to 20 Pa, and the lower limit of the oxygen partial pressure can be set to, for example, 0.05 Pa. The lower limit of the heat treatment temperature can be, for example, 600 ° C., and the upper limit of the heat treatment temperature can be, for example, 750 ° C. Even if the upper and lower limits of the oxygen partial pressure and the lower and upper limits of the heat treatment temperature are set as described above, the carbon-coated separator material 1 can be manufactured.

熱処理の時間は、例えば、熱処理の温度が500℃の場合は30分などとし、700℃の場合は1〜2分などとすることができる。熱処理の時間は、前記した例に限定されるものではなく、熱処理の温度によって適宜に設定することができる。   The time of the heat treatment can be, for example, 30 minutes when the temperature of the heat treatment is 500 ° C., and 1 to 2 minutes when the temperature of the heat treatment is 700 ° C. The time of the heat treatment is not limited to the example described above, and can be appropriately set depending on the temperature of the heat treatment.

前記熱処理時が0.2Paに近いような酸素分圧が低い雰囲気で、400℃程度の低温条件で実施した場合、酸化チタン4の形成がやや不足となり、導電性は高いものの耐久性がやや不足する恐れがある。このような場合、前記低酸素分圧下での熱処理の後、大気雰囲気下で熱処理することによって酸化チタン4の形成を促し、耐久性を高めることもできる。この大気雰囲気下での熱処理は、カーボンブラック5の燃焼が起こり難く、酸化チタン4の形成が起こるような条件で実施すればよい。そのような条件としては、例えば、200〜500℃の温度範囲における低温側(例えば、200℃以上350℃未満)であれば30〜60分、高温側(例えば、350℃以上500℃以下)であれば0.5〜5分というように、適宜条件を調整して実施すればよい。   When the heat treatment is performed in an atmosphere having a low oxygen partial pressure close to 0.2 Pa in a low-temperature condition of about 400 ° C., the formation of titanium oxide 4 is slightly insufficient, and although the conductivity is high, the durability is slightly insufficient. Might be. In such a case, after the heat treatment under the low oxygen partial pressure, heat treatment is performed in an air atmosphere to promote the formation of the titanium oxide 4 and improve the durability. The heat treatment in the air atmosphere may be performed under such a condition that the carbon black 5 hardly burns and the titanium oxide 4 is formed. Such conditions include, for example, a low temperature side (for example, 200 ° C. or more and less than 350 ° C.) in a temperature range of 200 to 500 ° C. for 30 to 60 minutes, and a high temperature side (for example, 350 ° C. or more and 500 ° C. or less). If so, the conditions may be appropriately adjusted, such as 0.5 to 5 minutes.

カーボンブラック分散塗料中に含まれる、500℃以下の加熱により残渣なく分解する樹脂からなるバインダー樹脂の量が多い場合、上記低酸素分圧下での熱処理の前にバインダ樹脂が熱分解する際に発生するガスを除去する「脱ガス」熱処理を行うのが良い。この脱ガス処理は真空下にて400〜600℃の温度範囲で行うのが良く、脱ガス処理により不純物ガスを除去した後低酸素分圧下での熱処理を行うことで混合層と基材との密着性向上効果も期待される。   When the amount of the binder resin composed of a resin which decomposes without residue by heating at 500 ° C. or less contained in the carbon black dispersion paint is large, the binder resin is generated when the binder resin is thermally decomposed before the heat treatment under the low oxygen partial pressure. A "degassing" heat treatment for removing the gas to be removed is preferred. This degassing treatment is preferably performed in a temperature range of 400 to 600 ° C. under vacuum, and the mixed layer and the base material are subjected to a heat treatment under a low oxygen partial pressure after removing the impurity gas by the degassing treatment. An effect of improving adhesion is also expected.

以上に説明したように、本発明に係るカーボンコートセパレータ材の製造方法によれば、塗布工程S2にて、最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度が10原子%以下である基材2の表面に、カーボンブラック5と500℃以下の加熱により残渣なく分解する樹脂からなるバインダー樹脂とを含有するカーボンブラック分散塗料を塗布する。次いで、熱処理工程S3にて、当該基材2を酸素分圧が25Pa以下である低酸素分圧下で熱処理している。そのため、図4に示すように、熱処理された基材2の表面には、基材2から外方拡散したチタン原子の一部又は全部が酸化した酸化チタン4とカーボンブラック5とが混合した混合層3が形成される。この混合層3が形成されることによって、カーボンコートセパレータ材1に高い導電性及び導電耐久性を付与することができる。また、パインダ―樹脂により基材上にカーボンブラック分散塗料を塗布した際の塗膜の耐ハンドリング性(塗膜はがれや摩耗)を向上し、その後の熱処理の際にチタン基材上に良好な混合層が形成される。従って、本製造方法によって製造されたカーボンコートセパレータ材1を用いてセパレータ(図示せず)を形成し、燃料電池(図示せず)に用いると、燃料電池のセル内部で低接触抵抗を長期間維持することができる(導電耐久性が高い)。また、基材2がチタン又はチタン合金であるので燃料電池のセル内部でチタンが溶出する恐れがなく、固体高分子膜(図示せず)の性能劣化を引き起すことが無い。   As described above, according to the method for producing a carbon-coated separator material of the present invention, in the coating step S2, the base material 2 having a carbon concentration of 10 atomic% or less at a depth of 10 nm from the outermost surface. Is coated with a carbon black-dispersed coating material containing carbon black 5 and a binder resin made of a resin that decomposes without heating when heated to 500 ° C. or lower. Next, in the heat treatment step S3, the substrate 2 is heat-treated under a low oxygen partial pressure where the oxygen partial pressure is 25 Pa or less. Therefore, as shown in FIG. 4, the surface of the heat-treated base material 2 is mixed with titanium oxide 4 in which some or all of the titanium atoms diffused outward from the base material 2 are oxidized and carbon black 5. Layer 3 is formed. By forming this mixed layer 3, high conductivity and high conductivity durability can be imparted to the carbon-coated separator material 1. In addition, it improves the handling resistance (coating peeling and abrasion) of the coating when the carbon black dispersion coating is applied to the substrate with the binder resin, and mixes well with the titanium substrate during the subsequent heat treatment. A layer is formed. Therefore, when a separator (not shown) is formed by using the carbon-coated separator material 1 manufactured by the present manufacturing method and used for a fuel cell (not shown), a low contact resistance can be maintained for a long time inside the fuel cell. Can be maintained (high conductive durability). Further, since the substrate 2 is made of titanium or a titanium alloy, there is no danger of titanium being eluted inside the cell of the fuel cell, and the performance of a solid polymer membrane (not shown) is not deteriorated.

本実施形態に係るカーボンコートセパレータ材の製造方法は以上のとおりであるが、前記したように、基材2の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度が10原子%を超えていると、熱処理工程S3で熱処理を行っても基材2からカーボンブラック5へのチタン原子の外方拡散が阻害され、前記した混合層3が形成され難くなる。従って、そのような場合には、図2に示すように、塗布工程S2の前に、炭素濃度低減処理工程S1を行う。   The method of manufacturing the carbon-coated separator material according to the present embodiment is as described above. However, as described above, when the carbon concentration at a position at a depth of 10 nm from the outermost surface of the base material 2 exceeds 10 atomic%. Even if the heat treatment is performed in the heat treatment step S3, outward diffusion of titanium atoms from the base material 2 to the carbon black 5 is hindered, and the mixed layer 3 is hardly formed. Therefore, in such a case, as shown in FIG. 2, the carbon concentration reduction processing step S1 is performed before the coating step S2.

(炭素濃度低減処理工程)
炭素濃度低減処理工程S1は、塗布工程S2の前に、基材2の表面を処理して、最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度を10原子%以下にする工程である。つまり、炭素濃度低減処理工程S1は、基材2の最表面の有機物などによる汚染領域やチタンカーバイドが形成されている領域を除去して自然酸化皮膜を形成する工程である。
(Carbon concentration reduction process)
The carbon concentration reduction treatment step S1 is a step of treating the surface of the base material 2 before the coating step S2 to reduce the carbon concentration at a position at a depth of 10 nm from the outermost surface to 10 atomic% or less. That is, the carbon concentration reduction treatment step S1 is a step of forming a natural oxide film by removing a region contaminated with organic substances and the like on the outermost surface of the base material 2 and a region where titanium carbide is formed.

基材2の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度が10原子%を超えているときに、これを10原子%以下とするには、例えば、フッ酸を含む酸性水溶液中で基材2を酸洗する酸洗処理を行うのが好ましい。また、このフッ酸を含む酸性水溶液には硝酸、硫酸、過酸化水素などがそれぞれ単独もしくは組合せで含まれていてもよい。例えば、フッ酸と硝酸の混合水溶液の場合、フッ酸の濃度は0.1〜5質量%とするのが好ましく、1質量%などとするのがより好ましい。一方、硝酸濃度は1〜20質量%とするのが好ましく、5質量%などとするのがより好ましい。また、例えば、フッ酸と過酸化水素の混合水溶液の場合、フッ酸の濃度は0.1〜5質量%とするのが好ましく、1質量%などとするのがより好ましい。一方、過酸化水素濃度は1〜20質量%とするのが好ましく、5質量%などとするのがより好ましい。
酸洗処理に用いる水溶液の組成や濃度の例を挙げたが、これらに限定されるものではない。例えば、前記したフッ酸を含む混合水溶液に替えて、前記した濃度のフッ酸水溶液を単独で用いることもできる。
When the carbon concentration at a depth of 10 nm from the outermost surface of the base material 2 exceeds 10 atomic%, the carbon concentration can be reduced to 10 atomic% or less by, for example, using an acidic aqueous solution containing hydrofluoric acid. It is preferable to perform pickling treatment for pickling 2. Further, the acidic aqueous solution containing hydrofluoric acid may contain nitric acid, sulfuric acid, hydrogen peroxide, etc., alone or in combination. For example, in the case of a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid, the concentration of hydrofluoric acid is preferably 0.1 to 5% by mass, and more preferably 1% by mass. On the other hand, the nitric acid concentration is preferably 1 to 20% by mass, and more preferably 5% by mass or the like. For example, in the case of a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide, the concentration of hydrofluoric acid is preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 1% by mass. On the other hand, the concentration of hydrogen peroxide is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 5% by mass or the like.
Examples of the composition and concentration of the aqueous solution used for the pickling treatment have been given, but the present invention is not limited thereto. For example, a hydrofluoric acid aqueous solution having the above-mentioned concentration can be used alone instead of the above-mentioned mixed aqueous solution containing hydrofluoric acid.

このように、炭素濃度低減処理工程S1を行うことで、前記した位置での炭素濃度が10原子%を超えているときであっても、当該位置での炭素濃度を確実に10原子%以下とすることができる。従って、高い導電性及び導電耐久性を備えたカーボンコートセパレータ材1を確実に製造することができる。ここで、酸洗処理によって酸洗された基材2の最表面の炭素濃度は、前記したように、例えば、9原子%であるのが好ましく、8原子%であるのが好ましい。   As described above, by performing the carbon concentration reduction processing step S1, even when the carbon concentration at the position described above exceeds 10 atomic%, the carbon concentration at the position is reliably reduced to 10 atomic% or less. can do. Therefore, it is possible to reliably manufacture the carbon-coated separator material 1 having high conductivity and conductive durability. Here, as described above, the carbon concentration of the outermost surface of the substrate 2 pickled by the pickling treatment is preferably, for example, 9 at%, and more preferably 8 at%.

酸洗処理における混合水溶液の温度は、例えば、室温とすることができるが、処理速度等を勘案し、10〜90℃の範囲で調整可能である。浸漬時間は、例えば、数分〜数十分の範囲で調整可能であり、例えば、5〜7分などとすることができる。これらの条件は、基材2の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度に応じて適宜に設定することができる。   The temperature of the mixed aqueous solution in the pickling treatment can be, for example, room temperature, but can be adjusted in the range of 10 to 90 ° C. in consideration of the treatment speed and the like. The immersion time can be adjusted within a range of, for example, several minutes to several tens of minutes, and can be, for example, 5 to 7 minutes. These conditions can be appropriately set according to the carbon concentration at a position at a depth of 10 nm from the outermost surface of the substrate 2.

なお、炭素濃度低減処理工程S1で基材2の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度を10原子%以下とする処理方法としては、前記した酸洗処理に限定されるものではなく、例えば、真空中(1.3×10−3Pa以下)で650℃以上の温度で熱処理して炭素を基材2中に拡散させることや、ショットブラストや研磨などにより炭素濃度が高い層を物理的に除去することなども適用可能である。 In addition, the processing method for reducing the carbon concentration at a position at a depth of 10 nm from the outermost surface of the base material 2 to 10 atomic% or less in the carbon concentration reduction processing step S1 is not limited to the above-described pickling treatment. For example, heat treatment is performed at a temperature of 650 ° C. or more in a vacuum (1.3 × 10 −3 Pa or less) to diffuse carbon into the base material 2, or a layer having a high carbon concentration is formed by shot blasting or polishing. It is also possible to apply the removal.

本実施形態に係るカーボンコートセパレータ材の製造方法は、以上に述べた工程以外の工程を任意に含むことができる。
例えば、炭素濃度低減処理工程S1の前に、材料を狙いの厚さに圧延してコイルに巻き取る圧延・巻き取り工程や、圧延油を除去する脱脂工程(図2において図示せず)を含んでいてもよい。
また、炭素濃度低減処理工程S1と塗布工程S2との間に基材を洗浄して乾燥する洗浄・乾燥工程(図2において図示せず)を含んでいてもよい。
塗布工程S2と熱処理工程S3との間に塗布面を乾燥する乾燥工程(図2において図示せず)を含んでいてもよい。
さらに、熱処理工程S3の後に、熱処理で生じた長さ方向の基材2の反りを矯正して、平坦化させる矯正工程(レベリング工程)(図2において図示せず)を含んでいてもよい。
なお、矯正は、テンションレベラー、ローラーレベラー、ストレッチャーなどを用いることにより行うことができる。また、熱処理工程S3又は矯正工程を終えたカーボンコートセパレータ材1を所定の寸法に裁断する裁断工程を含んでいてもよい。
これらの工程はいずれも任意の工程であり、必要に応じて行うことができる。
The method for producing a carbon-coated separator material according to the present embodiment can include any step other than the steps described above.
For example, before the carbon concentration reduction processing step S1, a rolling / winding step of rolling the material to a target thickness and winding the coil, and a degreasing step of removing rolling oil (not shown in FIG. 2) are included. You may go out.
Further, a cleaning / drying step (not shown in FIG. 2) for cleaning and drying the substrate may be included between the carbon concentration reduction processing step S1 and the coating step S2.
A drying step (not shown in FIG. 2) for drying the coated surface may be included between the coating step S2 and the heat treatment step S3.
Further, after the heat treatment step S3, a correction step (leveling step) (not shown in FIG. 2) for correcting the warpage of the base material 2 in the length direction caused by the heat treatment and flattening the same may be included.
The correction can be performed by using a tension leveler, a roller leveler, a stretcher, or the like. Further, a cutting step of cutting the carbon-coated separator material 1 having been subjected to the heat treatment step S3 or the straightening step to a predetermined size may be included.
All of these steps are optional steps and can be performed as needed.

(燃料電池セパレータの作製の一態様)
本実施形態に係る製造方法により製造したカーボンコートセパレータ材1を用いて燃料電池セパレータ(図示せず)を作製するには、製造したカーボンコートセパレータ材1に対して、ガスを流通させるガス流路及び当該ガス流路にガスを導入するガス導入口を形成させるプレス成形工程(図示せず)を行うのが好ましい。
(One Embodiment of Production of Fuel Cell Separator)
In order to produce a fuel cell separator (not shown) using the carbon-coated separator material 1 produced by the production method according to the present embodiment, a gas flow path through which a gas flows through the produced carbon-coated separator material 1 It is preferable to perform a press molding step (not shown) for forming a gas inlet for introducing a gas into the gas flow path.

プレス成形工程によるカーボンコートセパレータ材1の成形は、公知のプレス成形装置に所望の形状を形成する成形用金型(例えば、ガス流路及びガス導入口を形成する成形用金型)を取り付けてプレスすることにより行うことができる。なお、成形時に潤滑剤を使用する必要がある場合は適宜使用することができる。潤滑剤を用いてプレス成形する場合は、潤滑剤を除去するための工程をプレス成形工程後に行うのが好ましい。   The molding of the carbon-coated separator material 1 by the press molding process is performed by attaching a molding die (for example, a molding die for forming a gas flow passage and a gas inlet) to a known press molding device to form a desired shape. It can be performed by pressing. When a lubricant needs to be used during molding, it can be used as appropriate. When press-molding using a lubricant, it is preferable to perform the step for removing the lubricant after the press-forming step.

なお、カーボンコートセパレータ材1に対してプレス成形加工を行うと、表面の酸化チタン4とカーボンブラック5の混合層3が基材2の変形に追従しきれず、一部で基材2の新生面が露出することがある。この露出した部分には自然酸化皮膜が形成されるが、耐食性が不十分である場合は、プレス成形工程後に大気中で熱処理すると、露出した新生面の耐食性を強化することができる。
この大気雰囲気下での熱処理は、カーボンブラック5の燃焼が起こり難く、酸化チタン4の形成が起こるような条件で実施すればよい。そのような条件としては、例えば、200〜500℃の温度範囲における低温側(例えば、200℃以上350℃未満)であれば30〜60分、高温側(例えば、350℃以上500℃以下)であれば0.5〜5分というように適宜条件を調整して実施すればよい。
When the carbon coating separator material 1 is press-formed, the mixed layer 3 of the titanium oxide 4 and the carbon black 5 on the surface cannot completely follow the deformation of the base material 2 and the newly formed surface of the base material 2 partially May be exposed. Although a natural oxide film is formed on the exposed portion, if the corrosion resistance is insufficient, a heat treatment in the air after the press molding step can enhance the corrosion resistance of the exposed new surface.
The heat treatment in the air atmosphere may be performed under such a condition that the carbon black 5 hardly burns and the titanium oxide 4 is formed. Such conditions include, for example, a low temperature side (for example, 200 ° C. or more and less than 350 ° C.) in a temperature range of 200 to 500 ° C. for 30 to 60 minutes, and a high temperature side (for example, 350 ° C. or more and 500 ° C. or less). If so, the conditions may be appropriately adjusted such as 0.5 to 5 minutes.

(燃料電池セパレータの作製の他の態様)
本発明に係る製造方法は、ガス流路及びガス導入口が形成された燃料電池セパレータを製造する方法であってもよい。この場合、ガス流路及びガス導入口を形成させるプレス成形工程(図示せず)を前記した塗布工程S2の前に行うとよい。
具体的には、例えば、純チタン又はチタン合金を圧延し、焼鈍して基材2を作製した後、前記したプレス成形工程を行い、次いで必要に応じて炭素濃度低減処理工程S1を行い、塗布工程S2を行った後熱処理工程S3を行うのが好ましい。この場合において、プレス成形工程と炭素濃度低減処理工程S1との間に、基材2の表面に付着した油分を除去する脱脂処理を行うことができる。
また、例えば、純チタン又はチタン合金を圧延し、焼鈍して基材2を作製した後、必要に応じて炭素濃度低減処理工程S1を行い、次いで、プレス成形工程を行い、塗布工程S2を行った後、熱処理工程S3を行うのが好ましい。この場合において、プレス成形工程と塗布工程S2との間に、基材2の表面に付着した油分を除去する脱脂処理を行うことができる。
(Other Embodiment of Production of Fuel Cell Separator)
The manufacturing method according to the present invention may be a method of manufacturing a fuel cell separator in which a gas flow path and a gas inlet are formed. In this case, a press forming step (not shown) for forming a gas flow path and a gas inlet may be performed before the above-mentioned coating step S2.
Specifically, for example, after rolling and annealing pure titanium or a titanium alloy to produce the base material 2, the above-described press forming step is performed, and then, if necessary, the carbon concentration reduction processing step S1 is performed. It is preferable to perform the heat treatment step S3 after performing the step S2. In this case, between the press molding step and the carbon concentration reduction processing step S1, a degreasing treatment for removing oil adhering to the surface of the substrate 2 can be performed.
In addition, for example, after rolling and annealing pure titanium or a titanium alloy to produce the base material 2, if necessary, a carbon concentration reduction treatment step S1 is performed, then a press molding step is performed, and a coating step S2 is performed. After that, a heat treatment step S3 is preferably performed. In this case, a degreasing treatment for removing oil adhering to the surface of the base material 2 can be performed between the press molding step and the coating step S2.

次に、実施例を挙げて本発明の内容について具体的に説明する。   Next, the contents of the present invention will be specifically described with reference to examples.

(1)試験体の作製
[基材]
基材には厚さ0.1mmの純チタン(JIS H 4600に規定される1種)の冷間圧延材を用い、50×150mmのサイズに切断加工して用いた。
用いた基材は、基材の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度をXPS分析によって測定した結果、18原子%であった(最表面から深さ5〜50nmの間の平均炭素濃度も18原子%であった)ため、下記の酸洗処理を行い、さらに、以下の工程を行うことによって試験体の作製を行った。
(1) Preparation of test specimen [base material]
A cold rolled material of pure titanium (one type specified in JIS H 4600) having a thickness of 0.1 mm was used as a base material, and cut into a size of 50 × 150 mm.
As a result of measuring the carbon concentration at a position at a depth of 10 nm from the outermost surface of the substrate by XPS analysis, the used base material was 18 atom% (average carbon concentration between 5 and 50 nm deep from the outermost surface). Was 18 atomic%), so that the following pickling treatment was performed, and further, the following steps were performed to prepare a test body.

[酸洗処理]
酸洗処理液として5質量%の硝酸と、0.5質量%のフッ酸を含む混合水溶液(フッ酸を含む酸性水溶液)を調製した。そして、この混合水溶液に、前記50×150mmのサイズに切断加工した基材を5〜7分間室温にて浸漬処理して基材の最表面の炭素濃度が高い領域を除去した後、水洗及び超音波洗浄を行い、乾燥させた。
このようにして処理した基材の最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度をXPS分析によって測定した結果、5原子%以下であった(最表面から深さ5〜50nmの間の平均炭素濃度も5原子%であった)。
[Pickling treatment]
A mixed aqueous solution containing 5% by mass of nitric acid and 0.5% by mass of hydrofluoric acid (an acidic aqueous solution containing hydrofluoric acid) was prepared as a pickling treatment solution. Then, the base material cut into the size of 50 × 150 mm is immersed in the mixed aqueous solution at a room temperature for 5 to 7 minutes to remove a region having a high carbon concentration on the outermost surface of the base material, and then washed with water and super-cooled. It was sonicated and dried.
As a result of measuring the carbon concentration at a position at a depth of 10 nm from the outermost surface of the base material thus treated by XPS analysis, it was found to be 5 atom% or less (average carbon concentration of 5 to 50 nm from the outermost surface). The concentration was also 5 atomic%).

[カーボンブラック分散塗料の塗布]
市販のカーボンブラック含有塗料(東海カーボン(株)製Aqua Black−162)を用い、この塗料を蒸留水とエタノールを用いて適宜希釈した後、アクリル樹脂を添加してカーボンブラック分散塗料を調製した。アクリル樹脂の添加量により、(アクリル樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)比を0〜3.5の範囲で変化させた。そして、このカーボンブラック分散塗料を、刷毛塗りによって基材上に塗布した。尚、塗布量は、カーボンブラックとアクリル樹脂との合計固形分量で30〜40μg/cmの範囲とした。
[Application of carbon black dispersion paint]
A commercially available carbon black-containing paint (Aqua Black-162 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) was used, and the paint was appropriately diluted with distilled water and ethanol, and an acrylic resin was added to prepare a carbon black dispersion paint. The ratio (solid content of acrylic resin / solid content of carbon black) was changed in the range of 0 to 3.5 depending on the amount of the acrylic resin added. Then, the carbon black dispersion paint was applied on a substrate by brush coating. The coating amount was in the range of 30 to 40 μg / cm 2 in terms of the total solid content of carbon black and acrylic resin.

[熱処理]
カーボンブラック分散塗料を塗布後、20×50mmの試験片を切出し、この試験片を酸素分圧1.2Pa、加熱温度650〜700℃、処理時間10〜60秒にて熱処理を行って試験体を製造した。尚、本熱処理は真空熱処理炉を用いて実施し、酸素分圧の調整は真空度を調整することにより行った。
[Heat treatment]
After applying the carbon black dispersion coating, a test piece of 20 × 50 mm was cut out, and the test piece was subjected to a heat treatment at an oxygen partial pressure of 1.2 Pa, a heating temperature of 650 to 700 ° C., and a processing time of 10 to 60 seconds to obtain a test piece. Manufactured. This heat treatment was performed using a vacuum heat treatment furnace, and the adjustment of the oxygen partial pressure was performed by adjusting the degree of vacuum.

そして、このようにして作製した直後の試験体の接触抵抗値を、下記のようにして測定した。   Then, the contact resistance value of the test piece immediately after the production was measured as described below.

[接触抵抗値の測定]
各試験体について、図5に示す接触抵抗測定装置10を用いて接触抵抗を測定した。詳細には、試験体11の両面をカーボンクロス12(Fuel Cell Earth社製、CC6 Plain、厚さ26mils(約660μm))で挟み、さらにその外側を接触面積1cmの2枚の銅電極13で挟み、荷重98N(10kgf)で加圧した。そして、直流電流電源14を用いて7.4mAの電流を通電し、カーボンクロス12の間に加わる電圧を電圧計15で測定し、接触抵抗値を求めた。接触抵抗値が8mΩ・cm未満を導電性が良好(合格)と判断した。
[Measurement of contact resistance value]
The contact resistance of each specimen was measured using the contact resistance measuring device 10 shown in FIG. More specifically, both surfaces of the test body 11 are sandwiched between carbon cloths 12 (manufactured by Fuel Cell Earth, CC6 Plain, thickness 26 mils (about 660 μm)), and the outside is further sandwiched by two copper electrodes 13 having a contact area of 1 cm 2. It was pinched and pressed with a load of 98 N (10 kgf). Then, a current of 7.4 mA was applied by using the DC current power supply 14, and the voltage applied between the carbon cloths 12 was measured by the voltmeter 15 to determine the contact resistance value. When the contact resistance value was less than 8 mΩ · cm 2 , the conductivity was judged to be good (pass).

また、作製した直後の試験体について、下記により密着性を評価した。   In addition, the test piece immediately after the preparation was evaluated for adhesion as follows.

(密着性の評価)
各試験体について、基材上にカーボンブラック分散塗料を塗布した後の塗膜にセロテープを貼り付けて90°引き剥がし試験を実施し、塗膜が剥離して基材表面が露出したものを不合格とした。
(Evaluation of adhesion)
For each specimen, a cellophane tape was applied to the coating film after the carbon black dispersion coating was applied to the substrate, and a 90 ° peeling test was performed. Passed.

また、(アクリル樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)比を変えた各塗膜を形成した後、熱処理をして混合層(酸化チタン+カーボンブラック)を形成した。そして、この混合層を形成した試験体の接触抵抗値を測定した。結果を図6に、(アクリル樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)比と、接触抵抗値との関係をグラフ化して示す。図示されるように、(アクリル樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)比が大きくなるほど接触抵抗値が大きくなっており、(アクリル樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)比が2.5以下の範囲で接触抵抗値が8mΩ・cm未満となり、導電性が良好であることがわかる。 In addition, after forming each coating film in which the (acrylic resin solid content / carbon black solid content) ratio was changed, a heat treatment was performed to form a mixed layer (titanium oxide + carbon black). And the contact resistance value of the test body which formed this mixed layer was measured. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the ratio (solid content of acrylic resin / solid content of carbon black) and the contact resistance value. As shown in the figure, the contact resistance increases as the (acrylic resin solid content / carbon black solid content) ratio increases, and the (acrylic resin solid content / carbon black solid content) ratio falls within a range of 2.5 or less. The contact resistance was less than 8 mΩ · cm 2, indicating that the conductivity was good.

しかし、塗膜密着性の評価では、(アクリル樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)比が0.3未満では、塗膜が剥離して基材が露出しており、密着性が不合格であった。   However, in the evaluation of coating film adhesion, when the (acrylic resin solid content / carbon black solid content) ratio was less than 0.3, the coating film was peeled and the substrate was exposed, and the adhesion was unacceptable. Was.

このように、(アクリル樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)比が0.3〜2.5の範囲であれば、導電性と塗膜密着性とを良好に両立することができる。   As described above, when the (acrylic resin solid content / carbon black solid content) ratio is in the range of 0.3 to 2.5, both conductivity and coating film adhesion can be favorably achieved.

1 燃料電池用セパレータ材
2 基材
3 混合層
4 酸化チタン
5 カーボンブラック
S1 炭素濃度低減処理工程
S2 塗布工程
S3 熱処理工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator material for fuel cells 2 Substrate 3 Mixed layer 4 Titanium oxide 5 Carbon black S1 Carbon concentration reduction process S2 Coating process S3 Heat treatment process

Claims (3)

最表面から深さ10nmの位置での炭素濃度が10原子%以下であるチタン基材に、カーボンブラック分散塗料を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程後、酸素分圧が25Pa以下である低酸素分圧下で500〜800℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程と
を含む燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法であって、
前記塗布工程で用いる前記カーボンブラック分散塗料が、カーボンブラックと、500℃以下の加熱により残渣なく分解する樹脂からなるバインダー樹脂とを含有することを特徴とする燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法。
An application step of applying a carbon black dispersion paint to a titanium base material having a carbon concentration of 10 atomic% or less at a depth of 10 nm from the outermost surface;
A heat treatment step of performing a heat treatment at a temperature range of 500 to 800 ° C. under a low oxygen partial pressure having an oxygen partial pressure of 25 Pa or less after the applying step, a method of producing a carbon coat separator material for a fuel cell,
The method for producing a carbon-coated separator material for a fuel cell, wherein the carbon black-dispersed coating material used in the coating step contains carbon black and a binder resin composed of a resin that decomposes without heating when heated to 500 ° C. or less. .
前記バインダー樹脂が、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタンの少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法。   The method according to claim 1, wherein the binder resin is at least one of acrylic resin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl alcohol, and polyurethane. 前記カーボンブラック分散塗料における前記バインダー樹脂と前記カーボンブラックとが、固形分の質量比で、(バインダー樹脂固形分量/カーボンブラック固形分量)=0.3〜2.5であることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池用カーボンコートセパレータ材の製造方法。   The binder resin and the carbon black in the carbon black-dispersed coating material have a solid content ratio of (binder resin solid content / carbon black solid content) = 0.3 to 2.5. Item 3. The method for producing a carbon-coated separator material for a fuel cell according to Item 1 or 2.
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