KR20140094736A - Method for manufacturing corrosion resistant and conductive nano carbon coating and fuel cell bipolar plate thereby - Google Patents

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Abstract

The present invention etches an oxide film formed on the surface of a stainless steel material by plasma etching to activate the surface layer and prevent a problem of decreasing conductivity thereof. Also the present invention coats the etched surface of the oxide film with metal nitride, such as CrN or TiN, to a nanoscale thickness and then coats the metal nitride to a nanoscale thickness to form a coating layer having high conductivity and corrosion resistance with high productivity. Therefore, it is possible to mass-produce a fuel cell bipolar plate, an electrode material, and a stainless steel material with improved conductivity and corrosion resistance.

Description

스테인레스스틸을 모재로 한 내식성 및 전도성 나노 카본 코팅 방법 및 그에 따른 연료전지분리판{METHOD FOR MANUFACTURING CORROSION RESISTANT AND CONDUCTIVE NANO CARBON COATING AND FUEL CELL BIPOLAR PLATE THEREBY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a corrosion-resistant and conductive nano-carbon coating method using stainless steel as a base material, and a fuel cell separator using the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 스테인레스스틸을 모재로 하여 전도성과 내식성을 모두 구비하도록 특수 표면처리방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 나노 카본 코팅 방법에 관한 것이며, 그에 따라 제작되는 PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 분리판, 전도성 및 내식성이 우수한 전극재 등의 제조에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a special surface treatment method using stainless steel as a base material to provide both conductivity and corrosion resistance. More specifically, the present invention relates to a nanocarbon coating method, and a PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) Plate, an electrode material having excellent conductivity and corrosion resistance, and the like.

스테인레스스틸은 매우 빈번하게 사용되는 재료로서, 이들에 대한 물성의 보완 또는 특정 물성의 강화로 더욱 다양하게 적용될 수 있는 소재이다. 특히, 연료전지분리판의 모재로서 주목받고 있으며, 내식성을 좀 더 강화하면 전극재로도 사용될 수 있다. 그외 물성의 보강을 요하는 경우가 다양한 활용차원에서 요구되기도 한다. Stainless steel is a material that is used very frequently and can be applied to a wide variety of materials due to its complementary properties or specific physical properties. Particularly, it is attracting attention as a base material of a fuel cell separator and can be used as an electrode material if the corrosion resistance is further enhanced. It is also required that various properties are required for reinforcement of other properties.

연료전지는 수소와 산소가 촉매 존재하에 반응하여 물과 에너지를 생성하는 연소 반응에 근거한 친환경 신 재생 에너지원 중 하나이다. 전기에너지를 특별한 공해 물질 없이 생성할 수 있으며, 발생 되는 열을 합하면 매우 고효율을 나타내는 장점도 지닌다. Fuel cells are one of the environmentally friendly renewable energy sources based on the combustion reaction in which hydrogen and oxygen react in the presence of a catalyst to generate water and energy. Electrical energy can be generated without special pollutants, and it has the advantage of showing very high efficiency by adding heat generated.

이러한 연료전지에 필수적인 부품으로 연료전지 분리판이 있으며, 연료전지 분리판이 구비해야 하는 물성으로는, 강도, 내식성, 기체 차단성, 전도성 및 치수정밀도 등이 있다. 또한, 연료전지 자체의 실용성을 고려할 때, 연료전지 분리판은 양산에 적합한 제조공정설계를 요한다. The fuel cell separator is a necessary component for such a fuel cell. The physical properties that the fuel cell separator needs to have include strength, corrosion resistance, gas barrier property, conductivity and dimensional accuracy. Further, considering the practicality of the fuel cell itself, the fuel cell separator requires a manufacturing process design suitable for mass production.

현재, 상기와 같은 요건에 맞추어 개발되고 있는 연료전지 분리판은 카본재에 수지코팅을 하는 것과 금속재에 표면처리를 하는 것으로 두 가지 모재를 중심으로 경쟁 발전하고 있으며 대한민국등록특허제10-1000697호는 스테인레스스틸재에 플루오르(F)를 함유한 카본 코팅을 이용하는 기술을 제시하고 있으며, JP 2010-287542 A는 스테인레스스틸재에 Cr 중간층을 코팅하여 전도성을 좋게 한 후 카본 층을 코팅하는 기술을 기재한다. 이러한 기술은 또한 카본층의 두께가 0.5μm 내지 2μm의 비교적 후막으로 실제 양산에 적용하기 어렵다. At present, the fuel cell separator plate developed in accordance with the above-mentioned requirements is being developed in a competitive manner centering on the two basic materials by resin coating the carbon material and surface treatment of the metal material, and Korean Patent No. 10-1000697 Discloses a technique of using a carbon coating containing fluorine (F) in a stainless steel material and JP 2010-287542 A describes a technique of coating a carbon layer by coating a stainless steel material with a Cr intermediate layer to improve conductivity . This technique is also difficult to apply to actual mass production with a relatively thick film having a thickness of the carbon layer of 0.5 占 퐉 to 2 占 퐉.

스테인레스스틸을 모재로 할 경우, 내식성과 더불어 전도성 또한 우수하여야 하며, 이 두 가지 특성은 사실상 양립이 어려운 면이 있다. 기존에는 대개 스테인레스스틸 모재에 대하여 질화 처리로 표면 개질을 하는 것이 연구의 주류를 이루었으나, 비용면에서나 물성면에서 실용화할 만큼 만족스러운 결과를 얻지 못하고 있다. When stainless steel is used as the base material, it must be excellent in corrosion resistance as well as in conductivity, and these two characteristics are practically incompatible. In the past, surface modification of the stainless steel base material by nitriding has been the mainstream in the past, but satisfactory results have not been obtained in terms of cost and physical properties.

비용면을 무시하고 물성의 개선에만 집중하여 스테인레스스틸에 금박을 입히는 골드 코팅을 시도하기도 하나, 이 역시 상용화하기는 어렵다. While trying to ignore the cost and concentrate only on improvement of physical properties, gold coating is applied to the stainless steel, but this is also difficult to commercialize.

도 1에는 스테인레스스틸에 대한 카본 코팅의 온도에 따른 접촉저항과 부식전류 측정 결과를 보여주며, 이 두 가지 물리량이 모두 낮아야 하는 연료전지 분리판은 양자를 최적화하는 코팅온도를 선택할 필요가 있다. 또한 도 2에는 카본 코팅의 막 두께에 따른 접촉저항과 부식전류 측정 결과를 보여주며, 막 두께가 증가할수록 접촉저항과 부식전류가 낮아짐을 알 수 있다. 그러나 막 두께의 증가를 두껍게 하는 것은 생산성을 저하시켜 양산에 문제가 되므로 막 두께를 얇게 하면서도 우수한 특성을 유지하는 방안이 필요하다. FIG. 1 shows the contact resistance and corrosion current measurement results of the carbon coating on stainless steel according to the temperature. It is necessary to select the coating temperature for optimizing the both, in which the fuel cell separator plates having both physical quantities should be low. FIG. 2 shows contact resistance and corrosion current measurement results according to the thickness of the carbon coating. As the film thickness increases, the contact resistance and the corrosion current decrease. However, thickening the increase of the film thickness leads to a problem of mass production because the productivity is lowered, so it is necessary to keep the film thickness thin and maintain excellent characteristics.

한편, 스테인레스스틸의 경우, 내식성 향상을 위하여 첨가된 Cr이 산화물층으로 표면을 덮어 자연 피막을 형성하고 있어 이로 인한 코팅층의 밀착력 저하와 전도성 저하도 표면 처리에서 개선되어야 할 필요가 있다. On the other hand, in the case of stainless steel, since Cr is added to the surface of the oxide layer to form a natural coating for improving the corrosion resistance, the adhesion of the coating layer and deterioration of the conductivity must be improved in the surface treatment.

또한, 카본 코팅의 경우도 코팅 두께를 두껍게 하여 원하는 물성을 갖추게 할 경우는 양산성과 낮은 생산단가를 요하는 연료전지 분리판의 특성상 현실성이 떨어지는 문제가 있다. Also, in the case of carbon coating, when the thickness of the coating is made thick and desired physical properties are provided, there is a problem in that the reality is poor due to the characteristics of the fuel cell separator, which requires mass production and low production cost.

따라서 본 발명의 목적은 스테인레스스틸 모재에 카본 코팅을 하여 특성을 향상시키되, 내식성과 전도성의 향상은 물론, 코팅층의 밀착력을 좋게 하면서도 코팅층의 두께는 매우 얇은 나노사이즈의 박막으로 하여 생산성과 생산단가를 현실화할 수 있는 내식성 및 전도성 나노 카본 코팅 방법과 그에 따른 연료전지 분리판 등의 활용물품 및 그 제조방법을 제공하고자 함이다. Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a stainless steel base material by carbon coating a stainless steel base material, thereby improving the characteristics of the stainless steel base material and improving the corrosion resistance and conductivity, And to provide a method of manufacturing the same, and a method for manufacturing the same, which can realize a corrosion-resistant and conductive nano-carbon coating method and a fuel cell separator according to the method.

상기 목적에 따라 본 발명은 스테인레스스틸 모재 표면에 형성되어 있는 산화물 피막을 플라즈마 에칭으로 식각하여 표층을 활성화함과 동시에 전도성 저하 문제를 예방하고, 산화물 피막이 식각 된 면에 CrN, TiN과 같은 금속질화물을 나노사이즈 두께로 입히고, 여기에 카본 층을 나노사이즈 두께로 코팅하여 전도성과 내 부식성이 모두 우수한 코팅층을 높은 생산성으로 제조하였다. According to the present invention, the oxide film formed on the surface of the stainless steel base material is etched by plasma etching to activate the surface layer and prevent the problem of deterioration of conductivity, and a metal nitride such as CrN or TiN is etched on the oxide film- Coated with a nano-sized thickness, coated with a carbon layer to a thickness of nano-size, and a coating layer excellent in both conductivity and corrosion resistance was produced with high productivity.

즉, 본 발명은,That is,

스테인레스스틸 모재의 산화물 피막을 식각하는 단계;Etching the oxide coating of the stainless steel base material;

산화물 피막이 식각 된 상기 모재 표면에 금속질화물 버퍼 층을 나노사이즈 두께로 증착하는 단계;및Depositing a metal nitride buffer layer in a nano-sized thickness on the surface of the base material on which the oxide film is etched;

상기 버퍼 층 위에 전도성 카본 층을 나노사이즈 두께로 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법을 제공한다.And depositing a conductive carbon layer on the buffer layer to have a nano-sized thickness. The present invention also provides a method of manufacturing a nano-carbon coating layer having corrosion resistance and conductivity.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 스테인레스스틸 모재의 산화물 피막의 식각은 플라즈마 에칭으로 실시하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a nano-carbon coating layer having corrosion resistance and conductivity, wherein the etching of the oxide coating of the stainless steel base material is performed by plasma etching.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 금속질화물 버퍼 층의 형성은, 금속타깃과 질소 가스를 챔버에 공급하고, 메탈아크에 전압을 인가하고 모재에는 바이어스 전압을 인가하여 300 내지 500℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법을 제공한다.The metal nitride buffer layer may be formed by supplying a metal target and a nitrogen gas into a chamber, applying a voltage to the metal arc, and applying a bias voltage to the base material at 300 to 500 ° C The present invention also provides a method for producing a nano-carbon coating layer having corrosion resistance and conductivity.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 전도성 카본 층의 코팅은 이온 건에 전압을 인가하고, 모재에 바이어스 전압으로 인가하고, 온도를 200 내지 600℃로 하여 실시하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention is characterized in that, in the above, the coating of the conductive carbon layer is carried out by applying a voltage to the ion gun, applying the bias voltage to the base material, and setting the temperature to 200 to 600 ° C. The present invention also provides a method for producing a nano-carbon coating layer.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 바이어스 전압은 0 ~ -800V의 DC, AC 또는 주파수가 0.1kHz~500kHz인 펄스 전압이고, 전도성 카본 층의 두께는 1 내지 150nm로 증착하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법을 제공한다.The bias voltage may be DC, AC, or a pulse voltage having a frequency of 0.1 kHz to 500 kHz, and the thickness of the conductive carbon layer is 1 to 150 nm. A method of manufacturing a nano carbon coating layer having corrosion resistance and conductivity is provided.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 산화물 피막을 식각하는 단계; 금속질화물 버퍼 층을 증착하는 단계; 및 전도성 카본 층을 나노사이즈 두께로 증착하는 단계;는 각각 공정 챔버를 구성하여 실시되고, 각 공정 챔버를 인라인으로 배열하여 상기 단계들이 인시츄(in-situ)로 진행되는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: etching an oxide film; Depositing a metal nitride buffer layer; And depositing the conductive carbon layer in a nano-sized thickness, each of which is carried out by constructing a process chamber, wherein each process chamber is arranged in-line such that the steps proceed in-situ. A method of manufacturing a nano-carbon coating layer having conductivity is provided.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 산화물 피막을 식각하는 단계는 이온 건을 이용한 플라즈마 에칭으로 실시되고, 이온 건과 모재 표면과의 간격을 좁힐 수 있도록 이온 건의 위치를 이동식으로 구성하여 식각율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법을 제공한다.The etching of the oxide film is performed by plasma etching using an ion gun, and the position of the ion gun is moved so as to narrow the gap between the ion gun and the surface of the base material, Wherein the nano-carbon coating layer has improved corrosion resistance and conductivity.

또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,

스테인레스스틸 모재의 산화물 피막이 식각 되고 그 상태에서 금속질화물 버퍼 층이 증착되고, 다시 그 위에 전도성 카본 층이 나노사이즈 두께로 증착되어 있는 것을 특징으로 하는, 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸을 제공한다.Characterized in that the oxide coating of the stainless steel base material is etched and the metal nitride buffer layer is deposited thereon and the conductive carbon layer is again deposited thereon in a nano-sized thickness, in a stainless steel reinforced with corrosion resistance and conductivity .

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 금속질화막에는 CrN, 또는 TiN이 포함되고, 그 두께는 1 내지 20nm 두께인 것을 특징으로 하는, 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸을 제공한다.The present invention also provides a stainless steel reinforced with corrosion resistance and conductivity, wherein the metal nitride film contains CrN or TiN and the thickness thereof is 1 to 20 nm.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 전도성 카본층은 1 내지 150nm인 것을 특징으로 하는, 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸을 제공한다.The present invention also provides a stainless steel reinforced with corrosion resistance and conductivity, wherein the conductive carbon layer is 1 to 150 nm.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸은 연료전지 분리판 또는 전극재인 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that the stainless steel reinforced with corrosion resistance and conductivity as described above is a fuel cell separator or an electrode material.

또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,

이온 건을 설치하여 스테인레스스틸 모재의 산화막을 플라즈마로 식각하는 제1 챔버;A first chamber in which an ion gun is installed to etch an oxide film of a stainless steel base material with a plasma;

상기 제1 챔버에서 산화막 식각 공정을 마친 후 스테인레스스틸 모재 표면에 금속질화막을 코팅하기 위하여 메탈 아크를 설치한 제2 챔버; 및A second chamber having a metal arc for coating a metal nitride layer on the surface of the stainless steel base material after the oxide film etching process in the first chamber; And

상기 제2 챔버로에서 금속질화막 코팅이 된 스테인레스스틸 모재 표면에 전도성 카본층을 나노사이즈 두께로 코팅하기 위하여 이온 건을 설치한 제3 챔버;를 인라인으로 배열하여, 플라즈마 식각 공정과 금속질화막 코팅공정과 전도성 카본층의 코팅 공정이 일괄적으로 인시츄(in-situ)로 진행되는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조장치를 제공할 수 있다.A third chamber provided with an ion gun for coating a conductive carbon layer with a nanosize thickness on a surface of a stainless steel base material coated with a metal nitride film in the second chamber; Wherein the step of coating the conductive carbon layer and the step of coating the conductive carbon layer are carried out in-situ in a batch.

본 발명에 따르면 스테인레스스틸 모재의 산화물 자연피막을 플라즈마로 식각한 다음 코팅 처리하기 때문에 코팅 처리에 의한 전도성 향상 효과가 탁월하며, 식각된 면에 내식성 향상을 위한 CrN 또는 TiN을 나노사이즈로 코팅하고 그 위에 카본층을 다시 나노사이즈 두께로 코팅하여, 접촉저항을 낮게 유지하면서 부식전류를 크게 낮출 수 있으며, 코팅 두께가 나노사이즈로 극히 얇기 때문에 인라인 공정이 가능하게 되어 생산성 또한 매우 좋다는 장점을 지닌다. 그에 따라 양산성이 있는 연료전지분리판, 전극재, 또는 보강된 특수 스테인레스스틸재를 제공할 수 있게 된다. According to the present invention, since the natural oxide film of the stainless steel base material is etched with a plasma and then coated, the effect of improving the conductivity by coating treatment is excellent, and CrN or TiN is coated on the etched surface with nano- The carbon layer is coated again with a nano-sized thickness, and the corrosion current can be largely lowered while keeping the contact resistance low, and since the thickness of the coating is extremely thin in the nano size, the inline process is possible and the productivity is also very good. Accordingly, it is possible to provide a mass production fuel cell separator, an electrode material, or a reinforced special stainless steel material.

도 1은 카본 코팅재의 코팅 온도에 따른 접촉저항과 부식전류의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 카본 코팅재의 코팅 막 두께에 따른 접촉저항과 부식전류의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 스테인레스스틸 모재에 대한 표면처리 및 코팅층 구성을 보여주는 층상 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온 건을 이용한 카본 층 코팅에 대한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따라 모재의 플라즈마 에칭, 금속질화물층 코팅 및 나노 카본층 코팅을 인라인으로 구성한 것을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따라 코팅 공정이 완성된 시편의 접촉저항과 부식전류를 종래기술 대비로 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라 코팅 공정이 완성된 시편의 접촉저항 측정 방법을 설명하는 그림들이다.
도 8은 본 발명에 따라 모재의 산화막을 플라즈마 에칭으로 식각 하는 과정에서 이온 건과 모재 간의 간격에 따른 식각율을 나타내는 그래프이다.
1 is a graph showing changes in contact resistance and corrosion current depending on the coating temperature of the carbon coating material.
2 is a graph showing changes in contact resistance and corrosion current depending on the coating film thickness of the carbon coating material.
3 is a layered cross-sectional view showing the surface treatment and coating layer construction for a stainless steel base material according to the present invention.
4 is a schematic view of a carbon layer coating using an ion gun according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing plasma etching of a base material, a metal nitride layer coating, and a nano carbon layer coating in accordance with the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the contact resistance and the corrosion current of a specimen completed by the coating process according to the present invention in comparison with the prior art.
7 is a view illustrating a method for measuring a contact resistance of a specimen in which a coating process is completed according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the etching rate according to the distance between the ion gun and the base material in the process of etching the oxide film of the base material by the plasma etching according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은, 스테인레스스틸을 모재로 하여 내식성과 전도성을 더욱 강화할 수 있는 코팅층을 형성하여 연료전지분리판으로 사용하거나, 전극재 또는 스테인레스스틸 자체의 물성을 보강한 특수 스테인레스스틸을 제작할 수 있게 한다.The present invention makes it possible to use a stainless steel as a base material to form a coating layer capable of further strengthening corrosion resistance and conductivity and to use it as a fuel cell separator or to produce a special stainless steel reinforced with electrode material or stainless steel itself.

이를 위해, 스테인레스스틸 고유의 자연 산화피막층을 플라즈마 식각으로 제거한 다음, 그 식각 된 면에 금속질화물층을 1 내지 20nm 정도로 얇게 적층하여 스테인레스스틸의 내식성을 좀 더 강화한다. 상기 플라즈마 식각 공정으로 인하여, 스테인레스스틸의 표면에 덮여있던 산화막이 제거되어 전도성을 좀 더 향상시킬 수 있게 되는 동시에, 표면 전반은 수nm 내외의 미세한 요철이 형성되어 활성화되며 이후 코팅 공정에서 막의 증착율과 밀착력을 향상시키게 된다. To this end, the natural oxide layer of stainless steel is removed by plasma etching, and a metal nitride layer is laminated on the etched surface to a thickness of about 1 to 20 nm to further strengthen the corrosion resistance of stainless steel. Due to the plasma etching process, the oxide film covered on the surface of the stainless steel is removed to further improve the conductivity. At the same time, fine irregularities of about several nm are formed on the entire surface to be activated, Thereby enhancing adhesion.

활성화된 표면 위에 CrN, TiN과 같은 내식성이 우수한 금속질화막을 1 내지 20nm 정도로 매우 얇게 코팅함으로써 전도성 강화에 따라 약화 될 수 있는 내식성을 보강하는 것이다. 금속질화막은 산화막과 달리 전도성을 지니므로 전도성을 해하지 않고도 내식성을 향상시킬 수 있다. And a metal nitride film having excellent corrosion resistance such as CrN and TiN is coated on the activated surface very thinly on the order of 1 to 20 nm to reinforce the corrosion resistance which can be weakened by the conductivity enhancement. Since the metal nitride film has conductivity different from the oxide film, the corrosion resistance can be improved without deteriorating the conductivity.

그 다음 그 위에 1 내지 150nm의 전도성 나노 카본 코팅층(300)을 형성하여, 내식성을 유지한 상태에서 그 전도성을 더욱 강화시킨다. 전체적인 공정을 마친 후에는 도 3과 같은 층상을 이루게 된다. Then, a conductive nano carbon coating layer 300 having a thickness of 1 to 150 nm is formed thereon to further enhance the conductivity thereof while maintaining corrosion resistance. After completion of the entire process, the layer is formed as shown in FIG.

상기 식각 공정과 카본코팅공정은 플라즈마 식각 효율은 물론 고에너지 이온을 생성하여 우수한 막질과 높은 생산성(증착율)을 제공하는 이온 건을 이용하여 실시하며, 나노사이즈 두께의 얇은 막으로도 충분히 요구되는 물성을 갖는 치밀한 박막을 제작할 수 있다. The etch process and the carbon coating process are performed using ion guns that produce high energy ions as well as plasma etching efficiency and provide excellent film quality and high productivity (deposition rate). Also, the thin film of nanosize thickness Can be produced.

즉, 스테인레스스틸 모재에 내식성 및 전도성을 모두 향상시키는 나노 카본 코팅은, 이온 건을 포함한 인라인 코팅 시스템으로 구성됨으로써 양산성을 갖추게 된다(도 6 참조). 인라인 코팅 시스템을 통해, 플라즈마 식각 단계, 금속질화막 코팅 단계 및 전도성 나노 카본 코팅층(300)의 형성 단계가 모두 in-situ 공정으로 진행된다. 인라인 코팅 시스템으로 구성할 수 있는 것은 본 발명의 플라즈마 식각 공정과 카본 코팅공정이 모두 고효율의 이온 건을 이용하고 있기 때문이며, 그로 인하여 나노사이즈 두께로 충분한 물성을 나타내기 때문이다. 이는, 종래 PVD 공정을 이용하여 전도성 카본을 코팅할 경우, 막질이 치밀하지 못하고 박리위험성이 있기 때문에 500nm 내지 수 μm 수준의 후막으로 형성하여야 했고 그렇기 때문에 5시간 이상 장시간이 소요되어 인라인 시스템과 같은 양산시스템이 무의미했던 상황을 본 발명이 개선한 것이다. 특히, 연료전지분리판과 같이 제조단가를 낮추는 것이 해당 기술 상용화의 열쇠가 되는 경우 양산성이 있는 제조공정 및 시스템 개발은 기술적 경제적으로 큰 의의를 가진다고 할 수 있다. 본 발명에 사용된 이온 건은 기존 CVD 공정과 달리 높은 접합력 및 증착율을 얻을 수 있다. 경제성 및 양산성을 가질 수 있도록 코팅 두께를 대폭 낮추면서도 접합력 및 미세조직 밀도를 높이기 위해 700 eV 정도로 높은 입자 에너지를 부여할 수 있는 이온 건을 사용하였다[Andrew, S., Mike, A., Michael, K., Ken, N., Colin, Q., "Iustrial Ion Sources and Their Application for DLC Coating,"presented at the SVC 42nd Annual Technical Conference, USA, April 17-22, 1999.참조]. 기존의 PACVD 공정의 경우 입자 에너지가 2 ~ 3 eV로 낮다는 점을 고려할 때 본 발명의 이온 건에 의한 고에너지 입자생성은 공정의 효율성과 막질의 품질을 크게 향상시킨다. Robertson, J., "Diamond-like amorphous carbon," Materials Science and Engineering R 37:129-281, 2002.참조]
Namely, the nano-carbon coating which improves the corrosion resistance and the conductivity both in the stainless steel base material is constituted by an inline coating system including the ion gun, thereby achieving mass production (see FIG. 6). Through the in-line coating system, both the plasma etching step, the metal nitride film coating step and the conductive nanocarbon coating layer 300 formation step proceed in-situ. The reason why the inline coating system can be constructed is that the plasma etching process and the carbon coating process of the present invention both use a high-efficiency ion gun, thereby exhibiting sufficient physical properties with a nano-sized thickness. This is because when the conductive carbon is coated using the conventional PVD process, the film quality is not dense and there is a risk of peeling, so it is necessary to form a thick film having a thickness of 500 nm to several μm. Therefore, it takes a long time more than 5 hours, The present invention has improved the situation in which the system was not meaningful. In particular, if lowering the manufacturing cost such as the fuel cell separator is the key to the commercialization of the technology, mass production of the manufacturing process and the system can be said to have great significance in terms of technology and economy. The ion gun used in the present invention can obtain a high bonding force and a deposition rate unlike the conventional CVD process. In order to increase the bonding strength and the microstructure density, ion guns capable of imparting particle energies as high as 700 eV have been used so as to have economical efficiency and mass productivity [Andrew, S., Mike, A., Michael , K., Ken, N., Colin, Q., "Iustrial Ion Sources and Their Application for DLC Coating," presented at the SVC 42nd Annual Technical Conference, USA, April 17-22, 1999. Considering that the particle energy of the conventional PACVD process is as low as 2 to 3 eV, the generation of high energy particles by the ion gun of the present invention greatly improves the process efficiency and the quality of the film quality. Robertson, J., "Diamond-like amorphous carbon," Materials Science and Engineering R 37: 129-281,

다음은 본 발명의 일 실시예로서, 상술한 바에 따라 연료전지분리판을 제조하는 방법을 세부적인 공정 조건 제시와 함께 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a fuel cell bipolar plate according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to detailed process conditions.

먼저, 연료전지분리판의 모재로서 가공된 스테인레스스틸을 준비하여 깨끗이 세정한다. 세정은 증류수, 이소프로필 알콜 등의 약품을 이용하는 공지 기술에 따라 할 수 있다. First, the stainless steel processed as the base material of the fuel cell separator is prepared and cleaned. The cleaning can be performed according to a known technique using chemicals such as distilled water and isopropyl alcohol.

다음으로, 세정 된 모재를 챔버에 넣고, 스테인레스스틸의 표면에 형성되어 있는 크롬산화물과 같은 자연 산화막을 플라즈마 에칭으로 식각한다. 플라즈마 에칭을 위하여 이온 건을 준비하고, 여기에 Ar 등의 비활성 가스 또는 질소(N2)를 넣고 0.1 내지 5kW 전력(펄스 전력, AC 전력, 또는 DC 전력일 수 있다)을 인가하여 방전된 플라즈마를 이용하여 이온으로 모재 표면을 충격하게 하여 스테인레스스틸 표면에 자연적으로 형성되어 있던 산화막을 식각 제거하고 표면 자체를 활성화시킨다. 이때 모재 쪽에 바이어스 전압을 인가하여 이온을 끌어당김으로써 상기 식각작용을 효율적으로 할 수 있다. 모재 기판의 양면을 동시에 식각할 수 있도록 도 6에서와 같이 이온 건을 모재의 윗면과 배면 쪽에 모두 배치하고, 식각 공정의 경우, 식각율이 모재 표면과 이온 건과의 거리에 따라 도 9에 나타낸 바와 같이 변화하므로 이온 건을 모재에 가까이 이동시켜 식각하도록 이온 건을 이동식(movable)으로 구성하였다(도 6 참조). Next, the cleaned base material is put into a chamber, and a natural oxide film such as chromium oxide formed on the surface of the stainless steel is etched by plasma etching. An ion gun is prepared for plasma etching, and an inert gas such as Ar or nitrogen (N 2 ) is added thereto, and a plasma of 0.1 to 5 kW (pulse power, AC power, or DC power) Impacts the surface of the base material with ions to etch the oxide film naturally formed on the surface of the stainless steel and activate the surface itself. At this time, a bias voltage is applied to the base material to attract the ions, so that the etching effect can be efficiently performed. As shown in FIG. 6, the ion gun is disposed on both the upper surface and the rear surface of the base material so that both surfaces of the base substrate can be etched at the same time. In the etching process, the etching rate varies depending on the distance between the surface of the base material and the ion gun The ion gun is movable so as to be etched so as to move the ion gun close to the base material (see FIG. 6).

즉, 식각율 y≒300/x, 여기서 x는 이온 건과 모재 표면 간의 거리라는 관계가 도출되었으며, 본 실시 예에서 이온 건과 샘플 간 거리를 10cm에서 3cm로 줄일 경우 약 4배의 식각율 증대 효과가 있었다. That is, the relationship between the etching rate y 300 / x, where x is the distance between the ion gun and the surface of the base material is derived. In this embodiment, when the distance between the ion gun and the sample is reduced from 10 cm to 3 cm, There was an effect.

본 실시예에서 산화층 제거를 위한 플라즈마 식각공정은 250W DC 전력을 이온 건에 인가하고, -100V의 바이어스 전압을 모재에 인가하여, 약 5분간 진행하였다. 도 9는 이러한 식각 공정 실시 전과 실시 후 모재 면의 FESEM 분석 결과를 보여주며, 식각 후 표면이 평탄해진 것을 알 수 있다. 또한 식각 후 표면 조도를 측정한 결과 약 20%의 개선효과가 있음을 알 수 있었다. In this embodiment, a 250 W DC power was applied to the ion gun and a bias voltage of -100 V was applied to the base material for about 5 minutes. FIG. 9 shows FESEM analysis results of the substrate surface before and after the etching process, and the surface became flat after etching. The surface roughness after etching was 20%.

플라즈마 식각공정을 마친 후, 그로 인해 활성화된 모재 표면에 내식성을 강화하기 위하여 버퍼층을 형성한다. 즉, CrN 또는 TiN계 금속질화물층을 나노 사이즈로 입힌다. 상기 공정은 PVD, PECVD 등 일반적으로 상기 피막을 형성할 때 사용하는 공정을 이용할 수 있으며, 공정 온도를 실온 내지 500℃, 바람직하게는 300 내지 500℃, 공정 압력을 10-2 내지 10-5 torr로 유지시킨다. 본 실시예에서는 해당금속타깃과 질소 가스를 챔버에 공급하고, 메탈 아크를 이용한 PECVD로 진행하였으며, CrN 또는 TiN과 같은 금속 질화막을 1 내지 20nm 정도의 극히 얇은 막으로 입히며, 코팅 시간은 전력, 압력, 온도 등의 타 공정변수와 연관되어 다소 변동가능하나 가급 하나의 모재 당 10 내지 30초, 최대 5분을 넘지 않게 설정하는 것이 바람직하다. After the plasma etching process is completed, a buffer layer is formed on the surface of the activated base material to enhance the corrosion resistance. That is, the CrN or TiN-based metal nitride layer is coated in a nano size. The process may be a process used for forming the coating, such as PVD or PECVD, and may be performed at a temperature ranging from room temperature to 500 ° C, preferably 300 to 500 ° C, a process pressure of 10 -2 to 10 -5 torr . In this embodiment, the metal target and the nitrogen gas are supplied to the chamber and the PECVD process using a metal arc is performed. A metal nitride film such as CrN or TiN is coated with an extremely thin film of about 1 to 20 nm. , Temperature, etc., but it is preferable to set it to not more than 10 to 30 seconds and not more than 5 minutes per one base material.

본 실시예에서 금속질화막 형성을 위해, 메탈 아크(metal arc)에 인가한 전압은 DC 전압으로 10 내지 30V, 전류는 30 내지 200A로 하였고, 모재에는 0 내지 -100V의 바이어스 전압을 인가하였다. 상기 조건에서 그 이상 높은 바이어스 전압을 인가하면 스퍼터링이 일어날 수 있기 때문에 주의를 요한다. 금속질화막의 형성은 산화막을 식각한 스테인레스스틸 모재에 대해 내식성을 향상시키며, CrN이나 TiN을 형성한 경우, 그 자체로서 전도성이 있어 이후 형성할 고 전도성층과 더불어 전체적으로 물성을 좋게 한다. In this embodiment, a voltage applied to a metal arc was 10 to 30 V at a DC voltage, a current was 30 to 200 A, and a bias voltage of 0 to -100 V was applied to the base metal for forming a metal nitride film. Note that sputtering may occur if a bias voltage higher than the above is applied under the above conditions. The formation of the metal nitride film improves the corrosion resistance of the stainless steel base material from which the oxide film is etched. When CrN or TiN is formed, the metal nitride film has conductivity as a whole, thereby improving the physical properties as a whole with the high conductive layer to be formed thereafter.

다음으로, 카본 소스로서 탄화수소 계열의 가스를 공급하거나 그라파이트 타깃을 이용할 수 있으며, PVD 또는 PECVD 공정으로 전도성 카본 층을 증착한다. 본 실시예의 경우, 이온건을 이용한 방법으로 형성하였다. 0.1 내지 5kW 전력(펄스 전력, AC 전력, 또는 DC 전력일 수 있다)을 이온 건에 인가하며, 히터를 이용하여 공정 온도를 200 내지 1000℃, 바람직하게는, 300 내지 600℃로 하고, 탄화수소가스를 공급하여 공정 압력을 10-2 내지 10-5 torr로 유지시켜가며, 전도성 카본 층 두께를 1 내지 150 nm, 바람직하게는 5 내지 100 nm로 증착한다. 전도성 카본 층의 증착과정을 도 4에 모식적으로 나타내었다. 이때, 모재에는 바이어스 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 바이어스 전압은 0 ~ -800V의 (-)전압을 DC, AC 또는 펄스 주파수(0.1kHz~500kHz)로 인가할 수 있으며, 이러한 바이어스 전압은 전도성 나노카본 코팅시 금속 분리판에 축적되는 전하를 방지하고 금속분리판과 흑연상 카본의 접합력을 향상시키는 효과가 있다. Next, a hydrocarbon-based gas may be supplied as a carbon source, or a graphite target may be used, and a conductive carbon layer may be deposited by a PVD or PECVD process. In the case of this embodiment, it was formed by a method using an ion gun. The process may be performed at a temperature of 200 to 1000 캜, preferably 300 to 600 캜, by using a heater, and a hydrocarbon gas (for example, To maintain the process pressure at 10 < -2 > to 10 < -5 > torr, and the conductive carbon layer thickness is deposited to 1 to 150 nm, preferably 5 to 100 nm. The deposition process of the conductive carbon layer is schematically shown in Fig. At this time, it is preferable to apply a bias voltage to the base material. The bias voltage can be applied in DC, AC, or pulse frequency (0.1 kHz to 500 kHz) with a negative voltage of 0 to -800 V, which prevents charge accumulated in the metal separator during conductive nanocarbon coating The bonding force between the metal separator and the carbon black is improved.

이와 같은 공정을 통해, 카본 자체가 보유하고 있는 에너지, 온도조건으로부터 알 수 있듯이 외부로부터 가해지는 열 에너지, 그리고 모재에 인가되는 전기적 에너지로 인하여 카본 층은 증착과 동시에 결정화되어 in-situ로 전도성 흑연상 카본층을 형성하게 된다. 전도성을 나타내는 전도성 나노 카본코팅층(300)은 매우 얇은 나노사이즈 두께로 형성하기 때문에 공정 진행 시간이 매우 짧으며, 시간당 360개의 코팅 공정이 실시될 수 있어 양산시 장당 2$ 미만의 비용으로 연료전지분리판을 생산할 수 있다. Through this process, as seen from the energy and temperature conditions of the carbon itself, the carbon layer is crystallized at the same time as the deposition due to the heat energy applied from the outside and the electric energy applied to the base material, Thereby forming an aged carbon layer. Since the conductive nano carbon coating layer 300 exhibiting conductivity is formed in a very thin nano-sized thickness, the process time is very short, and 360 coating processes can be performed per hour, so that the fuel cell separator 300 Can be produced.

종래, 카본 층의 두께를 500nm 이상으로 하던 것에 비해 본 실시예에서는 내식성을 위한 CrN층과 전도성을 위한 카본층을 포함하여 두께를 60nm이하로 하여 전체적으로 훨씬 얇은 두께의 코팅층을 형성하여 그만큼 생산성을 향상시켰음을 알 수 있다. Conventionally, compared to the case where the thickness of the carbon layer is set to 500 nm or more, in this embodiment, a thickness of 60 nm or less including a CrN layer for corrosion resistance and a carbon layer for conductivity is formed so that a coating layer having a much thinner overall thickness is formed, .

또한 이와 같이 제조된 연료전지 분리판에 대해 접촉저항과 부식전류를 측정하였으며, 본 실시예와 대비되도록, 스테인레스스틸 모재의 자연피막을 식각하지 않고, CrN이나 TiN 버퍼층 없이 직접 전도성 카본 층을 50nm 두께로 증착한 시편을 비교예로 제작하여 접촉저항과 부식전류를 측정하였다. 그 결과 도 6에 나타낸 바와 같이 좌측의 비교예의 시편에서는 접촉저항이 13.2 mΩcm2@10kgf/cm2 이고 부식전류가 9.13 μA/cm2 이나, 본 실시예의 경우는 접촉저항이 13.7mΩcm2@10kgf/cm2 이고 부식전류가 0.42 μA/cm2 이로 접촉저항은 같은 수준으로 유지하면서도 부식 전류를 크게 낮추었음을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 연료전지분리판은 양호한 전도성과 우수한 내식성을 구비하였으며, 양산성을 만족시킬 수 있다는 것을 뜻한다. The contact resistance and the corrosion current were measured for the fuel cell separator thus fabricated. The conductive carbon layer was directly etched with a thickness of 50 nm without CrN or TiN buffer layer without etching the natural coating of the stainless steel base material, The contact resistance and the corrosion current were measured. As a result, as shown in Fig. 6, the contact resistance was 13.2 mΩcm 2 @ 10 kgf / cm 2 and the corrosion current was 9.13 μA / cm 2 in the specimen of the comparative example on the left, but the contact resistance was 13.7 mΩcm 2 @ cm 2 and the corrosion current is 0.42 μA / cm 2 , it can be seen that the contact resistance is kept at the same level and the corrosion current is greatly lowered. This means that the fuel cell separator according to the present invention has good conductivity and excellent corrosion resistance and can satisfy mass productivity.

도 7에는 본 실시예에서 제작한 연료전지분리판의 접촉저항을 측정하는 방법을 설명하고 있다. 시편 면적 cm2당 10kg의 하중을 가한 상태에서 상하부의 집전체(current collector)에 전류를 흘려주고 양단의 전압을 측정하여 분리판과 GDL(gas diffusion layer)간의 접촉저항을 구하였다. 접촉저항 측정은 분리판이 GDL의 사이에 위치한 상태에서 접촉저항을 측정한 후, GDL이 가지는 접촉저항을 따로 측정하여 두 값의 차이를 구한다. Fig. 7 illustrates a method of measuring the contact resistance of the fuel cell bipolar plate manufactured in this embodiment. Psalter A current of 10 kg per cm 2 was applied to current collectors at the upper and lower ends, and the voltage across both ends was measured to determine the contact resistance between the separator and the GDL (gas diffusion layer). The contact resistance is measured by measuring the contact resistance in the state where the separator is located between the GDLs, and then the contact resistance of the GDL is separately measured to obtain the difference between the two values.

상기 실시예에서 나노카본코팅을 적용한 연료전지 분리판 제조를 설명한 것과 거의 동일하게 내식성 전극재와 특수 스테인레스스틸을 제작할 수 있으며, 그외 다른 물품에도 적용될 수 있음은 물론이다.
It is needless to say that the corrosion-resistant electrode material and the special stainless steel can be manufactured in substantially the same manner as described above for the production of the fuel cell separator using the nano-carbon coating in the above embodiment, and other materials.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.

100: 모재
200: 금속질화물층
300: (전도성) 나노 카본층
400: 플라즈마 소스
100: base metal
200: metal nitride layer
300: (conductive) nano carbon layer
400: plasma source

Claims (12)

스테인레스스틸 모재의 산화물 피막을 식각하는 단계;
산화물 피막이 식각 된 상기 모재 표면에 금속질화물 버퍼 층을 증착하는 단계;및
상기 버퍼 층 위에 전도성 카본 층을 나노사이즈 두께로 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법.
Etching the oxide coating of the stainless steel base material;
Depositing a metal nitride buffer layer on the surface of the base material on which the oxide film is etched;
And depositing a conductive carbon layer on the buffer layer to a nano-sized thickness. The method of manufacturing a nano-carbon coating layer having corrosion resistance and conductivity according to claim 1,
제1항에 있어서, 스테인레스스틸 모재의 산화물 피막의 식각은 플라즈마 에칭으로 실시하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법.The method for manufacturing a nano carbon coating layer according to claim 1, wherein the etching of the oxide coating of the stainless steel base material is performed by plasma etching. 제1항에 있어서, 상기 금속질화물 버퍼 층의 형성은, 금속타깃과 질소 가스를 챔버에 공급하고, 메탈 아크에 전압을 인가하고 모재에는 바이어스 전압을 인가하여 인가하여 300 내지 500℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the metal nitride buffer layer is formed by supplying a metal target and nitrogen gas into a chamber, applying a voltage to the metal arc, applying a bias voltage to the base material, Wherein the nano-carbon coating layer has corrosion resistance and conductivity. 제1항에 있어서, 전도성 카본 층의 코팅은 이온 건에 전압을 인가하고, 모재에 바이어스 전압으로 인가하고, 온도를 200 내지 600℃로 하여 실시하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법.The nano carbon coating layer according to claim 1, wherein the coating of the conductive carbon layer is performed by applying a voltage to the ion gun, applying the bias voltage to the base material, and setting the temperature to 200 to 600 占 폚. ≪ / RTI > 제4항에 있어서, 상기 바이어스 전압은 0 ~ -800V의 DC, AC 또는 주파수가 0.1kHz~500kHz인 펄스 전압이고, 전도성 카본 층의 두께는 1 내지 150nm로 증착하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법.5. The method of claim 4, wherein the bias voltage is a pulse voltage of DC to AC of 0 to -800 V or a frequency of 0.1 kHz to 500 kHz, and the thickness of the conductive carbon layer is 1 to 150 nm. Wherein the nano-carbon coating layer is formed on the surface of the substrate. 제1항에 있어서, 산화물 피막을 식각하는 단계; 금속질화물 버퍼 층을 증착하는 단계; 및 전도성 카본 층을 나노사이즈 두께로 증착하는 단계;는 각각 공정 챔버를 구성하여 실시되고, 각 공정 챔버를 인라인으로 배열하여 상기 단계들이 일괄적으로 인시츄(in-situ)로 진행되는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법.The method of claim 1, further comprising: etching the oxide coating; Depositing a metal nitride buffer layer; And depositing the conductive carbon layer to a nano-sized thickness, each of which is performed by constructing a process chamber, wherein each process chamber is arranged in-line and the steps are progressed in-situ collectively Wherein the nano-carbon coating layer has a corrosion resistance and a conductivity. 제1항 또는 제6항에 있어서, 산화물 피막을 식각하는 단계는 이온 건을 이용한 플라즈마 에칭으로 실시되고, 이온 건과 모재 표면과의 간격을 좁힐 수 있도록 이온 건의 위치를 이동식으로 구성하여 식각율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조방법.7. The method of claim 1 or 6, wherein the step of etching the oxide film is performed by plasma etching using an ion gun, and the position of the ion gun is configured to be movable so as to narrow the gap between the ion gun and the surface of the base material, Wherein the nano-carbon coating layer has improved corrosion resistance and conductivity. 스테인레스스틸 모재의 산화물 피막을 식각 되고 그 상태에서 금속질화물 버퍼 층이 증착되고, 다시 그 위에 전도성 카본 층이 나노사이즈 두께로 증착되어 있는 것을 특징으로 하는, 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸.Characterized in that an oxide film of a stainless steel base material is etched and a metal nitride buffer layer is deposited thereon and a conductive carbon layer is again deposited thereon in a nano-sized thickness. 제7항에 있어서, 상기 금속질화막에는 CrN, 또는 TiN이 포함되고, 그 두께는 1 내지 20nm 두께인 것을 특징으로 하는, 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸.8. The stainless steel according to claim 7, wherein the metal nitride film contains CrN or TiN, and the thickness of the metal nitride film is 1 to 20 nm. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 전도성 카본층은 1 내지 150nm인 것을 특징으로 하는, 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸.10. The stainless steel according to claim 8 or 9, wherein the conductive carbon layer is between 1 and 150 nm in corrosion resistance and conductivity. 제10항의 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸은 연료전지 분리판 또는 전극재인 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖도록 보강된 스테인레스스틸.The stainless steel reinforced with corrosion resistance and conductivity according to claim 10, wherein the stainless steel is a fuel cell separator or an electrode material. 이온 건을 설치하여 스테인레스스틸 모재의 산화막을 플라즈마로 식각하는 제1 챔버;
상기 제1 챔버에서 산화막 식각 공정을 마친 후 스테인레스스틸 모재 표면에 금속질화막을 코팅하기 위하여 메탈 아크를 설치한 제2 챔버; 및
상기 제2 챔버로에서 금속질화막 코팅이 된 스테인레스스틸 모재 표면에 전도성 카본층을 나노사이즈 두께로 코팅하기 위하여 이온 건을 설치한 제3 챔버;를 인라인으로 배열하여, 플라즈마 식각 공정과 금속질화막 코팅공정과 전도성 카본층의 코팅 공정이 연속적으로 인시츄(in-situ)로 진행되는 것을 특징으로 하는 내식성 및 전도성을 갖는 나노 카본 코팅층의 제조장치.










A first chamber in which an ion gun is installed to etch an oxide film of a stainless steel base material with a plasma;
A second chamber having a metal arc for coating a metal nitride layer on the surface of the stainless steel base material after the oxide film etching process in the first chamber; And
A third chamber provided with an ion gun for coating a conductive carbon layer with a nanosize thickness on a surface of a stainless steel base material coated with a metal nitride film in the second chamber; And the conductive carbon layer is continuously in-situ. The apparatus for manufacturing a nano-carbon coating layer having corrosion resistance and conductivity according to claim 1,










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