UA118513C2 - Металеві смуга або лист із нанесеним покриттям на основі нітриду хрому, біполярна пластина й відповідний спосіб їх виготовлення - Google Patents

Металеві смуга або лист із нанесеним покриттям на основі нітриду хрому, біполярна пластина й відповідний спосіб їх виготовлення Download PDF

Info

Publication number
UA118513C2
UA118513C2 UAA201709234A UAA201709234A UA118513C2 UA 118513 C2 UA118513 C2 UA 118513C2 UA A201709234 A UAA201709234 A UA A201709234A UA A201709234 A UAA201709234 A UA A201709234A UA 118513 C2 UA118513 C2 UA 118513C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
coating layer
base
deposition
metal strip
chromium
Prior art date
Application number
UAA201709234A
Other languages
English (en)
Inventor
Полін Жирардон
Полин Жирардон
Себастьєн Таон
Себастьен ТАОН
Жан-Мішель Дамас
Жан-Мишель Дамас
Марі-Елен Берже
Мари-Элен Берже
Юґ Корніль
Юг КОРНИЛЬ
Олів'є Енрот
Оливье ЭНРОТ
Ален Пімар
Ален ПИМАР
Original Assignee
Аперам
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Аперам filed Critical Аперам
Publication of UA118513C2 publication Critical patent/UA118513C2/uk

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C23C14/0068—Reactive sputtering characterised by means for confinement of gases or sputtered material, e.g. screens, baffles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021—Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/028—Physical treatment to alter the texture of the substrate surface, e.g. grinding, polishing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/042—Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • C23C14/044—Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks using masks to redistribute rather than totally prevent coating, e.g. producing thickness gradient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/225—Oblique incidence of vaporised material on substrate
    • C23C14/226—Oblique incidence of vaporised material on substrate in order to form films with columnar structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/548—Controlling the composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B23/025—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H01M8/021—Alloys based on iron
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Даний винахід стосується металевих смуги (1; 1’) або листа, які складаються з основи (3), виготовленої з нержавіючої сталі, що перекривається щонайменше одним шаром (5) покриття на основі нітриду хрому. Шар покриття на основі нітриду хрому (5) є текстурованим.

Description

Даний винахід належить до металевих смуги або листа, які містять основу, виготовлену з нержавіючої сталі, яка перекривається, щонайменше, одним шаром покриття на основі нітриду хрому.
Паливні елементи із протонообмінними мембранами (РЕМЕС) включають блоки елементів, кожний з яких утворений зі збірки анод/електроліт/катод, також названою збіркою з мембранними електродами (МЕА), газодифузійного шару (50), що простирається на кожній зі сторін збірки МЕА, і біполярних пластин. Біполярні пластини скріплюють збірку компонентів блоку елемента один з одним. Крім того, вони визначають канали циркуляції текучого середовища, забезпечуючи розподіл газів, охолодження рідини й випуск води, генерованої в елементі. Вони також використовуються для знімання електричного струму, генерованого на електродах.
З огляду на істотну роль, що грається біполярними пластинами в паливному елементі, а також зростаючої важливості таких елементів у багатьох сферах, бажано розробити компактні біполярні пластини, які є недорогими у виготовленні й, крім того, демонструють тривалий термін служби під час експлуатації паливного елемента.
Тому одне завдання винаходу полягає в пропозиції біполярних пластин, які є недорогими у виготовленні й, крім того, демонструють тривалий термін служби під час експлуатації паливного елемента.
З урахуванням цього завдання винахід належить до металевих смуги або листа відповідно до представленого вище опису винаходу, де шар покриття на основі нітриду хрому є текстурованим.
Відповідно до конкретних ознак, металевим смузі або листу властиві одна або декілька з наступних ознак, розглянутих індивідуально або відповідно до кожної технічно можливої комбінації (комбінацій): - шар покриття характеризується епітаксіальним співвідношенням з основою; - шар покриття на основі нітриду хрому одержують з використанням способу фізичного осадження з газової фази, зокрема, в результаті катодного розпилення; - шар покриття на основі нітриду хрому одержують безпосередньо на основі з нержавіючої сталі без проміжного розміщення пасивного шару;
Зо - основа має товщину, яка належить до діапазону між 75 мікрометрами й 200 мікрометрами, а, зокрема, товщину, меншу або рівну у порівнянні зі 100 мікрометрами; - зерна основи мають розмір, який становить явно менше ніж 50 мікрометрів, а, зокрема, належить до діапазону між 10 мікрометрами й 30 мікрометрами; - шар покриття має стовпчасту структуру, при цьому ширина стовпців переважно належить до діапазону між 10 9б5 і 20 95 від товщини шару покриття; - шар покриття необов'язково містить кисень, причому згаданий шар покриття одержують в результаті фізичного осадження з газової фази (РМО), і він включає на своїй поверхні зону поверхні, яка характеризується рівнем вмісту атомарного кисню, явно меншим, ніж її рівень вмісту атомарного азоту; - зона поверхні має висоту, меншу або рівну 15 95 від сукупної товщини шару покриття; - шар покриття включає на міжфазній поверхні з основою зону міжфазної поверхні, яка характеризується рівнем вмісту атомарного кисню, явно меншим, ніж її рівень вмісту атомарного азоту; - зона міжфазної поверхні має висоту, меншу або рівну 15 95 від сукупної товщини шару покриття; - металеві смуга або лист складаються, починаючи з основи й переміщаючись у напрямку до поверхні шару покриття, із зони міжфазної поверхні, зони серцевини й зони поверхні, при цьому згадані зони накладаються одна на одну в напрямку, нормальному до середньої площини основи.
Винахід також належить до пластини, отриманої в результаті деформування смуги або листа відповідно до попереднього визначення винаходу.
Винахід також належить до біполярної пластини для паливного елемента, який містить, щонайменше, одну пластину відповідно до попереднього визначення винаходу.
Винахід також належить до способу виготовлення металевих смуги або листа, який включає наступні стадії: - одержання основи з нержавіючої сталі, яка має на своїй поверхні пасивний шар, отриманий в результаті природнього окиснення нержавіючої сталі основи; - повне обдирання пасивного шару, щонайменше, у певних областях основи; - осадження нітриду хрому в областях основи, у яких пасивний шар був обдертий, таким бо чином, щоб одержати шар покриття на основі нітриду хрому безпосередньо на основі з нержавіючої сталі без проміжного розміщення пасивного шару, при цьому шар покриття, отриманий таким чином, є текстурованим.
Відповідно до конкретних ознак способу: - шар покриття, отриманий таким чином, характеризується епітаксіальним співвідношенням з основою; - обдирання є фізичним обдиранням; - шар покриття на основі нітриду хрому осаджують при використанні способу фізичного осадження з газової фази, зокрема, в результаті катодного розпилення; - нітрид хрому осаджують на основу в установці для осадження, яка включає камеру для осадження й мішень із хрому, скомпоновану в камері для осадження, при цьому основа рухається через камеру для осадження в поздовжньому напрямку, де камера для осадження включає область осадження, яка має довжину, явно меншу, ніж довжина камери для осадження при розгляданні в поздовжньому напрямку, і, щонайменше, першу заборонну область, що примикає до області осадження в поздовжньому напрямку, і під час осадження нітрид хрому осаджується на основу тільки в області осадження, і нітрид хрому не осаджується на основу в першій заборонній області.
Винахід буде зрозумілішим після прочитання наступного опису винаходу, пропонованого винятково як приклад і реалізованого при звертанні до креслень, які додаються, у числі яких:
Фігура 1 є схематичним зображенням металевої смуги, відповідно до винаходу;
Фігура 2 є схематичною ілюстрацією способу виготовлення смуги з Фігури 1;
Фігура З є схематичною ілюстрацією установки для осадження;
Фігура 4 є схематичною ілюстрацією біполярної пластини, відповідно до винаходу;
Фігура 5 є зображенням, отриманим в результаті обробки зробленого при використанні просвітчастої електронної мікроскопії зображення для заготовки зі смуги з Фігури 1;
Фігура 6 є зображенням, подібним до зображення на Фігурі 5, що використовується в порядку порівняння зі смугою, яка не відповідає винаходу;
Фігура 7 є зробленим при використанні скануючої електронної мікроскопії зображенням для пластини, отриманої в результаті штампування заготовки, отриманої зі смуги з Фігури 1;
Фігура 8 є зображенням, подібним до зображення на Фігурі 7, для пластини, отриманої в результаті штампування заготовки, отриманої зі смуги, яка не відповідає винаходу;
Фігура 9 є зробленим при використанні просвітчастої електронної мікроскопії зображенням для пластини, отриманої в результаті штампування заготовки, отриманої зі смуги з Фігури 1;
Фігура 10 є зображенням, подібним до зображення на Фігурі 9 і отриманим від пластини, отриманої в результаті штампування заготовки, отриманої зі смуги, яка не відповідає винаходу;
Фігура 11 є схематичним зображенням для металевої смуги, яка відповідає ще одному варіанту здійснення винаходу;
Фігура 12 є схематичною ілюстрацією частини способу виготовлення смуги з Фігури 1;
Фігура 13 є схематичною ілюстрацією установки для осадження, яка відповідає одному першому варіанту здійснення;
Фігура 14 є схематичною ілюстрацією установки для осадження, яка не відповідає винаходу;
Фігура 15 є схематичною ілюстрацією установки для осадження, яка відповідає одному другому варіанту здійснення; і
Фігура 16 є схематичною ілюстрацією збірки для вимірювання контактного опору.
Протягом всього ходу викладення опису винаходу повинно бути зрозумілим, що вираз "входить до діапазону між а й Б", включає границіа й р.
Металева смуга 1, проілюстрована на Фігурі 1, включає основу з нержавіючої сталі З і, щонайменше, один шар покриття 5.
Говорячи більш конкретно, основа З є смугою, виготовленою з нержавіючої сталі, а, зокрема, феритної або аустенітної нержавіючої сталі. У рамках одного прикладу основу З виготовляють із нержавіючої сталі 1.4404, 1.4306, 1.4510 або 1.4509.
Основа З має товщину, яка входить до діапазону між 75 мікрометрами й 200 мікрометрами, а, зокрема, товщину, меншу або рівну у порівнянні зі 100 мікрометрами.
Основу З у формі смуги одержують при використанні будь-яких відповідних звичайних способів, наприклад, в результаті гарячої прокатки в одному або декількох проходах з наступною холодною прокаткою в одному або декількох проходах для сляба, виготовленого з бажаного сплаву, при цьому спосіб здатний включати одну або кілька термічних обробок, зокрема, для відпалювання.
Нержавіюча сталь основи З є полікристалічною. Тому вона складена з безлічі зерен. Зерна сталі, яка утворює основу 3, мають розмір, що становить явно менше ніж 50 мікрометрів, а, бо зокрема, який входить до діапазону між 10 мікрометрами й 30 мікрометрами.
Шар покриття 5 є шаром на основі нітриду хрому, що відноситься до типу СтТМ.
Як це буде видно нижче, шар на основі нітриду хрому необов'язково містить кисень у межах, які будуть зазначені нижче.
В рамках одного прикладу шар покриття на основі нітриду хрому 5 складається з СгМхОу, при цьому х входить до діапазону між 0,6 і 2, а у становить явно менше ніж 1,4, і можливих домішок, зокрема, домішок, що представляють собою результат виготовлення.
Сума х і у є такою, щоб шар покриття на основі нітриду хрому 5 мав би гранецентрованою кубічною кристалографічною структурою СтіМі. Дана кристалографічна структура для фахівців у відповідній області техніки відома.
Шар покриття 5, наприклад, має товщину, яка входить до діапазону між З нм і 150 нм.
Говорячи більш конкретно, вона є більшою або рівною 50 нм і, наприклад, перебуває в діапазоні від більшої або рівної 50 нм до меншої або рівної 100 нм.
Шар покриття 5 одержують при використанні способу фізичного осадження з газової фази.
Використання способу фізичного осадження з газової фази для осадження шару покриття на основі нітриду хрому 5 у результаті приводить до одержання характерної мікроструктури даного шару покриття. Зокрема, шар покриття 5 має стовпчасту структуру, при цьому зерна мають розмір, по суті ідентичний, якщо не порівнянний, з тим, що має місце для сталі, що становить основу 3.
Шар покриття 5 характеризується напрямком росту, нормальним до основи 3.
Використання способу фізичного осадження з газової фази в результаті приводить до одержання стовпчастої структури шару покриття 5, складеної зі стовпців, що мають ширину, яка входить до діапазону між 10 95 і 20 95 від товщини шару покриття 5. У рамках одного прикладу ширина стовпців становить приблизно 10 нанометрів.
Стовпці шару покриття 5 ростуть у напрямку росту шару покриття 5. У даному контексті довжина стовпця відноситься до розміру стовпця в напрямку, нормальному до основи 3, а ширина відноситься до розміру стовпця в площині, паралельній середній площині основи 3.
Шар покриття 5 металевої смуги 1 є текстурованим із кристалографічної точки зору. Дане текстурування в результаті приводить до втілення способу, який буде описуватися нижче.
Термін "текстурований" позначає невипадковість напрямків кристалографічного росту
Зо стовпців, що становлять шар покриття 5, але їх високий ступінь орієнтування вздовж однієї із кристалографічних осей, що визначають елементарне гніздо для СтТМ. У цьому випадку відносне орієнтування елементарних гнізд шару покриття 5 і основи З робить можливими вирівнювання кристалографічних площин двох фаз, що характеризуються близькими міжплощинними відстанями, і забезпечення безперервності даних кристалографічних площин, перпендикулярних міжфазній поверхні між основою З і шаром покриття 5.
Переважно шар покриття 5 характеризується епітаксіальним співвідношенням з основою 3.
Термін "епітаксіальний" звичайно позначає те, що зазвичай три кристалографічні осі стовпців шару покриття 5 вирівнюються з відповідними осями зерен основи 3, пов'язаної з даними стовпцями.
Як це буде видно далі, особливо кращим є шар покриття 5, який характеризується епітаксіальним співвідношенням з основою 3.
Металева смуга 1 у кращому випадку складається з основи З і одного або декількох шарів покриттів на основі нітриду хрому 5. Зокрема, шар покриття на основі нітриду хрому 5 формують безпосередньо на нержавіючій сталі основи З без проміжного розміщення проміжного шару, такого як пасивний шар або шар окиснення, який представляє собою результат природного окиснення нержавіючої сталі, що становить основу 3. Природне окиснення відноситься до окиснення на повітрі, наприклад, під час використання або зберігання основи з нержавіючої сталі 3.
Крім того, переважно металева смуга 1 не включає шарів, сформованих вище шару покриття 5, найбільш віддаленого від основи 3.
Тепер буде роз'яснений спосіб одержання металевої смуги 1, відповідний до винаходу, при звертанні до Фігури 2.
На першій стадії одержують металеву смугу 9, яка включає основу З, виготовлену з нержавіючої сталі, що перекривається на своїй поверхні пасивним шаром оксиду хрому 10, отриманим в результаті природного окиснення нержавіючої сталі, що становить основу 3. Такий пасивний шар оксиду хрому утворюється на поверхні нержавіючої сталі відразу після входження останньої в контакт із повітрям. Він становить основу нержавіючої природи нержавіючої сталі.
Пасивний шар 10 може традиційно включати крім оксиду хрому й як неосновний компонент оксиди інших хімічних елементів, що присутні у сталі, яка утворює основу 3.
На другій стадії пасивний шар 10 повністю обдирають, щонайменше, у певних областях металевої смуги 9 таким чином, щоб у даних областях не залишалося б яких-небудь залишків пасивного шару 10.
Переважно під час другої стадії пасивний шар 10 обдирають по всій поверхні основи 3, призначеної для нанесення покриття у вигляді шару покриття 5.
Обдирання здійснюють при використанні способу фізичного обдирання. Краще обдирання є іонним обдиранням, здійснюваним в результаті бомбардування початкової металевої смуги при використанні нейтрального газу. Нейтральний газ, який використовується, наприклад, є аргоном. В альтернативному варіанті він може бути будь-яким іншим підходящим для використання нейтральним газом.
Такий спосіб іонного обдирання відомий і не буде описуватися далі більш докладно.
Наприкінці даного обдирання одержують основу 3, що містить атоми металу нержавіючої сталі на своїй поверхні в областях, у яких проводили обдирання.
Під час третьої стадії здійснюють фізичне осадження з газової фази (РМО)) при використанні установки для фізичного осадження з газової фази 14 з метою осадження нітриду хрому на основу З в областях, у яких був обдертий пасивний шар 10.
Зазвичай установка для фізичного осадження з газової фази 14, продемонстрована на
Фігурі 3, включає камеру для осадження 20, здатну перебувати під вакуумом, і мішень 22.
Мішень 22 виготовляють із хрому.
Основа З проходить через камеру 20 у напрямку руху, нижче в даному документі названому поздовжнім напрямком. Протягом всього ходу викладення опису винаходу терміни "вище по ходу технологічного потоку" і "нижче по ходу технологічного потоку" використовують при згадуванні руху основи З через камеру 20.
Камера 20 включає на кожному зі своїх поздовжніх кінців прохідний отвір 25 для основи 3.
Отвори 25 у кращому випадку герметизують.
У проілюстрованому прикладі камера 20 включає джерело інертного газу 24. Даний інертний газ є, наприклад, аргоном.
Спосіб РМО, який використовується, у кращому випадку є способом катодного розпилення. У цьому випадку мішень 22 називається "мішенню катодного розпилення". Камера 20 включає
Зо засоби надання різниці потенціалів між мішенню 22 і основою З таким чином, щоб мішень 22 формувала б катод установки для осадження 14, а основа З формувала б анод установки для осадження 14.
Осадження шару покриття 5 на основу З здійснюють в результаті бомбардування мішені 22 при використанні інертного газу із джерела інертного газу 24 в атмосфері, що також містить азот.
Говорячи більш конкретно, і як це проілюстровано на Фігурі 3, під час стадії осадження основа З у формі смуги рухається через камеру 20.
Між мішенню 22 і основою З створюють належну різницю потенціалів.
Інертний газ, який проектується у формі плазми на мішень 22, видобуває з неї атоми хрому, які згодом конденсують на основі З таким чином, щоб сформувати шар покриття на основі нітриду хрому 5, при цьому хром поєднується з азотом, присутнім у камері 20.
Осадження здійснюють на основу З за температури навколишнього середовища, наприклад, що становить приблизно 202С.
Під час даної стадії осадження витрату азоту, що нагнітається в камеру 20, підлаштовують із метою одержання бажаної стехіометрії за азотом в шарі покриття на основі нітриду хрому 5.
Стабільність стехіометрії при осадженні забезпечують в результаті аналізу оптичного спектра, що випускається плазмою під час осадження покриття при використанні способу РМО. Дійсно, аналіз даного спектра уможливлює одержання висновку про відносні концентрації хрому й азоту, присутніх у плазмі.
Конкретні витрати використаного азоту залежно від стехіометрії варіюються залежно від установки, яка використовується для способу РУЮ. Однак, фахівці у відповідній області техніки при використанні наявних у них загальнодоступних знань і при використанні обмеженої кількості каліброваних випробувань, які зв'язують оптичний спектр, що випускається плазмою, і результати вимірювання стехіометрії в шарах покриттів, отриманих для різних витрат азоту, здатні визначити необхідну для використання витрату азоту в заданій установці на підставі бажаної стехіометрії в шарі покриття 5.
Таким чином, шар покриття на основі нітриду хрому 5 одержують безпосередньо на основі з нержавіючої сталі З без проміжного розміщення пасивного шару. Шар покриття 5, отриманий наприкінці даної стадії, є текстурованим. Говорячи більш конкретно, він характеризується 60 епітаксіальним співвідношенням з основою 3.
Таким чином, наприкінці третьої стадії одержують металеву смугу 1, відповідну до винаходу.
Винахід також належить до біполярної пластини 11, отриманої з металевої смуги 1. Така біполярна пластина 11 продемонстрована на фігурі 4.
Як це продемонстровано на Фігурі 4, біполярна пластина 11 включає дві пластини 13, скріплені одна з одною, зокрема, в результаті зварювання. Говорячи більш конкретно, пластини 13 після їхнього скріплення визначають розподіл текучого середовища й канали випуску.
Кожну пластину 13 одержують із металевої смуги 1, відповідно до винаходу. Говорячи більш конкретно, її одержують в результаті деформування, зокрема, холодного, заготовки, вирізаної з металевої смуги 1.
Таким чином, кожна пластина 13 включає основу з нержавіючої сталі З з нанесеним покриттям у вигляді, щонайменше, одного шару покриття на основі нітриду хрому 5 відповідно до попереднього опису винаходу у зв'язку з металевою смугою 1.
Кінцевий профіль пластин 13 у кращому випадку одержують в результаті холодного штампування заготовки, вирізаної з металевої смуги 1.
Винахід також належить до способу виготовлення біполярної пластини 11 з металевої смуги 1, який включає: - одержання пластини 13, яка включає основу з нержавіючої сталі З з нанесеним покриттям в вигляді, щонайменше, одного шару покриття на основі нітриду хрому 5 відповідно до попереднього опису винаходу; і - скріплення даної пластини 13 з іншою пластиною, а у кращому випадку з іншою подібною пластиною 13 таким чином, щоб одержати біполярну пластину 11.
Стадія одержання пластини 13 включає: - різання металевої смуги 1 для одержання, щонайменше, однієї заготовки; і - деформування даної заготовки, зокрема, у результаті штампування, для одержання пластини 13.
Відповідно до попереднього роз'яснення винаходу деформування у кращому випадку є холодним деформуванням, а, зокрема, холодним штампуванням.
Скріплення двох пластин однієї з одною для одержання біполярної пластини 11 здійснюють при використанні будь-якого відповідного способу, а, зокрема, в результаті зварювання.
Зо Винахідники даного винаходу провели наступні експерименти.
Вони втілили на металевій смузі 9 відповідно до попереднього визначення винаходу спосіб виготовлення металевої смуги 1, як це продемонстровано на Фігурі 1, і, таким чином, одержали металеву смугу 1.
Після цього з даної металевої смуги 1 вони вирізали заготовки. Вони одержали зображення для даних заготовок при використанні просвітчастої електронної мікроскопії (ТЕМ) і проаналізували в такий спосіб отримані зображення при використанні відомих методик аналізу зображень із метою перевірки існування епітаксіального співвідношення між основою З і шаром покриття 5.
Говорячи більш конкретно, вони розрахували перетворення Фур'є для зображень, отриманих при використанні методу ТЕМ, при цьому перетворення Фур'є уможливлюють дослідження частотних розподілів для зображень, отриманих при використанні методу ТЕМ. У зображеннях, підданих перетворенням Фур'є, винахідники вибрали частоти, відповідні до кристалографічних площин основи З і шару покриття 5, для яких спостерігається близька орієнтація в просторі частот. Після цього вони одержали кінцеві зображення в результаті зворотного перетворення Фур'є, відфільтрованого від обраних частот.
Один приклад зображення, отриманого після аналізу, продемонстровано на фігурі 5. На даній Фігурі діагональні лінії зображують атомні площини. Безперервність ліній при проходженні міжфазної поверхні між основою З і шаром покриття 5 демонструє наявність епітаксіального співвідношення для шару покриття 5 з основою 3.
Винахідники провели такі аналізи для металевих смуг 1, отриманих при використанні різних витрат азоту під час стадії осадження шару покриття 5. Відповідно до їхніх спостережень існує епітаксіальне співвідношення між основою З і шаром покриття 5 незалежно від витрати використаного азоту.
Для порівняння винахідники провели експерименти з металевими смугами, отриманими при використанні способу, відмінного від способу, відповідного до винаходу, тільки тим, що під час другої стадії пасивний шар 10 не був повністю обдертий в областях основи З з нанесеним покриттям у вигляді шару покриття 5. Таким чином, даний пасивний шар 10 залишається в областях з нанесеним потім покриттям у вигляді шару покриття на основі нітриду хрому 5 і розміщається в проміжному положенні між шаром покриття 5 і основою 3.
Фігура 6 демонструє один приклад зображення, отриманого після аналізу зробленого при використанні методу ТЕМ зображення для такої смуги, яка не відповідає винаходу, при використанні роз'ясненого вище методу аналізу. Як це можна бачити в цьому випадку, відсутня безперервність атомних площин на міжфазній поверхні між основою З і шаром покриття 5. На даному зображенні біла область між основою З і шаром покриття 5 відповідає пасивному шару 10.
Таким чином, згідно зі спостереженнями винахідників епітаксіальне співвідношення між шаром покриття 5 і основою З не одержать у випадку необдирання пасивного шару 10 або його неповного обдирання до нанесення покриття в областях основи 3, призначених для перекривання шаром покриття 5.
Після цього винахідники деформували, у результаті штампування, заготовки, отримані в результаті різання металевої смуги 1, відповідно до винаходу, з метою одержання пластин 13.
Фігура 7 є зробленим при використанні скануючої електронної мікроскопії зображенням для пластини 13, отриманої в такий спосіб. На даному зображенні не спостерігається відлипання між шаром покриття 5 і основою 3, що виходить в результаті штампування. Таким чином, шар покриття 5 характеризується задовільним зчепленням на основі 3. У той же час гарне зчеплення шару покриття 5 є особливо бажаним під час використання смуги 1 у біполярній пластині.
Дійсно, це уможливлює гарантовану наявність у біполярної пластини гарних електротехнічних властивостей, зокрема, електропровідності, і дозволяє уникати отруєння електроліту.
Фігура 8 є зробленим при використанні скануючої електронної мікроскопії зображенням для пластини, отриманої в результаті штампування заготовок, виготовлених у результаті вирізання з описаної вище смуги, яка не відповідає винаходу. На даному зображенні спостерігається відлипання шару покриття 5. Таким чином, зчеплення шару покриття 5 у цьому випадку є недостатнім для витримування деформування в результаті штампування заготовки.
Як це необхідно відзначити, у контексті винаходу деформування в результаті штампування заготовки, отриманої з даної металевої смуги 1 для виготовлення пластини 13, може в результаті приводити до одержання пластини 13, що включає небезперервний шар покриття 5.
Дійсно, внаслідок різних механічних властивостей основи З і шару покриття 5 штампування в результаті приводить до одержання набагато більш високого відносного подовження основи З
Зо стосовно шару покриття 5. Внаслідок гарного зчеплення між основою З і шаром покриття 5, відповідним до винаходу, дане різне відносне подовження в результаті приводить до одержання мікротріщин 26 у шарі покриття 5 основи З і тому до одержання небезперервного шару покриття на пластині 13. Дані мікротріщини 26, зокрема, утворюються між двома стовпцями шару покриття 5, які дотичні. У даних мікротріщинах 26 в результаті природного окиснення нержавіючої сталі основи З природно повторно утворюється пасивний шар, якими рясніють дані області.
Згідно зі спостереженнями винахідників навіть у присутності мікротріщин 26 не відбувається якої-небудь втрати покриття під час штампування заготовок, отриманих зі смуг 1, відповідних до винаходу.
Крім того, завдяки гарному зчепленню між шаром покриття 5 і основою З шар покриття 5 не відлипає від основи З під час штампування, і на пластині 13 спостерігається дуже гарне зчеплення між небезперервним шаром покриття 5 і основою 3.
Фігура 9, яка є отриманим при використанні просвітчастої електронної мікроскопії зображенням для пластини 13, відповідної до винаходу, ілюструє дані спостереження.
Винахідники виміряли електропровідність такого небезперервного шару, і відповідно до їхніх спостережень електротехнічні експлуатаційні характеристики залишалися задовільними незважаючи на присутність мікротріщин 26. Пасивний шар, який повторно утворюється після штампування між стовпцями шару покриття 5, які дотичні, не виявляє пагубного впливу на електропровідність і охороняє нержавіючу сталь основи З в областях, які ним рясніють.
Фігура 10 є зробленим при використанні скануючої електронної мікроскопії зображенням для пластини, отриманої в результаті штампування з описаної вище смуги, яка не відповідає винаходу. Як це можна бачити в цьому випадку, шар покриття 5 відлипнув від основи З і зісковзнув одним шматком у відповідь на відносне подовження основи З під впливом штампування. Тому в такий спосіб отриманій пластині шар покриття 5 більше вже не зчіплюється з основою 3. У той же час прагнуть уникнути такого відлипання, яке впливає на електропровідність біполярної пластини й створює ризик стимулювання отруєння електроліту паливного елемента.
Металева смуга 1, відповідно до винаходу, є особливо придатною для використання при виготовленні біполярних пластин, які характеризуються тривалим терміном служби при 60 зниженій виробничій собівартості. (с;
Дійсно, нержавіюча сталь є недорогим матеріалом, який, крім того, має переважні властивості для використання як біполярної пластини. Зокрема, вона має чудові механічні властивості. Вона також може бути піддана штампуванню, зварюванню, є непроникною для газів і характеризується високою електропровідністю по своїй товщині, а також гарною теплопровідністю.
Однак, у випадку використання в біполярних пластинах паливних елементів основи з оголеної нержавіючої сталі дані біполярні пластини будуть мати недостатні електротехнічні властивості. Текстурований шар покриття на основі нітриду хрому, відповідно до винаходу, надає біполярній пластині гарні характеристики електропровідності, що, зокрема, є результатом чудової адгезії шару покриття до основи 3.
Відповідно до однієї альтернативи винахід відноситься до металевих листа або заготовки, отриманої в результаті різання металевої смуги 1.
Металевий лист, відповідно до винаходу, також може бути отриманий при використанні способу, подібного до раніше описаного способу одержання смуги 1, але починаючи з металевого листа під час першої стадії способу, а не зі смуги.
Такий лист має властивості, ідентичні властивостям смуги 1.
Тепер буде описана металева смуга 1" що відповідає ще одному варіанту здійснення винаходу, у світлі Фігури 11. Дана смуга 1" демонструє всі характеристики смуги 1, а, зокрема, її характеристики текстурування, але, крім того, демонструє й специфічні характеристики, описані нижче.
Як це проілюстровано на Фігурі 11, шар покриття 5' смуги 1" складений із трьох, що накладаються одна на одну зон у напрямку шару покриття 5", тобто, у напрямку, нормальному до середньої площини основи 3". Кожна зона простирається по всій поверхні шару покриття 5' при розгляді паралельно середньої площини основи 3. Переважно кожна зона має по суті постійну товщину.
Говорячи більш конкретно, шар покриття 5 складається, починаючи з основи 3 і переміщаючись у напрямку до поверхні шару покриття 5, у напрямку, нормальному до середньої площини основи 3", із зони міжфазної поверхні 6, зони серцевини 7 і зони поверхні 8.
Місце розташування зони поверхні 8 шару покриття 5' перебуває на поверхні шару покриття
Коо) 5.
Зона поверхні 8 характеризується рівнем вмісту атомарного кисню, явно меншим, ніж її рівень вмісту атомарного азоту. Як це вважається, відмінність між співвідношенням між рівнем вмісту атомарного кисню й рівнем вмісту атомарного хрому й співвідношенням між рівнем вмісту атомарного азоту й рівнем вмісту атомарного хрому в зоні поверхні 8 переважно є більшим або рівним 0,1.
Зона поверхні 8 має склад, який відноситься до типу: СтМхи Су, при цьому у! є явно меншим, ніж х1, причому залишок складається з можливих домішок, зокрема, домішок, що виходять в результаті виготовлення. Дані домішки не включають кисень. Відмінність між х1 і у! переважно є, щонайменше, рівною 0,1.
Коефіцієнт х1! відповідає співвідношенню між рівнем вмісту атомарного азоту й рівнем вмісту атомарного хрому в зоні поверхні 8. Коефіцієнт у! відповідає співвідношенню між рівнем вмісту атомарного кисню й рівнем вмісту атомарного хрому в зоні поверхні 8.
Сума коефіцієнтів х1 і уї є такою, щоб зона поверхні 8 мала б гранецентровану кубічну кристалографічну структуру Ст Мі. х1 у кращому випадку входить до діапазону між 0,6 і 2.
Незалежно від значення хі! уї у кращому випадку є меншим або рівним 1,4, одночасно будучи явно меншим, ніж хі! і одночасно будучи таким, щоб зона поверхні 8 зберігала б кристалографічну структуру Ст Мі.
Зокрема, зона поверхні 8 простирається, щонайменше, на 5 95 від товщини шару покриття 5. Вона простирається, якнайбільше, на приблизно 15 95 від товщини шару покриття 5".
У зоні поверхні 8 не утворюється якого-небудь шару окиснення, який представляв би собою результат окиснення шару покриття 5'.
Місце розташування зони міжфазної поверхні 6 шару покриття 5' перебуває на міжфазній поверхні з основою 3". Вона перебуває в безпосередньому контакті зі сталлю, що становить основу 3". Вона утворює частину шару покриття 5", найбільш близьку до основи 3.
У кращому випадку зона міжфазної поверхні 6 характеризується рівнем вмісту атомарного кисню, явно меншим, ніж її рівень вмісту атомарного азоту. Відмінність між співвідношенням між рівнем вмісту атомарного кисню й рівнем вмісту атомарного хрому й співвідношенням між рівнем вмісту атомарного азоту й рівнем вмісту атомарного хрому в зоні міжфазної поверхні 6 60 переважно є більшим або рівним 0,1.
Зона міжфазної поверхні 6 має склад, який відноситься до типу: СтМхеФдуг, при цьому у2 є явно меншим, ніж х2, причому залишок складається з можливих, зокрема, домішок, що виходять в результаті виготовлення. Дані домішки не включають кисень. Відмінність між хг і у2 переважно є, щонайменше, рівною 0,1.
Коефіцієнт х2 відповідає співвідношенню між рівнем вмісту атомарного азоту й рівнем вмісту атомарного хрому в зоні міжфазної поверхні 6. Коефіцієнт у2 відповідає співвідношенню між рівнем вмісту атомарного кисню й рівнем вмісту атомарного хрому в зоні міжфазної поверхні 6.
Сума коефіцієнтів х2 і у2 є такою, щоб зона міжфазної поверхні 6 мала б гранецентровану кубічну кристалографічну структуру СтіМі. х2 у кращому випадку входить до діапазону між 0,6 і 2.
Незалежно від значення х2 у2 у кращому випадку є меншим або рівним 1,4, одночасно будучи явно меншим, ніж х1 і одночасно будучи таким, щоб зона міжфазної поверхні 6 зберігала б кристалографічну структуру СтіМі.
Зокрема, зона міжфазної поверхні 6 простирається, щонайменше, на 1 9о від товщини шару покриття 5". Вона простирається, якнайбільше, на приблизно 15 95 від товщини шару покриття 5. Говорячи більш конкретно, вона простирається, якнайбільше, на приблизно 10 95 від товщини шару покриття 5".
Зона серцевини 7 шару покриття 5 утворює серцевину шару покриття 5. Вона простирається в напрямку, нормальному до середньої площини основи 3", між зоною міжфазної поверхні 6 ії зоною поверхні 8. Вона становить основну частину товщини шару покриття 5". У кращому випадку вона простирається, щонайменше, на 70 95 від товщини шару покриття 5".
Зокрема, зона серцевини 7 характеризується рівнем вмісту атомарного кисню, який становить явно менш ніж одну третину від її рівня вмісту атомарного азоту. Інакше кажучи, вона має склад, який відноситься до типу: СтМхзОуз, при цьому уЗ є явно меншим, ніж х3/3, причому залишок складається з можливих домішок, зокрема, домішок, що виходять у результаті виготовлення. Дані домішки не включають кисень.
Коефіцієнт х3 відповідає співвідношенню між рівнем вмісту атомарного азоту й рівнем вмісту атомарного хрому в зоні серцевини 7. Коефіцієнт уЗ відповідає співвідношенню між
Зо рівнем вмісту атомарного кисню й рівнем вмісту атомарного хрому в зоні серцевини 7.
Сума коефіцієнтів х3 і уз є такою, щоб зона серцевини 7 мала б гранецентровану кубічну кристалографічну структуру Ст Мі. х3 у кращому випадку входить до діапазону між 0,6 і 2.
Незалежно від значення х3 уз у кращому випадку є меншим або рівним 1,4, одночасно будучи явно меншим, ніж х3/3 і одночасно будучи таким, щоб зона серцевини 7 зберігала б кристалографічну структуру Ст Мі.
Шар покриття 5, що включає зону поверхні 8 відповідно до представленого вище визначення винаходу, у якій рівень вмісту атомарного кисню є явно меншим, ніж рівень вмісту атомарного азоту, є особливо кращим для використання в якості біполярної пластини в паливних елементах. Дійсно, як це відзначили винахідники, у випадку рівня вмісту атомарного кисню в зоні поверхні 8, явно меншого, ніж рівень вмісту атомарного азоту, контактний опір на міжфазній поверхні (ІСК), обмірюваний між листом, вирізаним з такої смуги, і газодифузійним шаром з позначенням 501. Сгоир геїегепсе 34ВС, буде становити менш ніж 10 мОм.см: при 100
Н.см--.
Навпаки, як це відзначили винахідники, у випадку рівня вмісту атомарного кисню в зоні поверхні 8, більшого або рівного у порівнянні з її рівнем вмісту атомарного азоту, будуть обмірювані набагато більші контактні опори, рівні, щонайменше, 100 мОм.см- при 100 Н.см--, що не є повністю задовільним для використання як біполярної пластини в паливному елементі.
Крім того, як це відзначили винахідники, у випадку демонстрації шаром покриття 5' у його зоні міжфазної поверхні 6 рівня вмісту атомарного кисню, явно меншого, ніж її рівень вмісту атомарного азоту, шар покриття 5' буде характеризуватися кращим зчепленням з основою 3' у порівнянні із шаром покриття, для якого дана умова не задовольняється. Дана властивість є особливо кращою при використанні смуги 1 для виготовлення біполярних пластин для паливних елементів. Дійсно, недостатнє зчеплення шар в покриття 5' на основі 3' збільшує ризики його відлипання під час профілювання, зокрема, у результаті штампування, при цьому такі ризики відлипання погіршують характеристики електропровідності біполярної пластини.
Частина способу виготовлення металевої смуги 1", що включає шар покриття 5", схематично проілюстровано на Фігурі 12.
Перші дві стадії способу (одержання металевої смуги, яка включає основу 3' і пасивний шар, бо і обдирання пасивного шару) ідентичні стадіям, описаним раніше при звертанні до металевої смуги 1. На Фігурі 12 дані стадії не продемонстровані, при цьому проілюстрована тільки третя стадія.
Третя стадія відрізняється від третьої стадії способу, описаного раніше, тільки характеристиками, згаданими нижче.
Відповідно до даного варіанта здійснення й, як це проілюстровано на Фігурі 13, камера для осадження 20 включає область осадження 30 і першу так звану "заборонну" область 32, що примикає до області осадження 30 у поздовжньому напрямку. Заборонну область визначають як область камери 20, що перебуває на шляху основи 3", у якій небажано виготовляти покриття із хрому.
Довжина області осадження 30 є явно меншою, ніж довжина камери для осадження 20.
Говорячи більш конкретно, область осадження 30 має довжину, явно меншу, ніж довжина області камери 20, у якій хром би осаджувався на основу 3' за відсутності заборонної області 32.
Тому область осадження 30 і першу заборонну область 32 визначають таким чином, щоб під час осадження нітрид хрому осаджувався б на основу 3' тільки в області осадження 30, і осадження нітриду хрому на основу 3' було б відвернене в першій заборонній області 32.
Перша заборонна область 32 розташовується по ходу технологічного потоку нижче мішені 22 на шляху основи 3.
Область осадження 30 і першу заборонну область 32 конфігурують таким чином, щоб у всій частині області осадження 30, розташованої по ходу технологічного потоку нижче мішені 22 на шляху основи 3", швидкість осадження атомів хрому на основу 3' була б більшою або рівною у порівнянні з попередньо визначеною граничною швидкістю. Перша заборонна область 32 відповідає області, у якій атоми хрому з мішені 22 осаджувалися б на основу 3' за швидкості, явно меншої, ніж гранична швидкість, у випадку наявності в них свободи осадження по своїй природній траєкторії.
Дійсно, як це відзначили винахідники, рівень вмісту кисню в покритті локально є явно більшим, ніж раніше описаний бажаний рівень вмісту в зонах покриття, отриманих в результаті осадження атомів хрому за швидкості, явно меншої, ніж попередньо визначена гранична швидкість.
Зо Попередньо визначена гранична швидкість дорівнює процентній частці від максимальної швидкості осадження атомів хрому на основу 3". Швидкість осадження є максимальною напроти мішені 22. Вона зменшується при віддаленні від мішені 22 у поздовжньому напрямку на шляху основи 3".
Значення попередньо визначеної граничної швидкості фахівці у відповідній області техніки одержують експериментально в заданій установці для осадження при використанні обмеженої кількості експериментів. Вона відповідає мінімальній швидкості осадження атомів хрому на основу 3 по ходу технологічного потоку нижче мішені 22, при якій згідно з вимірюванням контактний опір для отриманого шару покриття становить менш ніж 10 мОм.см:? при 100 Н.см--.
В рамках одного прикладу у випадку апаратури, яка використовується винахідниками даного винаходу, гранична швидкість буде рівною приблизно 1095 від максимальної швидкості осадження.
З метою осадження нітриду хрому на основу 3' тільки в області осадження 30 друга стадія включає розміщення в камері для осадження 20, щонайменше, одного перекриття, розташованого нижче по ходу технологічного потоку, 28, при цьому згадане перекриття, розташоване нижче по ходу технологічного потоку, 28 призначене для запобігання проектування атомів хрому на основу 3' з мішені 22 за межами області осадження 30.
Перекриття 28 запобігає проектуванню атомів хрому на основу 3 у першій заборонній області 32, у якій швидкість осадження атомів хрому на основу 3 була б явно меншою, ніж задане граничне значення. Перекриття, розташоване нижче по ходу технологічного потоку, 28 розміщається на траєкторії атомів хрому, які за відсутності перекриття, розташованого нижче по ходу технологічного потоку, 28 осаджувалися б на основі 3' по ходу технологічного потоку нижче мішені 22 на шляху основи 3' за швидкості осадження, явно меншої, ніж попередньо визначена гранична швидкість, і, таким чином, запобігає осадженню даних атомів на основу 3".
Перекриття 28 компонують між мішенню 22 і основою 3". Перекриття 28 компонують на віддалі від розташованої нижче по ходу технологічного потоку стінки 21 камери 20. По ходу технологічного потоку нижче перекриття 28 простирається перша заборонна область 32.
У рамках одного прикладу перекриття 28 утворює пластина, непроникна для атомів хрому, які надходять із мішені 22. Його компонують по суті нормально до основи 3", яка рухається через камеру 20.
Як це відкрили винахідники, визначення в камері для осадження 20 такої області осадження 30, асоційованої з першою заборонною областю 32, уможливлює одержання на основі 3' шару покриття 5", яке включає зону поверхні 8 відповідно до попереднього визначення винаходу, яка характеризується рівнем вмісту атомарного кисню, явно меншим, ніж її рівень вмісту атомарного азоту.
Як це необхідно відзначити, будь-яка кількість кисню, яка може бути присутньою у шарі покриття 5, є результатом наявності неминучих недосконалостей герметизації камери 20 і десорбування зі стінок камери 20 або навіть із основи 3".
Відповідно до одного альтернативного варіанту здійснення розташовану нижче по ходу технологічного потоку границю області осадження 30 визначають у результаті вимірювання профілю рівня вмісту атомарного кисню в шарі покриття на основі нітриду хрому, отриманого в камері для осадження без визначення заборонної області, і одержання висновку виходячи із цього про область камери 20, у якій область поверхні шару покриття характеризується рівнем вмісту атомарного кисню, явно меншим, ніж її рівень вмісту атомарного азоту.
Таким чином, одержують шар покриття 5, яке включає зону поверхні 8 відповідно до представленого вище визначення винаходу, у якій рівень вмісту атомарного кисню є явно меншим, ніж рівень вмісту атомарного азоту.
Місце розташування області осадження, отриманої відповідно до даної альтернативи, є по суті ідентичним місцю розташування, визначеному при використанні швидкостей осадження.
Фігура 14 ілюструє камеру, яка не є частиною винаходу внаслідок відсутності заборонної області, але яка ілюструє необхідність одержання таких областей. На даній фігурі продемонстрована крива 31, отримана винахідниками, що демонструє еволюцію рівня вмісту атомарного кисню в шарі покриття на основі нітриду хрому, отриманому в такій камері. На даній кривій можна бачити, що рівень вмісту атомарного кисню в даному шарі покриття, осадженому в умовах, ідентичних умовам, відповідним до винаходу, але за відсутності заборонних областей, є мінімальним у частинах шару покриття 5", осадженого напроти мішені 22. Даний рівень вмісту атомарного кисню збільшується в частинах шару покриття 5, осадженого в напрямку до розташованого вище по ходу технологічного потоку й розташованого нижче по ходу технологічного потоку кінцям камери 20 у напрямку руху основи 3, одночасно будучи максимальним поблизу від даних кінців.
Необов'язково друга стадія способу до осадження шару покриття 5, крім того, включає зведення до мінімуму швидкості дегазування камери 20 з метою по можливості найбільшого зведення до мінімуму кількості залишкових газів у камері 20. Дане зведення до мінімуму, зокрема, здійснюють в результаті відкачування залишкових газів з камери 20.
Визначення мінімального й максимального рівня присутності кисню в атмосфері камери 20 може бути здійснене експериментально на підставі локального втілення умов винаходу. "Швидкість дегазування" відноситься до витрат усіх газів, які десорбуються із усіх поверхонь камери 20, і які додаються до контрольованої витрати азоту. Дане дегазування діє як перешкод або хімічне забруднення відносно способу РМО, здійснюваного в камері для осадження 20.
Шар покриття 5' у кращому випадку створюють в одному прогоні для нанесення покриття, тобто, при одному проході в камері для осадження 20.
Наприкінці стадії осадження одержують металеву смугу 1", яка містить шар покриття 5", що включає зону поверхні 8 відповідно до представленого вище визначення винаходу.
Спосіб виготовлення, що відповідає одному другому варіанту здійснення, відрізняється від описаного вище способу тільки тим, що, як це продемонстровано на Фігурі 15, область осадження 30' обмежується не тільки по ходу технологічного потоку нижче мішені 22 відповідно до представленого вище опису винаходу, але також і по ходу технологічного потоку вище мішені 22 на шляху основи 3'. У даному варіанті здійснення область осадження 30' визначають таким чином, щоб швидкість осадження атомів хрому на основу 3' була б більшою або рівною у порівнянні з описаною раніше попередньо визначеною граничною швидкістю у всій області осадження 30.
У даному варіанті здійснення камера 20 тоді включає другу заборонну область 33, що примикає до області осадження 30' по ходу технологічного потоку вище мішені 22 на шляху основи 3. Перша заборонна область 32 і друга заборонна область 33 обрамляють область осадження 30 у поздовжньому напрямку. Перша заборонна область 32 і друга заборонна область 33 є областями, у яких атоми хрому були б осаджені на основу 3' за швидкості, явно меншої, ніж попередньо визначена гранична швидкість, у випадку наявності в них свободи осадження по своїй природній траєкторії.
З метою осадження нітриду хрому на основу 3' тільки в області осадження 30 друга стадія бо включає розміщення в камері осадження 20, щонайменше, одного перекриття, розташованого нижче по ходу технологічного потоку, 28 відповідно до попереднього визначення винаходу й перекриття, розташованого вище по ходу технологічного потоку, 29.
Перекриття, розташоване нижче по ходу технологічного потоку, 28 і перекриття, розташоване вище по ходу технологічного потоку, 29 конфігурують для запобігання проектування атомів хрому на основу 3' з мішені 22 за межами області осадження 30", тобто, в областях камери 20, у яких швидкість осадження атомів хрому на основу 3' є явно меншою, ніж задане граничне значення. Вони компонуються на траєкторії атомів хрому, які за відсутності перекриттів 28, 29 осаджувалися б, відповідно, на основу 3' у першій заборонній області 32 або в другій заборонній області 33, і запобігають осадженню атомів хрому в даних областях 32, 33.
Перекриття, розташоване нижче по ходу технологічного потоку, 28 і перекриття, розташоване вище по ходу технологічного потоку, 29 компонують на будь-якій стороні мішені 22 у напрямку руху основи 3.
У проілюстрованому прикладі перекриття 28, 29 розміщають еквідистантно від мішені 22, а область осадження 30' центрується на мішені 22. В даному прикладі область осадження З30' простирається напроти мішені 22 на центральній ділянці камери 20.
В рамках одного прикладу перекриття, розташоване вище технологічного потоку, 29 формують із пластини, непроникної для атомів хрому, що надходять із мішені 22. Його компонують по суті нормально до основи 3", що рухається через камеру 20.
Перекриття, розташоване вище по ходу технологічного потоку, 29 компонують на віддалі від розташованої вище по ходу технологічного потоку стінки 23 камери 20.
В рамках одного прикладу в установці, яка використовується винахідниками, перекриття 28, 29 рознесені одне від одного на 90 см.
Згідно зі спостереженнями винахідників даного винаходу визначення області осадження 30! по ходу технологічного потоку вище мішені 22, зокрема, при використанні перекриття, розташованого вище по ходу технологічного потоку, 29, уможливлює одержання шару покриття 5, яке характеризується у своїй зоні міжфазної поверхні 6 рівнем вмісту атомарного кисню, явно меншим, ніж її рівень вмісту атомарного азоту. Відповідно до попереднього роз'яснення винаходу такий шар покриття 5' характеризується кращим зчепленням з основою 3' у порівнянні із шаром, для якого дана умова не задовольняється.
Таким чином, у випадку визначення області осадження 30' по ходу технологічного потоку вище й по ходу технологічного потоку нижче мішені 22 зазначеним вище чином наприкінці стадії осадження будуть одержувати шар покриття 5", що включає на своїй поверхні зону поверхні 8 відповідно до попереднього визначення винаходу й на міжфазній поверхні між основою 3 і шаром покриття 5' зону міжфазної поверхні 6 відповідно до попереднього визначення винаходу.
Крім того, шар покриття 5' між зоною міжфазної поверхні 6 і зоною поверхні 8 включає зону серцевини 7 відповідно до попереднього визначення винаходу.
Відповідно до однієї альтернативи другого варіанта здійснення розташовану вище по ходу технологічного потоку й розташовану нижче по ходу технологічного потоку границі області осадження 30' визначають в результаті вимірювання профілю рівня вмісту атомарного кисню в шарі покриття на основі нітриду хрому, отриманому на основі в умовах, ідентичних умовам, відповідним до винаходу, але без визначення заборонних зон камери, і одержання висновку виходячи із цього про область камери 20, у якій область поверхні й зона міжфазної поверхні такого шару покриття характеризуються рівнем вмісту атомарного кисню, явно меншим, ніж їхній рівень вмісту атомарного азоту.
Місце розташування області осадження 30", отриманої відповідно до даної альтернативи, є по суті ідентичним місцю розташування, визначеному при використанні швидкостей осадження.
Наприкінці стадії осадження одержують металеву смугу 1", відповідно до винаходу.
Пластини 13, а також біполярна пластина 11, що включає покриття 5", можуть бути отримані при використанні способу, ідентичного способу, описаному раніше для металевої смуги 1, але в застосуванні для металевої смуги 1".
Відповідно до попереднього роз'яснення винаходу металева смуга 1", відповідно до винаходу, є особливо добре придатною для використання при виготовленні таких біполярних пластин 11.
Винахідники, зокрема, для трьох різних зразків металевих смуг, що включають шар покриття на основі нітриду хрому, виміряли контактний опір (СК) між зразком і газодифузійним шаром паливного елемента, що використовує збірна, продемонстрован на Фігурі 16.
Зразки 1 і 2 є зразками смуг 1", отриманих відповідно до другого варіанту здійснення описаного вище способу в результаті катодного розпилення в камері для осадження 20, яка включає перекриття, розташоване вище по ходу технологічного потоку, 29 і перекриття,
розташоване нижче по ходу технологічного потоку, 28. Зразок З має своїм походженням смугу, яка не відповідає винаходу.
Як це проілюстровано на Фігурі 16, контактний опір вимірюють в результаті захоплювання збірки, утвореної при використанні еталонного газодифузійного шару 32 і листа, отриманого в результаті вирізання зі смуги, яку піддають випробуванню, між двома мідними пластинами 34, після цього подачі до даної збірки електричного струму при відомій силі струму І.
Газодифузійним шаром 32, який використовуються винахідниками, є шар геГегепсе 34ВС, представлений на ринку компанією ЗОЇ. Сгоимр.
Після цього вимірюють різницю потенціалів між дифузійним шаром 32 і поверхнею листа й одержують висновок виходячи із цього про контактний опір між листом і дифузійним шаром 32.
Даний метод вимірювання контактного опору для біполярної пластини паливного елемента є традиційним і добре відомим для фахівців у відповідній області техніки.
Винахідники також експериментально визначили склад зони поверхні 8 шару покриття.
Представлена нижче таблиця 1 відтворює результати даних експериментів.
Таблиця 1
Контактні опори, виміряні для зразків, підданих випробуванню 17117011 08 11111148 77721 09 1 08 1 щЩщК( 9 Щ 5/ г ни и ПС Я: В ПО ТЕ ПОН С ПО
Як це можна бачити в даній таблиці, для покриттів, які включають зони поверхні, у яких рівень вмісту атомарного кисню відповідно до винаходу є явно меншим, ніж рівень вмісту атомарного азоту в зоні поверхні, (зразки 1 і 2) одержують значення контактного опору, що становлять менше ніж 10 мОм.см2 при 100 Н.см--. Навпаки, у випадку зразка 3, у якого рівень вмісту атомарного кисню є більшим або рівним у порівнянні з рівнем вмісту атомарного азоту в зоні поверхні покриття, і який тому не є зразком, який відповідає винаходу, контактний опір буде становити більш ніж 100 мОм.см? при 100 Н.см- 2. Тому це становить набагато більш, ніж 10 мОм.см: при 100 Н.см--.
Винахідники також виміряли для зразків від 1 до З склад зони міжфазної поверхні 6 і зони серцевини 7. Результати даних вимірів відтворюються в представленій нижче таблиці 2.
Таблиця 2
Виміряні склади для зон серцевини й зон міжфазної поверхні шарів покриттів 21111711 09 юю ющ | щ щщоєє | 13 | 04 " 77817771 08 юю 1. 08 | щ077 2 щ | 04
Як це також виявили винахідники даного винаходу відповідно до попереднього роз'яснення
Зо винаходу, кращим є конкретний склад зони міжфазної поверхні б шару покриття 5", відповідного до винаходу. Дійсно, згідно зі спостереженнями винахідників зовнішній вигляд шару покриття 5' буде особливо гарним у випадку рівня вмісту атомарного кисню в зоні міжфазної поверхні 6, явно меншого, ніж її рівень вмісту атомарного азоту. Таким чином, зводиться до мінімуму ризик відлипання шару покриття 5' від основи 3' під час деформування заготовки, отриманої зі смуги 1, для формування пластин 13, наприклад, в результаті штампування. Вживають зусилля для уникнення такого відлипання, оскільки воно створює ризик погіршення цілісності біполярної пластини 11 або шкоди її електропровідності та в результаті може привести до отруєння електроліту.
Одержання кращого рівня вмісту атомарного кисню в зоні поверхні 8 є результатом присутності першої заборонної області 32, тобто, обмеження осадження нітриду хрому по ходу технологічного потоку нижче мішені 22 у способі виготовлення металевої смуги 1", що відповідає першому й другому варіантам здійснення.
Одержання кращого рівня вмісту атомарного кисню в зоні міжфазної поверхні б є результатом присутності другої заборонної області 33, тобто, обмеження осадження нітриду хрому по ходу технологічного потоку вище мішені 22 у способі виготовлення металевої смуги 1", який відповідає другому варіанту здійснення.
Зокрема, як це продемонстрували результати вимірювання, осадження нітриду хрому, здійснене на основу з нержавіючої сталі в камері для осадження 20, що перебуває під вакуумом, і для якої звели до мінімуму швидкість дегазування до осадження, але при одночасному забезпеченні осадження нітриду хрому за його природною траєкторією за відсутності обмеження області осадження, наприклад, при використанні перекриттів, в результаті приводить до одержання шару покриття, що характеризується рівнями вмісту атомарного кисню, в значній мірі виходять за межі описаних вище діапазонів, зокрема, у зоні міжфазної поверхні й зоні поверхні шару покриття. У цьому випадку винахідники одержали шар покриття, який характеризується контактним опором (ІСК), який становить більш, ніж 100 мОм.см: при 100 Н.см-2, і, крім того, який демонструє менше зчеплення у порівнянні з тим, що має місце у випадку обмеження області осадження по ходу технологічного потоку вище катода для осадження.
Таким чином, просте зведення до мінімуму присутності кисню в камері для осадження 20 при використанні традиційних методик не уможливлює одержання шару покриття 5' відповідно до попереднього опису винаходу.
Відповідно до однієї альтернативи винахід належить до металевих листа або заготовки, отриманого в результаті різання металевої смуги 1".
Металевий лист, відповідно до винаходу, також може бути отриманий при використанні способу, подібного раніше описаному способу одержання смуги 1, але починаючи з основи 3' у формі листа, а не основи 3' у формі смуги. Такий лист має властивості, ідентичні властивостям смуги 1".
Винахід був описаний для шару покриття 5, 5", отриманого на лицьовій поверхні основи 3, 3".
В альтернативному варіанті, металева смуга 1, 1", а також пластини 13 і біполярні пластини 11, виготовлені з даної смуги 1, 1", можуть включати шар покриття 5, 5", що відноситься до раніше визначеного типу, на кожній зі своїх лицьових поверхонь.
Такий шар покриття на обох лицьових поверхнях основи 3, 3 може бути отриманий в одному проході або в декількох проходах, наприклад, у двох проходах, у камері для осадження
Коо) 20.

Claims (19)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Металеві смуга (1; 1 або лист, які містять основу (3; 3), виготовлену з нержавіючої сталі та покриту щонайменше одним шаром покриття на основі нітриду хрому (5; 5), які відрізняються тим, що шар покриття на основі нітриду хрому (5; 5) є кристалографічно текстурованим, та металеві смуга (1; 1) або лист складаються з основи (3; 3) та щонайменше одного шару покриття на основі нітриду хрому (5; 5").
2. Металеві смуга (1; 1 або лист за п. 1, в яких шар покриття (5; 5) має епітаксійне з'єднання з основою (3; 3").
3. Металеві смуга (1; 1 або лист за п. 1 або 2, в яких шар покриття на основі нітриду хрому (5; 5) отриманий при використанні способу фізичного осадження з газової фази, зокрема в результаті катодного розпилення.
4. Металеві смуга (1; 1) або лист за будь-яким з пп. 1-3, в яких шар покриття на основі нітриду хрому (5; 5) отриманий безпосередньо на основі з нержавіючої сталі (3; 3) без проміжного розміщення пасивного шару (10).
5. Металеві смуга (1; 1) або лист за будь-яким з пп. 1-4, в яких основа (3; 3) має товщину 75- 200 мкм, зокрема товщину, меншу або рівну 100 мкм.
6. Металеві смуга (1; 1 або лист за будь-яким з пп. 1-5, в яких зерна основи (3; 3) мають розмір, що становить менше 50 мкм, зокрема що становить 10-30 мкм.
7. Металеві смуга (1; 1) або лист за будь-яким з пп. 1-6, в яких шар покриття (5; 5) має стовпчасту структуру, при цьому ширина стовпців переважно становить 10-20 95 від товщини шару покриття (5; 5).
8. Металеві смуга (1; 1 або лист за будь-яким з пп. 1-7, в яких шар покриття (5) необов'язково містить кисень, причому згаданий шар покриття (5) отриманий в результаті фізичного осадження з газової фази (РМО), що характеризується тим, що шар покриття (5) має на своїй поверхні зону поверхні (8), яка має рівень вмісту атомарного кисню менший, ніж рівень вмісту атомарного азоту.
9. Металеві смуга (1; 1") або лист за п. 8, в яких зона поверхні (8) має висоту, меншу або рівну бо 15 95 від загальної товщини шару покриття (5).
10. Металеві смуга (1) або лист за пп. 8 або 9, в яких шар покриття (5) містить на міжфазній поверхні з основою (3) зону міжфазної поверхні (б), яка має рівень вмісту атомарного кисню менший, ніж рівень вмісту атомарного азоту.
11. Металеві смуга (1) або лист за п. 10, в яких зона міжфазної поверхні (б) має висоту, меншу або рівну 15 95 від загальної товщини шару покриття (5; 5).
12. Металеві смуга (1 або лист за будь-яким з пп. 8-11, у комбінації з п. 10, які складаються, починаючи з основи (3) і переміщаючись у напрямку до поверхні шару покриття (5), із зони міжфазної поверхні (6), зони серцевини (7) і зони поверхні (8), при цьому згадані зони (6, 7, 8) накладені одна на одну в напрямку, нормальному до середньої площини основи (3).
13. Пластина (13), отримана в результаті деформації смуги (1; 1) або листа за будь-яким з пп. 1-12.
14. Біполярна пластина (11) для паливного елемента, яка включає в себе щонайменше одну пластину (13) за п. 13.
15. Спосіб виготовлення металевих смуги (1; 1) або листа за будь-яким з пп. 1-12, який включає наступні стадії: одержання основи з нержавіючої сталі (3; 3), яка має на своїй поверхні пасивний шар (10), отриманий в результаті природного окиснення нержавіючої сталі основи (3; 37); повне обдирання пасивного шару (10) у щонайменше деяких областях основи (3; 3); осадження нітриду хрому в областях основи (3; 3), в яких пасивний шар (10) був обдертий, таким чином, щоб одержати шар покриття на основі нітриду хрому (5; 5) безпосередньо на основі з нержавіючої сталі (3; 3) без проміжного розміщення пасивного шару (10), при цьому отриманий шар покриття (5; 5) є текстурованим.
16. Спосіб за п. 15, в якому отриманий шар покриття (5; 5") епітаксійно з'єднаний з основою (3;
З).
17. Спосіб за пп. 15 або 16, в якому обдирання є фізичним обдиранням.
18. Спосіб за будь-яким з пп. 15-17, в якому шар покриття на основі нітриду хрому (5; 5) осаджують при використанні способу фізичного осадження з газової фази, зокрема в результаті катодного розпилення.
19. Спосіб за п. 18, в якому нітрид хрому осаджують на основу (3) в установці для осадження, Зо яка включає камеру для осадження (20) і мішень із хрому (22), розташовану в камері для осадження (20), при цьому основу (3) переміщають через камеру для осадження (20) у поздовжньому напрямку, при цьому камера для осадження (20) містить область осадження (30; 30), що має довжину, меншу, ніж довжина камери для осадження (20) у поздовжньому напрямку, і щонайменше першу заборонну область (32), що примикає до області осадження (30; 30) у поздовжньому напрямку, при цьому під час осадження нітрид хрому осаджують на основу (3) тільки в області осадження (30; 307, і нітрид хрому не осаджують на основу (3) у першій заборонній області (32). Б 3 ,
Фіг. 1
Ю - у | й р ро і и НЕ
Фіг. 2 24 Е в Й
А. сс. к що а НИ и
Фіг. З " сонна Й В ук З т
Фіг. 4 а а НН в А й о й ее . ва ОНИ м не у ОТ и в: ще ех ви не я еле о ан на АННИ и дня тт етно : З й
Фіг. 5 пу ва уе і о х - ХМ, Ах. а нина ща нин 5 Го) 3 ,
Фіг. 6 ,
Фіг. 7 с до них ЕЯ н чия Меч: ож Коло утух ЕС й й : теля пн ТЗ Же о фр Ен: раї ; Оуен х ч
Фіг. 8 М ж ПУ ее о ос намисті ден новних й А кі в о. АНЕНЕ О еп СсЗ БКЕ кспсн не ювтя, іди чвосс одооб ик скан, новел. І ОО Мн и и в ви о ново КЕ ше с о с я й ПРЕ по он я Ге ЕЕ ; яв ші ми "
Фіг. 9 но вв пес ин кн НО и тра ювн о ов ин ок той ї ДМ Ер и в о и й нд ВЕН и мн я я - сн не ня годі па пк у и М КИ шо им щи о ни в й шш НЯ ше Бе о х 5 СИ п - : Екс Ск ЗВ ! Ду «Зх, . й Як пл, сзхо 2 В .
Фіг. 10 Си " х 8 7 Ттнстістну / х - Шо Зк М ще 6 7 М 3 -
Фіг. 11 з7 І / і 3
Фіг. 12 в я й що М, іа и і: Ї х і Ше і, и 95 4 ут ПО; / - реа ян а 3 І код
Фіг. 13 В а шо М, в | г х ! й міну ї ! 25 8 чи ий нн ЕТ
Фіг. 14 в 22 й їі Ї ГИ ще Яка - 5 ло р - 5 :
Фіг. 15 й ЕД ках У вом ва і НИ ОДИН ПМ ММ КІ т осно ення
Фіг. 16
UAA201709234A 2015-03-20 2015-03-20 Металеві смуга або лист із нанесеним покриттям на основі нітриду хрому, біполярна пластина й відповідний спосіб їх виготовлення UA118513C2 (uk)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2015/052062 WO2016151358A1 (fr) 2015-03-20 2015-03-20 Bande ou feuille métallique présentant un revêtement à base de nitrure de chrome, plaque bipolaire et procédé de fabrication associé

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA118513C2 true UA118513C2 (uk) 2019-01-25

Family

ID=52829249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201709234A UA118513C2 (uk) 2015-03-20 2015-03-20 Металеві смуга або лист із нанесеним покриттям на основі нітриду хрому, біполярна пластина й відповідний спосіб їх виготовлення

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20180047998A1 (uk)
EP (1) EP3271493B1 (uk)
JP (1) JP6662897B2 (uk)
KR (1) KR102336207B1 (uk)
CN (1) CN107406961A (uk)
BR (1) BR112017019895A2 (uk)
CA (1) CA2979099A1 (uk)
MX (1) MX2017012154A (uk)
RU (1) RU2698243C2 (uk)
UA (1) UA118513C2 (uk)
WO (1) WO2016151358A1 (uk)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016106679A1 (de) * 2016-04-12 2017-10-12 Thyssenkrupp Ag Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten Stahlprodukts
EP3589485B1 (de) 2017-03-03 2022-08-17 ThyssenKrupp Steel Europe AG Verbundwerkstoff für ein stator- und rotorpaket
EP3707769A1 (fr) 2017-11-06 2020-09-16 Aperam Plaque bipolaire pour l'assemblage des éléments d'une unité de pile à combustible et son procédé de fabrication, unité de pile à combustible la comportant et pile à combustible comportant cette unité
KR20200111242A (ko) 2018-01-29 2020-09-28 아뻬랑 연료 전지 단위 요소용 양극판, 상기 양극판의 제조 방법, 이를 포함하는 연료 전지 단위, 및 상기 단위를 포함하는 연료 전지
CN111933965A (zh) * 2020-07-24 2020-11-13 苏州敦胜新能源科技有限公司 一种高温燃料电池双极板抗氧化镀层
CN112952130B (zh) * 2021-03-12 2023-08-29 大连交通大学 一种表面具有铬氮化物功能涂层的金属双极板及其制备方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5709938A (en) * 1991-11-29 1998-01-20 Ppg Industries, Inc. Cathode targets of silicon and transition metal
JP3498077B2 (ja) * 2001-10-10 2004-02-16 日本金属工業株式会社 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータ
DE10248962B4 (de) * 2002-10-21 2007-10-25 THEVA DüNNSCHICHTTECHNIK GMBH Verfahren zur Herstellung einer Hochtemperatur-Supraleiterschicht
US7247403B2 (en) * 2004-04-21 2007-07-24 Ut-Battelle, Llc Surface modified stainless steels for PEM fuel cell bipolar plates
US8387228B2 (en) * 2004-06-10 2013-03-05 Ati Properties, Inc. Clad alloy substrates and method for making same
FR2890785A1 (fr) * 2005-09-15 2007-03-16 Batscap Sa Dispositif de stockage d'energie electrique comprenant une couche barriere de protection du collecteur
US7934765B2 (en) * 2006-09-08 2011-05-03 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Top for a convertible
WO2008059791A1 (en) * 2006-11-14 2008-05-22 Kabushiki Kaisha Riken Chromium nitride coating film by ion plating, process for producing the same, and piston ring for internal combustion engine
CN101092688A (zh) * 2007-05-28 2007-12-26 大连理工大学 质子交换膜燃料电池不锈钢双极板离子镀膜改性方法
KR100791274B1 (ko) * 2007-06-20 2008-01-04 현대하이스코 주식회사 금속층/금속질화물층과 금속산질화물층을 포함하는 연료전지용 스테인리스
JP5560533B2 (ja) * 2008-03-27 2014-07-30 Ｊｆｅスチール株式会社 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池
JP2010001565A (ja) * 2008-05-20 2010-01-07 Canon Anelva Corp スパッタリング装置、それを用いた太陽電池及び画像表示装置の製造方法
KR101000697B1 (ko) * 2008-07-17 2010-12-10 현대자동차주식회사 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면층 형성 방법
JP5391855B2 (ja) * 2009-06-15 2014-01-15 日産自動車株式会社 導電部材、その製造方法、並びにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池
JP5604525B2 (ja) * 2010-10-06 2014-10-08 株式会社アルバック 真空処理装置
KR101273936B1 (ko) * 2011-08-12 2013-06-11 한국과학기술연구원 내산화성 페라이트계 스테인리스강, 그 제조 방법 및 이를 사용한 연료 전지 접속자
CN102958311A (zh) * 2011-08-25 2013-03-06 深圳富泰宏精密工业有限公司 装饰性外壳及其制作方法
GB201203219D0 (en) * 2012-02-24 2012-04-11 Teer Coatings Ltd Coating with conductive and corrosion resistance characteristics
CN102931421B (zh) * 2012-11-06 2015-01-28 上海交通大学 带有导电耐腐蚀镀层的燃料电池金属双极板及其制备方法
KR101446411B1 (ko) * 2013-01-22 2014-10-07 (주)제이 앤 엘 테크 스테인레스스틸을 모재로 한 내식성 및 전도성 나노 카본 코팅 방법 및 그에 따른 연료전지분리판

Also Published As

Publication number Publication date
RU2698243C2 (ru) 2019-08-23
EP3271493B1 (fr) 2021-03-03
JP2018514647A (ja) 2018-06-07
KR102336207B1 (ko) 2021-12-08
BR112017019895A2 (pt) 2018-06-05
CN107406961A (zh) 2017-11-28
WO2016151358A1 (fr) 2016-09-29
KR20170129763A (ko) 2017-11-27
EP3271493A1 (fr) 2018-01-24
RU2017132486A (ru) 2019-03-18
RU2017132486A3 (uk) 2019-03-18
MX2017012154A (es) 2018-02-09
US20180047998A1 (en) 2018-02-15
JP6662897B2 (ja) 2020-03-11
CA2979099A1 (fr) 2016-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA118513C2 (uk) Металеві смуга або лист із нанесеним покриттям на основі нітриду хрому, біполярна пластина й відповідний спосіб їх виготовлення
US20220336192A1 (en) Metal component and manufacturing method thereof and process chamber having the metal component
US20080254231A1 (en) Method of forming protection layer on contour of workpiece
RU2695851C2 (ru) Металлическая полоса, биполярная пластина и соответствующий способ изготовления
FI3427323T3 (fi) Polttokenno
CN102792446A (zh) 用于制造碳化硅半导体器件的方法
CN104756257A (zh) 薄膜晶体管
Feng et al. Effect of microstructure of TiN film on properties as bipolar plate coatings in polymer electrolyte membrane fuel cell prepared by inductively coupled plasma assisted magnetron sputtering
CN104619891B (zh) 铝阳极氧化皮膜
JPH03243770A (ja) 複合部材およびその製造方法
US9245809B2 (en) Pin hole evaluation method of dielectric films for metal oxide semiconductor TFT
US9945030B2 (en) Free-standing silicon oxide membranes and methods of making and using same
KR20200111242A (ko) 연료 전지 단위 요소용 양극판, 상기 양극판의 제조 방법, 이를 포함하는 연료 전지 단위, 및 상기 단위를 포함하는 연료 전지
Berger et al. Self-healing of precoated AISI 441 for solid oxide fuel cell interconnects at intermediate temperatures
JP2024502460A (ja) インライン型薄膜太陽光発電モジュールに適した被覆鋼板およびその製造方法
Lundberg et al. Precoated AISI441 for SOFC Interconnectors Studied by TEM Methods