WO2003050904A1 - Separateur de metaux destine a une pile a combustible et procede de production correspondant - Google Patents

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Teruyuki Ohtani
Makoto Tsuji
Masao Utsunomiya
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Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a metal separator provided in a polymer electrolyte fuel cell and a method for producing the same.
  • a polymer electrolyte fuel cell consists of a unitary structure in which separators are stacked on both sides of a plate-shaped electrode structure (MEA: Membrane Electrode Assembly), and is composed of multiple units. Are stacked to form a fuel cell stack.
  • the electrode structure has a three-layer structure in which an electrolyte membrane made of ion exchange resin or the like is interposed between a pair of gas diffusion electrodes constituting a positive electrode (force source) and a negative electrode (anode).
  • the gas diffusion electrode has a gas diffusion layer formed outside the electrode catalyst layer in contact with the electrolyte membrane.
  • the separator is laminated so as to be in contact with the gas diffusion electrode of the electrode structure, and a gas flow path and a refrigerant flow path for flowing gas between the gas diffusion electrode and the gas diffusion electrode are formed.
  • a fuel cell for example, hydrogen gas, which is a fuel, flows through the gas flow path facing the gas diffusion electrode on the negative electrode side, and oxygen or air flows through the gas flow path facing the gas diffusion electrode on the positive electrode side.
  • hydrogen gas which is a fuel
  • oxygen or air flows through the gas flow path facing the gas diffusion electrode on the positive electrode side.
  • the separator needs to have a function of supplying electrons generated by the catalytic reaction of the hydrogen gas on the negative electrode side to an external circuit, while supplying electrons from the external circuit to the positive electrode side. For this reason, conductive materials made of graphite materials and metal materials are used in separators.Metal materials, in particular, have excellent mechanical strength and are made lighter and more compact by making them thinner. It is considered advantageous in that it is possible.
  • a stainless steel thin plate having non-metallic conductive inclusions forming conductive paths protruding from the surface is preferably used. As a method of manufacturing such a separator, a process of projecting conductive inclusions on the surface of stainless steel having conductive inclusions in the metal structure is performed to obtain a separator material plate.
  • a material plate is formed into a concave-convex cross-sectional shape by press molding, and grooves formed on the front and back surfaces are changed from the gas flow path to the refrigerant flow path.
  • a treatment for projecting the conductive inclusions for example, means for removing the surface of the base material by chemical etching, electrolytic etching, sandblasting, or the like is employed.
  • FIG. 1A schematically shows a surface of a separation material plate obtained by performing the above-described process of projecting conductive inclusions.
  • reference numeral 10 denotes a base material
  • 20 denotes a conductive inclusion.
  • the conductive inclusions 20 protruding from the surface of the base material 10 sink into the base material 10 as shown in FIG. 1B.
  • a gap 30 may be generated at the interface between the surface of the base material 10 and the conductive inclusion 20.
  • this gap 30 occurs, pitting or crevice corrosion originating from the gap 30 occurs along with the power generation of the fuel cell, and the conductive inclusions fall off. As a result, the contact resistance to the electrode structure increases. As a result, the power generation performance is reduced. Disclosure of the invention
  • the conductive inclusions are prevented from dropping due to the gap generated at the interface between the base material and the conductive inclusions by press molding or the like, whereby the contact resistance is reduced and the power generation performance is improved. It is an object of the present invention to provide a metal separator for a fuel cell and a method of manufacturing the same.
  • the present invention relates to a metal separator for a fuel cell, wherein a conductive layer is formed on a surface of a base material, and a chemical layer forming treatment for promoting a volume expansion of the base material is performed on the surface of the base material. It is characterized by satisfying 0.16 ⁇ R / r ⁇ 0.8, where R is the average circle equivalent diameter of, and r is the average circle equivalent diameter of the crystal grains of the base material.
  • the conductive inclusions protruding from the surface are surrounded by the base material that has undergone volume expansion due to the chemical layer forming process, and are further held by the base material by receiving compressive stress. ing.
  • the conductive inclusions are held between the individual crystal grains of the base material, and in the present invention, the average circle-equivalent diameter r of the crystal grains of the base material is expressed by the following equation: It is relatively larger than the circle equivalent diameter R and is set in the range of 0.16 ⁇ RZ r ⁇ 0.8. By setting this range, the conductive inclusions are sandwiched between the crystal grains while reliably receiving the compressive stress from the base material. Is effectively suppressed. By suppressing the falling of the conductive inclusions, the conductive paths of the conductive inclusions function effectively and prevent the occurrence of pitting corrosion. As a result, the contact resistance is reduced and the power generation performance is greatly improved. Significant improvement is achieved.
  • the conductive inclusion As a method for controlling the ratio of the average circle equivalent diameter r of the crystal grains of the base material to the average circle equivalent diameter R of the conductive inclusion to be in the range of 0.16 ⁇ R / r ⁇ 0.8, there is a method of controlling the conductive inclusion.
  • the particle size of the conductive inclusions can also be changed by heat-treating the material of the separator.
  • the particle size of the conductive inclusions can be adjusted by changing the temperature and time of the material of the separator within the temperature range in which the conductive inclusions precipitate.
  • the conductive inclusions are classified into a crystallization type and a precipitation type depending on a difference in composition. In any case, the present invention assumes that the conductive inclusions are sandwiched and held by the base material.
  • the separation of the present invention includes those formed by press molding.
  • the chemical layer forming process may be performed at any timing after the press molding or before the press molding.
  • a passivation process is preferable. Due to this passivation treatment, the base material undergoes volume expansion due to the formation of oxides. Specific examples of the passivation treatment include immersion in an acidic bath.
  • a stainless steel sheet having conductive inclusions forming conductive paths protruding from the surface is preferably used. Specifically, for example, a stainless steel sheet having the following composition is preferably used. . That is, C: 0.15 wt% or less, Si: 0.
  • B is MB and MB type boride, M 23 (C, B) 6
  • borides are deposited on the surface as mold borides, and these borides are conductive inclusions.
  • the present invention provides a method for manufacturing a metal separator for a fuel cell, in which a separator material plate in which conductive inclusions protrude from the surface is press-formed, wherein a volume expansion of the base material is performed on the surface of the separator material plate. It is characterized by performing a chemical layer forming process that promotes.
  • the chemical layer forming treatment according to the present invention may be performed after press-forming the separation plate, or may be performed before press-forming. After press molding, a gap is formed at the interface between the base material and the conductive inclusions as described above. However, if the chemical layer forming treatment is performed after press molding, the gap is filled by the volume expansion of the base material. By eliminating the gap, pitting or crevice corrosion starting from the gap does not occur, and the conductive inclusions are less likely to fall off.
  • Figure 2 illustrates the principle. In other words, FIG. 2A shows a state in which the conductive inclusions 20 are sunk into the base material 10 due to the press forming, and a gap 30 is formed at the interface between the two. After that, the chemical layer forming process is performed.
  • the gap 30 is filled as shown in FIG. 2B.
  • the volume-expanded portion 1 OA must be destroyed, making it difficult for the conductive inclusions 20 to fall off.
  • the chemical layer forming treatment on the surface of the separation material plate is performed as described above.
  • the conductive inclusions can be prevented from falling off, and as a result, the contact resistance to the electrode structure is reduced and the power generation performance is improved.
  • a passivation treatment is preferable.
  • This passivation causes the base material to expand in volume due to the formation of oxides.
  • Specific examples of the passivation treatment include immersion in an acidic bath.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a separator material plate having conductive inclusions protruding from the surface thereof
  • FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing a separator material plate after press forming
  • FIG. 2 is a diagram showing the principle in the case of applying the present invention after press molding, in the order of A and B.
  • FIG. 3 is a diagram showing the principle in the case of applying the present invention before press molding in the order of A and B.
  • FIG. 4 is a graph showing the falling rate of conductive inclusions measured in the examples.
  • FIG. 5 is a plan photograph of a separation plate manufactured in the example of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of the contact resistance measured in the examples.
  • a 0.2-mm-thick austenitic stainless steel sheet having the components shown in Table 1 was obtained by rolling, and a required number of 100-Om x 100-mm test pieces were cut out of this material.
  • test pieces were annealed under the 27 annealing conditions (temperature and time) shown in Table 2.
  • B in the component precipitates in the metal structure as ⁇ ' ⁇ and MB type borides, (C, ⁇ ), and type borides, and these borides are deposited on the surface of the separator. It is a conductive inclusion that forms a conductive path.
  • the particle size of the conductive inclusions is controlled by the annealing conditions.
  • abrasive grains 0.3 mm alumina grains, manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd .: Fuji Random WA # 300
  • the conductive inclusions were protruded from both sides by applying a sand-plasting process.
  • each test piece was immersed in a 50 wt% nitric acid solution bath maintained at 50 for 10 minutes to perform passivation treatment (chemical substance layer formation treatment) to expand the volume of the base material surface. I let it. Thus, test pieces Nos. 1 to 27 were obtained.
  • the average equivalent circle diameter R of the conductive inclusions and the average equivalent circle diameter r of the crystal grains of the base metal were determined as follows.
  • the test piece was embedded in a resin, and the cross section was polished with # 1000 water-resistant abrasive paper, followed by puff polishing to obtain a mirror surface.
  • Etching was performed using glycerin aqua regia (the ratio of concentrated nitric acid 1, concentrated hydrochloric acid 3, and glycerin 6 by weight). Thereafter, the etched surface was photographed with a metallurgical microscope at a magnification of 400 times, and the areas of all conductive inclusions and all crystal grains in the visual field were measured by an image analyzer, and the average equivalent circle diameter R And r were determined.
  • the average equivalent diameter is obtained from the following equation.
  • Average circle equivalent diameter J ⁇ Average area of particle
  • the surfaces of the test pieces Nos. 1 to 27 were imaged with a metallographic microscope at a magnification of 400 times, and from the obtained photographs, the shedding rate of the conductive objects was determined as follows.
  • the number a of conductive inclusions protruding from the base material and the number b of holes formed by the conductive inclusions falling out of the base material were measured until a + b became 1 000.
  • the values were applied to the following equation to determine the rate of dropout of conductive inclusions.
  • Table 2 shows the obtained dropout rates
  • Fig. 4 shows a graph.
  • the above-mentioned R value r is 0.16 to 0.8. o. It can be seen that the drop-out rate of conductive inclusions in the test specimens from 9 to 19 is remarkably low, while the drop-out rate becomes significantly higher if the range deviates from this range. Therefore, it was demonstrated that by controlling the value of R r within the range of 0.16 to 0.8, the dropout of the conductive inclusions can be suppressed.
  • An austenitic stainless steel sheet having the components shown in Table 3 and having a thickness of 0.2 mm was cut into a square shape of 10 mm x 100 mm.
  • B is precipitated in the metal structure as ML'B and MB-type borides, and (C, B) "-type borides. It is a conductive inclusion that forms a conductive path on the surface.
  • sand blasting was performed on the surface of this stainless steel plate, and conductive inclusions protruded from the surface.
  • alumina particles WA # 300
  • the abrasive grains were sprayed with a force of 2 kg Z crrr 'for 10 seconds.
  • a sandblasted stainless steel plate was press-formed to obtain a 92 mm ⁇ 92 mm square separator plate.
  • Fig. 5 shows this separator plate, which has a current collector with an uneven cross section in the middle and a flat edge around it.
  • the separation plate was immersed in a 50 wt% nitric acid solution bath maintained at 50 ° C for 10 minutes to perform passivation treatment, and then washed with water to separate the separation plate of the example. Got the evening.
  • one fuel cell unit was formed by stacking separators on both sides of an electrode structure (MEA), and this unit was allowed to generate power.
  • the contact resistance of Separation was measured. The results are shown in Table 4, and the change in contact resistance with the passage of power generation time is graphed in FIG.
  • the contact resistance value of the example was kept constant in the initial stage despite the long-term power generation.
  • the contact resistance of the comparative example was significantly increased up to 1000 hours after power generation.
  • a gap remains at the interface between the base material and the conductive inclusions at the contact surface with the electrode structure, which causes pitting and crevice corrosion during power generation. It is presumed that the contact resistance increased due to dropping of the conductive inclusions.
  • the contact resistance of the example was constant, and thus it can be said that the operation effect of the passivation treatment of the present invention was demonstrated.

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Description

明 細 書 燃料電池用金属製セパレー夕およびその製造方法 技術分野
本発明は、 固体高分子型燃料電池が備える金属製セパレー夕およびその製造方 法に関する。 背景技術
固体高分子型燃料電池は、 平板状の電極構造体 （M E A ： Memb r ane E l ec t rode As s emb l y) の両側にセパレー夕が積層された積層体が 1ユニットとされ、 複数 のユニットが積層されて燃料電池スタックとして構成される。 電極構造体は、 正 極 （力ソード） および負極 （アノード） を構成する一対のガス拡散電極の間にィ オン交換樹脂等からなる電解質膜が挟まれた三層構造である。 ガス拡散電極は、 電解質膜に接触する電極触媒層の外側にガス拡散層が形成されたものである。 ま た、 セパレー夕は、 電極構造体のガス拡散電極に接触するように積層され、 ガス 拡散電極との間にガスを流通させるガス流路ゃ冷媒流路が形成されている。 この ような燃料電池によると、 例えば、 負極側のガス拡散電極に面するガス流路に燃 料である水素ガスを流し、 正極側のガス拡散電極に面するガス流路に酸素や空気 等の酸化性ガスを流すと電気化学反応が起こり、 電気が発生する。
上記セパレ一夕は、 負極側の水素ガスの触媒反応により発生した電子を外部回 路へ供給する一方、 外部回路からの電子を正極側に送給する機能を具備する必要 がある。 そこで、 セパレー夕には黒鉛系材料や金属系材料からなる導電性材料が 用いられており、 特に金属系材料のものは、 機械的強度に優れている点や、 薄板 化による軽量 · コンパクト化が可能である点で有利であるとされている。 金属製 のセパレー夕としては、 導電経路を形成する非金属の導電性介在物が表面に突出 したステンレス鋼製の薄板が好適に用いられる。 このようなセパレー夕の製造方 法としては、 金属組織中に導電性介在物を有するステンレス鋼の表面に導電性介 在物を突出させる処理を施してセパレー夕素材板を得、 次いで、 このセパレー夕 素材板をプレス成形により断面凹凸状に成形して、 表裏面に形成された溝を上記 ガス流路ゃ冷媒流路とする方法が挙げられる。 導電性介在物を突出させる処理と しては、 例えば、 化学エッチング、 電解エッチング、 あるいはサンドブラスト等 によって母材の表面を除去する手段が採られる。
第 1図 Aは、 上記の導電性介在物を突出させる処理を行って得られるセパレ一 夕素材板の表面を模式的に示している。 図中符号 1 0は母材であり、 2 0が導電 性介在物である。 このセパレ一夕素材板がプレス成形されると、 母材 1 0の表面 から突出する導電性介在物 2 0は、 第 1図 Bに示すように母材 1 0にめり込むが、 その状態において、 母材 1 0の表面と導電性介在物 2 0との界面に隙間 3 0が生 じる場合がある。 この隙間 3 0が生じると、 燃料電池の発電に伴い隙間 3 0を起 点とする孔食あるいは隙間腐食が起こって導電性介在物が脱落し、 その結果、 電 極構造体に対する接触抵抗が増大して発電性能の低下を招くことになる。 発明の開示
よって本発明は、 プレス成形等によって母材と導電性介在物との界面に生じる 隙間に起因する導電性介在物の脱落が抑えられ、 これによつて接触抵抗が低減し て発電性能の向上が図られる燃料電池用金属製セパレ一夕およびその製造方法を 提供することを目的としている。
本発明は、 表面から導電性介在物が突出し、 母材の表面に該母材の体積膨張を 促す化学物層形成処理が施された燃料電池用金属セパレー夕であって、 導電性介 在物の平均円相当直径を R、 母材の結晶粒の平均円相当直径を rとしたとき、 0 . 1 6≤R / r≤0 . 8を満足することを特徴としている。
本発明のセパレー夕にあっては、 表面から突出する導電性介在物は、 化学物層 形成処理によって体積膨張した母材により周囲が取り囲まれ、 さらに圧縮応力を 受けることによって、 母材に保持されている。 導電性介在物は、 母材の 1つ 1つ の結晶粒に挾まれて保持されており、 本発明では、 母材の結晶粒の平均円相当直 径 rが、 '導電性介在物の平均円相当直径 Rよりも比較的大きく、 0 . 1 6≤R Z r≤ 0 . 8の範囲に設定している。 この範囲設定により、 導電性介在物は母材か らの圧縮応力を確実に受けた状態で結晶粒に挟まれ、 これによつて導電性介在物 の脱落が効果的に抑制される。 このように導電性介在物の脱落が抑制されること により、 導電性介在物による導電経路が有効に機能するとともに孔食の発生が防 止され、 その結果として接触抵抗が低減し発電性能の大幅な向上が図られる。
R / rが 0 . 1 6を下回ると、 結晶粒で囲まれた導電性介在物が小さすぎて結 晶粒に接触しにくくなり、 確実に保持されない。 また、 R Z rが 0 . 8を超える と、 逆に導電性介在物の体積が大きくなるため、 導電性介在物が結晶粒から受け る圧縮応力による単位体積当たりの保持力が低下し、 脱落が起きやすくなる。 し たがって、 0 . 1 6≤R Z r≤0 . 8の範囲に設定した。
母材の結晶粒の平均円相当直径 rと導電性介在物の平均円相当直径 Rとの比を 0 . 1 6≤R / r≤ 0 . 8の範囲に制御する方法としては、 導電性介在物の粒径 を調節する方法が挙げられる。 その方法としては、 例えば圧延によって所定厚さ のセパレー夕を製造する場合であれば、 圧延後の母材の表面を、 化学エッチング、 電解エッチング、 あるいはサンドプラスト等によって除去して導電性介在物を突 出させる。 これによると、 圧延によって表面に積層したきわめて微細な導電性介 在物を母材ごと除去することができ、 適正な粒径の導電性介在物を表面に突出さ せることができる。 また、 セパレー夕の素材を熱処理することによつても導電性 介在物の粒径を変化させることができる。 その場合、 セパレー夕の素材を、 導電 性介在物が析出する温度範囲で、 温度と時間を変えることにより、 導電性介在物 の粒径を調節することができる。 また、 導電性介在物は、 組成の違いによって晶 出型や析出型に分けられるが、 いずれの場合も、 本発明では導電性介在物が母材 に挟まれて保持されるものとする。
なお、 本発明のセパレ一夕は、 プレス成形されたものも含まれ、 その場合の化 学物層形成処理は、 プレス成形後、 あるいはプレス成形前のいずれのタイミング で行ってもよい。 また、 その化学物層形成処理としては、 不動態化処理が好適で ある。 この不動態化処理により、 母材には酸化物の生成による体積膨張が生じる。 不動態化処理の具体的手段としては、 酸性浴に浸渍するなどの手段が挙げられる。 本発明の金属材料としては、 導電経路を形成する導電性介在物が表面に突出す るステンレス鋼板が好適に用いられ、 具体的には、 例えば次の組成を有するステ ンレス鋼板が好適に用いられる。 すなわち、 C : 0 . 1 5 w t %以下、 S i : 0 . 0 1〜 1. 5w t %、 Mn : 0. 0 1 ~2. 5w t %、 P : 0. 03 5 下、 S : 0. 0 1 w t %以下、 A 1 : 0. 00 1〜0. 2w t %、 N : 0. 3 w t %以下、 Cu ： 0〜3w t %、 N i ： 7〜50w t %、 C r ： 1 7〜30w t %、 Mo ： 0〜7w t %、 残部が F e， Bおよび不可避的不純物であり、 かつ、 C r , Moおよび Bが次式を満足している。
C r (w t ) + 3 XMo (w t %) - 2. 5 X B (w t %) ≥ 1 7 このステンレス鋼板によれば、 Bが、 M Bおよび MB型の硼化物、 M23 (C， B) 6型の硼化物として表面に析出し、 これら硼化物が導電性介在物である。 また本発明は、 表面から導電性介在物が突出するセパレー夕素材板をプレス成 形する燃料電池用金属製セパレー夕の製造方法において、 セパレ一夕素材板の表 面に母材の体積膨張を促す化学物層形成処理を施すことを特徴としている。
本発明に係る上記化学物層形成処理は、 セパレー夕素材板をプレス成形した後 に行ってもよく、 プレス成形の前に行ってもよい。 プレス成形した後には、 上述 したように母材と導電性介在物との界面に隙間が生じるが、 プレス成形後に化学 物層形成処理を行うと、 母材の体積膨張により隙間が埋められる。 隙間の消滅に より、 隙間を起点とする孔食あるいは隙間腐食が起こることがなく、 しかも導電 性介在物が脱落しにくくなる。 第 2図は、 その原理を示している。 すなわち、 第 2図 Aはプレス成形したことにより導電性介在物 20が母材 1 0にめり込んで両 者の界面に隙間 30が生じている状態であり、 この後、 化学物層形成処理を行う と、 母材 1 0が体積膨張することによって第 2図 Bに示すように隙間 30が埋め られる。 導電性介在物 20が表面から脱落するには、 体積膨張部分 1 OAを破壊 しなくてはならないため、 脱落しにくくなるのである。
一方、 セパレー夕素材板をプレス成形する前に化学物層形成処理を行うと、 第 3図 Aに示すように、 母材 1 0の体積膨張によって導電性介在物 20の周囲の母 材が盛り上がる （体積膨張部分 1 OA) 。 この後プレス成形を行うと、 第 3図 B に示すように、 導電性介在物 20は母材 1 0にめり込むが、 その周囲には体積膨 張部分 1 0 Aが埋め込まれる。 これによつて、 隙間が生じることがなく、 しかも 導電性介在物 20が脱落しにくくなる。
このように、 セパレー夕素材板の表面への化学物層形成処理を、 上記したよう に、 プレス成形後、 もしくはプレス成形前に行うことにより、 導電性介在物の脱 落を防止することができ、 結果として電極構造体に対する接触抵抗が低減して発 電性能の向上が図られる。
本発明の化学物層形成処理としては、 不動態化処理が好適である。 この不動態 化処理により、 母材には酸化物の生成による体積膨張が生じる。 不動態化処理の 具体的手段としては、 酸性浴に浸漬するなどの手段が挙げられる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 Aは表面に導電性介在物を突出させたセパレ一夕素材板を模式的に 示す断面図、 Bはプレス成形後のセパレータ素材板を模式的に示す断面図である。 第 2図は、 本発明をプレス成形後に適用した場合の原理を A , Bの順に示す図 である。
第 3図は、 本発明をプレス成形前に適用した場合の原理を A , Bの順に示す図 である。
第 4図は、 実施例で測定した導電性介在物の脱落率を示すグラフである。
第 5図は、 本発明の実施例で製造されるセパレー夕素材板の平面写真である。 第 6図は、 実施例で測定した接触抵抗の結果を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
次に、 本発明の実施例を説明する。
A . 試験片の製造
第 1表に示す成分を有する厚さ 0 . 2 m mのオーステナイ 卜系ステンレス鋼板 を圧延によって得、 この素材から 1 0 O m m x 1 0 0 m mの試験片を必要数切り 出した。
第 1表
(w t %)
Figure imgf000007_0001
Γ) - 次いで、 これら試験片を、 第 2表に示す 2 7通りの焼鈍条件 （温度および時 間） によって焼鈍した。 焼鈍により、 成分中の Bが、 Μ'Βおよび MB型の硼化 物、 (C, Β) ,、型の硼化物として金厲組織中に析出し、 これら硼化物が、 セパレー夕の表面に導電経路を形成する導電性介在物である。 導電性介在物の粒 径は、 焼鈍条件によって制御される。，
第 2表
Figure imgf000008_0001
*本発明範囲内
- Β 次に、 焼鈍した各試験片の両面に砥粒 （粒怪 0. 3mmのアルミナ粒、 不二製 作所社製： フジランダム WA# 300) を 2 k gZc m2の圧力で 1 0秒間吹き 付けるサンドプラス卜処理を行って両面から導電性介在物を突出させた。 次いで、 各試験片を、 50 に保持されている 50 w t %硝酸液浴の中に 1 0分間浸清し て不動態化処理 （化学物層形成処理） を行って母材表面の体積を膨張させた。 以 上によって No. 1〜27の試験片を得た。
B. 導電性介在物の直径と母材の結晶粒の直径との比
No. 1〜2 7の試験片にっき、 導電性介在物の平均円相当直径 Rと、 母材の 結晶粒の平均円相当直径 rを、 次のようにして求めた。 試験片を榭脂に埋め込ん で断面を # 1 000耐水研磨紙で研磨し、 次いで、 パフ研磨を行って鏡面を得た。 これにグリセリン王水 （重量比で濃硝酸 1、 濃塩酸 3、 グリセリン 6の割合） を 用いてエッチングを行った。 この後、 エッチング面を金属顕微鏡によって倍率 4 00倍で撮影し、 視野内の全ての導電性介在物と全ての結晶粒の面積を、 画像解 析装置によって計測し、 それぞれの平均円相当直径 Rおよび rを求めた。 なお、 平均相当直径は以下の式から求められる。 平均円相当直径 = J χ粒子の平均面積
V 次に、 求めた Rおよび rから、 No. 1〜2 7の試験片の RZ rを算出した。 その値を第 2表に示す。
C. 導電性介在物の脱落率の測定
No. 1〜2 7の試験片の表面を金属顕微鏡によって 400倍の倍率で撮像し, 得られた写真から、 次のようにして導電性介 ffi物の脱落率を求めた。 母材から突 出する導電性介在物の個数 aと、 母材から導電性介在物が抜け落ちてできた孔の 個数 bとを、 a + bが 1 000となるまで計測し、 a, bの数値を次の式にあて はめて導電性介在物の脱落率を求めた。
脱落率 （％) = { b/ (a + b) } x 1 00
求めた脱落率を第 2表に示すとともに、 第 4図にグラフ化した。
第 2表の測定結果および第 4図によれば、 上記 Rノ rが 0. 1 6〜 0. 8の N o. 9〜 1 9の試験片において導電性介在物の脱落率が著しく低く、 一方、 この 範囲を逸脱すると脱落率は大幅に高くなることが判る。 したがって、 R rの値 を 0. 1 6〜0. 8の範囲内に制御することにより、 導電性介在物の脱落が抑え られることが実証された。
D. セパレー夕の製造
[実施例]
第 3表に示す成分を有する厚さ 0. 2 mmのオーステナイ ト系ステンレス鋼板 を、 10 OmmX 1 00mmの正方形状に切り出した。 なお、 このステンレス鋼 板においては、 Bが、 ML' Bおよび MB型の硼化物、 (C, B) "型の硼化物 として金属組織中に析出しており、 これら硼化物が、 セパレー夕の表面に導電経 路を形成する導電性介在物である。
第 3
Figure imgf000010_0001
a) 導電性介在物の突出処理
次いで、 このステンレス鋼板の表面にサンドブラスト処理を行い、 表面に導電 性介在物を突出させた。 サンドブラスト処理は、 アルミナ粒子 （WA# 300 ) を砥粒とし、 この砥粒を 2 k g Z c rrr'の压力で 1 0秒間吹き付けた。
b) プレス成形
次に、 サンドブラスト処理したステンレス鋼板をプレス成形して 92 mmx 9 2 mmの正方形状のセパレー夕素材板を得た。 第 5図はこのセパレー夕素材板を 示しており、 このセパレー夕素材板は、 中^に断面凹凸状の集電部を有し、 その 周囲に平坦な縁部を有している。
c) 不動態化処理
続いて、 セパレ一夕素材板を、 50°Cに保持されている 50 w t %硝酸液浴の 中に 1 0分間浸漬して不動態化処理を行い、 この後、 水洗して実施例のセパレー 夕を得た。
[比較例]
上記実施例において、 不動態化処现を行わずプレス成形したままの状態のもの
- S を、 比較例のセパレー夕とした。
E . 接触抵抗の測定
次いで、 実施例および比較例のセパレ一夕を用いて、 電極構造体 （M E A ) の 両側にセパレー夕を積層した 1つの燃料電池ュニッ トを構成し、 このュニッ 卜を 発電させて、 電極構造体に対するセパレー夕の接触抵抗を測定した。 その結果を 第 4表に示すとともに、 発電時間の経過に伴う接触抵抗の変化を第 6図にグラフ ィ匕した。
第 4表
Figure imgf000011_0001
第 6図で明らかなように、 実施例のセパレー夕は、 長時間の発電にもかかわら ず接触抵抗値は初期のまま一定に保持されている。 一方、 比較例のセパレ一夕は 発電後 1 0 0 0時間までの間に接触抵抗が大幅に増大することが認められた。 比 較例のセパレー夕では、 電極構造体への接触面における母材と導電性介在物との 界面に隙間が生じたままであり、 これによつて発電中に孔食ゃ隙間腐食が発生し たり導電性介在物が脱落したりして接触抵抗が増大したことが推察される。 とこ ろが実施例の接触抵抗は一定であり、 したがって本発明の不動態化処理による作 用効果が実証されたと言える。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 表面から導電性介在物が突出し、 母材の表面に該母材の体積膨張を促す化 学物層形成処理が施された燃料電池用金属セパレー夕であって、 導電性介在物の 平均円相当直径を R、 母材の結晶粒の平均円相当直径を rとしたとき、
0 . 1 6≤R / r≤ 0 . 8
を満足することを特徴とする燃料電池用金属製セパレー夕。
2 . 前記化学物層形成処理は不動態化処理であることを特徴とする請求項 1に 記載の燃料電池用金属製セパレー夕。
3 . 表面から導電性介在物が突出するセパレー夕素材板をプレス成形する燃料 電池用金属製セパレ一夕の製造方法において、 前記セパレー夕素材板の表面に、 母材の体積膨張を促す化学物層形成処理を施すことを特徴とする燃料電池用金属 製セパレ一夕の製造方法。
4 . 前記化学物層形成処理を前記プレス成形後に行うことを特徴とする請求項 3に記載の燃料電池用金属製セパレー夕の製造方法。
5 . 前記化学物層形成処理は不動態化処理であることを特徴とする請求項 3に 記載の燃料電池用金属製セパレー夕の製造方法。
6 . 前記化学物層形成処理は不動態化処理であることを特徴とする請求項 4に 記載の燃料電池用金属製セパレー夕の製造方法。
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