WO2019082254A1 - 金属材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　表面に不働態皮膜を有していて耐食性を有するものでありながら接触抵抗が小さい金属材につき、燃料電池用セパレータや同集電板の素材とするに好ましいものを含めて、金属材そのものとその製造方法とを提供する。 【解決手段】　表面に不働態皮膜２を有する金属基材１に、その不働態皮膜２を厚さ方向に貫通する状態に導電性粒子３を埋め込んで付着させ、導電性および耐食性を有する塗膜によってその金属基材の表面を被覆する。導電性粒子をそのように付着させるには、不働態皮膜２がある金属基材１の上に導電性粒子３を散らし置き、ロール等で圧下することにより金属基材１の表面にその導電性粒子３を押し入れるとよい。

Description

金属材およびその製造方法

　本発明は、燃料電池用部品等として使用が可能な、表面に不働態皮膜を有していて耐食性に優れる一方で接触抵抗の小さい金属材、およびその製造方法に関するものである。

　燃料電池は、水素と酸素とが反応する際のエネルギーを電力として取り出すもので、CO2を排出しないクリーンな動力源として期待されている。燃料電池の内部には、セパレータと呼ばれる板状の部品が多数使用されている。セパレータは、主として、水素と酸素の各流路の形成、およびセル間の通電といった役割を果たすものである。

　セパレータ、とくに固体高分子形燃料電池（PEFC）におけるセパレータには、基本的につぎのような特性が求められる。
　a)　耐食性に優れること。１００℃に近い希硫酸溶液中で、１Ｖ程度の電圧をかけられて使用されるからである。
　b)　接触抵抗が低いこと。隣接する電極に接触してセル間を電気的に接続する必要があるからである。
　c)　表面に溝を加工しやすいこと。発電力を高くするためには、水素・酸素の各流路として表面に加工される溝が細かくて表面積が大きいほど有利だからである。
　なお、これらは、セパレータとともに燃料電池に組み込まれる集電板に関しても同様である。

　セパレータの素材として、従来、プラスチック炭素繊維からなるものやＴｉ（チタン）製で黒鉛塗料にて被覆されたものがあるが、板厚を薄くできないこと（前者）や、コストが高く（後者）、溝加工が難しい（両者）といった課題がある。
　それらに代わるものとして、近年、アルミ製のセパレータが提案されている。たとえば下記の特許文献１・２には、ＡｌまたはＡｌ合金の基材の表面に、導電性と耐食性とを有する塗膜を２層形成してセパレータとすることが記載されている。

特開２００４－１１１０７９号公報 特許第５１３２２２４号公報

　上記の各特許文献には、Ａｌ板（またはＡｌ合金等）の表面にある酸化皮膜（Al2O3。不働態皮膜であり導電性が低い）を除去したうえで、導電性・耐食性を有する塗膜を板表面に形成する旨が記載されている。しかし、Ａｌ板における酸化皮膜は、除去しても大気中ですぐにまた形成される。しかも当該酸化皮膜は、数ｎｍ程度と薄くても電気抵抗がきわめて大きい。そのため、実際には、Ａｌ板と上記塗膜との間の電気抵抗を減らすことが難しく、したがって接触抵抗の点で、燃料電池用部品とするには十分でなかった。

　また、Ａｌ板の表面に塗膜を形成する場合、その塗膜が剥離してしまうトラブルも発生しがちである。塗膜が剥離すると、上記酸化皮膜（Al2O3）によっては希硫酸による腐食に耐えきれないため、燃料電池用セパレータ等としての耐用性が失われてしまう。

　以上のような不都合は、Ａｌ板等を燃料電池用部品として使用することを困難にし、もって燃料電池の小型・軽量化および低コスト化を妨げていた。

　本発明は、上記課題の解決を目的とし、表面に不働態皮膜を有していて耐食性を有するものでありながら接触抵抗が小さく、したがって燃料電池用部品の素材等とするに好ましい金属材と、その製造方法とを提供するものである。

　発明による金属材は、表面に不働態皮膜（酸化皮膜）を有する金属基材に、その不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で導電性粒子が付着し、その金属基材の表面が、導電性および耐食性を有する塗膜によって被覆されていることを特徴とする。導電性粒子の全部または一部のものが、不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態、すなわち、不働態皮膜の内側にある金属基材そのものに接するとともに不働態皮膜の外に露出する状態で存在し、さらに、その金属基材の表面（つまり不働態皮膜の表面）が、導電性および耐食性を有する塗膜によって被覆されているわけである。
　表面に不働態皮膜を有する上記の金属基材としては、後述するＡｌ（アルミ）またはその合金のほか、Ｃｕ（銅）またはその合金などが使用できる。上記の導電性粒子としてはたとえばセラミック粒子を使用することができ、通電性の高いＷＣ（タングステンカーバイド）やＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２等の粒子が有利である。「グラフェン」のような炭素系材料を導電性粒子とすることも考えられる。そうした導電性粒子が、耐食性を有し硬質であるとそれも好ましい。
　発明による金属材（ただし塗膜を有しないもの）の一例について、図１に表面の顕微鏡写真、図２に断面のイメージ図を示す。図２の例では金属基材の片側面のみに導電性粒子が付着しているが、両側の面（表・裏の両側）において不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で導電性粒子が付着していてもよい。
　このような金属材は、上記塗膜で被覆される前から、不働態皮膜を有するために一定の耐食性を有するが、その内側の金属基材から導電性粒子を介して外部への通電性が確保されるため接触抵抗が小さい。そしてその金属基材の表面が、導電性および耐食性を有する塗膜によって被覆されているのであるから、上記発明の金属材は、接触抵抗の小さいことを維持しながら表面の耐食性が補強されたものとなる。そのため、セパレータや集電板といった燃料電池用部品を含む各種の電気部品として使用することができる。

　表面に不働態皮膜を有する金属基材であるＡｌまたはＡｌ合金に、その不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で導電性粒子であるＷＣ粒子が付着している、という金属材も好ましい。
　ＡｌまたはＡｌ合金は、製造時の加熱等によって不働態皮膜である酸化皮膜（Al2O3）が形成されており、一旦それが除去されたとしても、大気に接することにより同様の酸化皮膜が再び形成された状態になっている。そのため、上記金属材は、上述のとおり導電性粒子が付着することにより、多少の耐食性を有しながら接触抵抗の低い部材として電気部品等に使用することができる。ＡｌまたはＡｌ合金は低価の汎用金属であるうえ加工されやすく軽量でもあるため、発明の金属材は使用可能性が広く、多大なメリットをもたらすことができる。板状にして溝加工をすることも容易であるため、塗装等によって耐食性を補強したうえ燃料電池用セパレータや集電板に使用する場合には、燃料電池の小型・軽量化を実現し大幅なコストダウンを可能にする。
　なお、Ａｌ合金の一つとして、耐食性の高いAl-Mg合金やAl-Mg-Ti合金を使用するのもよい。また、粒径１０μｍ以下の結晶組織中に粒径１００ｎｍ以下の微小粒子状結晶（ナノ組織）を有するAl-Mg合金（特開2015-145516号公報参照）や、同様のナノ組織を有するAl-Mg-Ti合金を使用すると、さらに好ましい。ナノ組織を含むAl-Mg合金またはAl-Mg-Ti合金は、結晶粒が微小であることに起因して腐食の進行が遅く耐食性がとくに高いため、特別な耐食性が求められる用途に適している。
　一方、導電性粒子がＷＣであると、それが通電性に優れることから、金属材の接触抵抗を小さくする効果が顕著である。耐食性に優れているため不働態皮膜とともに金属基材の腐食防止に寄与するうえ、硬質であるため耐摩耗性の点でも有利である。
　また、金属のなかでは比較的軟質のＡｌまたはＡｌ合金に対して硬質のＷＣを付着させることは、さまざまな手段によって容易に行うことができる。そのため、金属基材をＡｌまたはＡｌ合金とし、導電性粒子をＷＣとすることは、上記金属材を製造しやすいという点でも有利である。

　導電性および耐食性を有する塗膜（塗料の膜）によって、金属基材であるＡｌまたはＡｌ合金の表面（上記導電性粒子が付着している面）が被覆されているとよい。当該塗膜の導電性・耐食性は、その金属材の使用環境や使用条件に合わせて定めるとよい。
　上記のような塗膜で表面が被覆されていると、燃料電池用部品のような、金属基材が有する不働態皮膜によっては耐食性が不十分という強い腐食環境においても、その金属材を使用できる。また、その塗膜は導電性も有するので、当該塗膜を通して、または、内部の金属基材から導電性粒子および当該塗膜を介して通電性が確保され、金属材の接触抵抗が小さく保たれる。
　上記塗膜は、上記導電性粒子をも覆うように形成すればよい（図４（ａ）を参照）が、使用環境によっては（つまり、導電性粒子や薄い塗膜が十分な耐食性を有するなら）、塗膜を薄くして導電性粒子を塗膜外に露出させるのもよい（図４（ｂ）を参照）。
　この発明の金属材は、前記特許文献１・２の例と比較すると、同様の腐食環境下でも塗膜の厚さを薄くできるという利点を有している。特許文献１・２の例では、金属基材の不働態皮膜を除去したうえ、その表面を２層の塗膜によって厚く覆うが、本発明の金属材では、金属基材が有する不働態皮膜を除去しないで使用するため、塗膜が薄くても十分な耐食性を得られるからである。塗膜が薄くてもよいなら、金属材に溝を形成する場合にその溝（の幅）を細かくできることになるので、燃料電池用セパレータ等とするうえでとくに有利である。
　しかも、金属基材に対する塗膜の密着性は、特許文献１・２の例におけるものよりも高くすることができる。金属基材の表面が単なる平坦面でなく、導電性粒子が分散して表面上に突出しているため、いわゆるアンカー効果によって塗膜が金属基材上に強く固着するのである。そのため、金属材が腐食液等に浸漬された状態で長期間使用されても、塗膜はほとんど剥離する恐れがない。これは、塗膜が導電性粒子を覆う場合にもそれを露出させる場合にも同様である。

　金属基材の上記表面が、とくに黒鉛塗料によって被覆されているとよい。
　黒鉛塗料、すなわち黒鉛を含有する塗料は、含有する黒鉛のために導電性を発揮するとともに、ベースとする樹脂を適切に選択することにより使用環境に応じた耐食性を有するものとなる。そのため、それにより表面を被覆された金属材は、好ましい導電性と耐食性とを有するものとして構成される。

　上記発明の金属材は、燃料電池用部品（セパレータや集電板等）として使用されるとよい。
　発明の金属材は、耐食性を有するとともに接触抵抗が低く、また、金属基材をＡｌやＡｌ合金のような軟質のものとする場合、板状にしてその表面に細かい溝等を形成することも容易だからである。ＡｌやＡｌ合金は材料自体が低価であるうえ加工性に富み、薄板にして小型化・軽量化をはかることができ、また、熱伝導性が高いため冷却性能に優れることからも、燃料電池用部品としてきわめて適している。金属材の耐食性は、上述のように導電性・耐食性を有する塗膜により表面を被覆することによって補うことができる。つまり、発明の金属材は、先に述べた燃料電池用セパレータや集電板等に必要な特性を具備するものといえる。

　上記発明の金属材は、燃料電池用部品とするためにプレス加工によって溝を形成される板状のものであり、上記ＷＣ粒子の粒径が１０μｍ以下であるのがよい。
　コンパクトで発電性能に優れた燃料電池を構成するためには、セパレータとして、厚さが０．３ｍｍ程度以下の板であって幅０．５ｍｍ程度以下の溝を形成されたものを採用する必要がある。その溝をプレス加工によって形成する場合、板の一部にとくに厚さの薄い部分が発生することが避けられない。それに関し、発明者らの調査では、ＷＣ粒子の粒径（最大寸法）が１０μｍを超えると、プレス加工による上記の溝加工の際、板すなわち金属基材の一部が割れる（溝に破れた部分ができる）場合があった（図６（ｂ）・（ｄ）を参照）。その一方、ＷＣ粒子の粒径が１０μｍ以下であれば、そのような割れは生じなかった（図６（ｅ）を参照）。
　導電性粒子であるＷＣ粒子は、その粒径が不働態皮膜の厚さ（一般的には５００ｎｍ程度以下である）を超えるとよいが、発明者らの調査によれば、１μｍ程度以上の粒径を有するのがよい。それよりも微小のものは金属基材の表面に付着しにくいからである。したがって、上記ＷＣ粒子の粒径は、１μｍ以上のものを含み、１０μｍを超えるものを含まないことが好ましい。

　発明による金属材の製造方法は、不働態皮膜を有する金属基材の表面に、その不働態皮膜の厚さよりも粒径の大きい導電性粒子を押し入れることにより、不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で当該金属基材に導電性粒子を付着（保持）させることを特徴とする。
　金属基材の表面に導電性粒子を押し入れる手段としては、常温の、または高温にした金属材表面に、たとえば、導電性粒子を叩き入れたり、圧下して押し込んだり、ショットブラスト機で投射して打ち込んだりすることができる。
　そのようにして金属基材の表面に導電性粒子を押し入れると、不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で導電性粒子が付着した上述の金属材（図１・図２を参照）を製造することができる。導電性粒子として金属基材（の不働態皮膜）よりも硬質のものを選択すれば、とくに容易に上記金属材を得ることができる。

　上記製造方法については、上記金属基材の表面上に上記導電性粒子を散らし置き、ロールや油圧プレス等で圧下することにより金属基材の表面に導電性粒子を押し入れるようにするのが、とくに好ましい。
　金属基材の表面に導電性粒子を押し入れる手段には前記のとおり種々のものがあるが、ここに記載したようにロールで圧下する方法をとることも可能である。たとえば図３のように圧延ロールを用いて、金属基材と導電性粒子とを連続的に順次加圧するのである。
　そのようにすると、不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で導電性粒子が付着した上述の金属材（図１・図２を参照）をきわめて円滑に、かつ能率的に製造することができる。

　上記のとおりロール等で圧下するにあたり、上記金属基材の表面上に、粘性流体とともに上記導電性粒子を散らし置くのが好ましい。図３の例においても、金属基材の表面上にそのような粘性流体（符号１２）を使用している。
　粘性流体中に含める形で導電性粒子を金属基材上に分散配置すると、粘性流体の作用でその粒子の位置が概ね固定されるため、振動や風等の影響で粒子が飛散したり特定の部分に偏ったりすることが防止される。そのため、金属基材上に導電性粒子が概ね均一に分散された均質な金属材を製造することができる。

　上記の粘性流体として、とくに、潤滑油または潤滑用グリースを使用するとよい。
　潤滑油または潤滑用グリースを粘性流体として使用すると、上記した利点に加えて潤滑性がもたらされる。つまり、金属基材の表面上に導電性粒子を押し込む際の摩擦がその潤滑性によって緩和され、押し込みのためのエネルギーを少なくすることができる。

　金属基材の表面に導電性粒子を押し入れたのち、導電性および耐食性を有する塗膜を金属基材の表面に形成すると好ましい。
　そのようにすれば、上述したように高い耐食性を有するとともに接触抵抗が低い金属材を得ることができ、燃料電池用部品等としてもそれを使用することができる。
　なお、前述のように、この塗膜は、厚くして導電性粒子を覆うようにしてもよい（図４（ａ）を参照）が、使用環境によっては、薄くして導電性粒子を塗膜外に露出させるのもよい（図４（ｂ）を参照）。

　上記金属材を燃料電池用部品とするためには、不働態皮膜を有する金属基材である板状のＡｌまたはＡｌ合金の表面に、導電性粒子として粒径が１０μｍ以下のＷＣ粒子を押し入れ、その後、当該金属基材にプレス加工により溝を形成したうえ、導電性および耐食性を有する塗膜を表面に形成するとよい。
　そのようにすると、たとえば厚さ０．３ｍｍ程度以下の薄い板に、幅０．５ｍｍ程度以下の溝がプレス加工にて割れのないように多数形成され、十分な耐食性を有していて接触抵抗が小さいという、好ましい燃料電池用セパレータや集電板等が円滑に形成される。

　発明の金属材は、金属基材の表面に不働態皮膜を有するため一定以上の耐食性を有するとともに、同皮膜を貫通するように導電性粒子を有することから接触抵抗が小さい。したがって、各種の電気部品用構成部材として使用するに適しており、燃料電池用のセパレータや集電板としても使用が可能である。金属基材がＡｌまたはＡｌ合金であればとくに使用可能性が広くなる。導電性および耐食性を有する塗膜によって表面を覆うと、強い腐食環境においても使用が可能になり、燃料電池用部品としても適した金属材となる。

　発明による金属材の製造方法は、金属基材に導電性粒子を押し入れることによって上記金属材の製造を可能にする。金属基材の表面上に導電性粒子を散らし置いたうえロールで圧下することとすれば、とくに円滑かつ能率的に製造することができる。そのようにロールで圧下するにあたり、金属基材の表面上に導電性粒子を粘性流体とともに置くと、均質な金属材を製造するうえで有利である。Ａｌ等の金属基材に適切な導電性粒子を押し込んで付着させた金属材に、プレス加工を施して溝を形成し、さらにその表面を適切な塗膜で被覆すると、セパレータや集電板といった燃料電池用部品とすることができる。

発明による金属材の表面（未塗装のもの）を撮影した顕微鏡写真である。図１（ａ）はＡｌ基材にＷＣ粒子を埋め込んだもの、同（ｂ）は、Al-Mg-Ti合金を基材としてその表面にＷＣ粒子を埋め込んだものである。 発明による金属材の断面について示すイメージ図である。なお、各部の厚さや大きさ等の比率について正確には表していない。 発明の金属材の製造方法を示すイメージ図である。やはり各部の寸法関係は正確ではない。 発明の金属材（塗膜を含むもの）につき、塗膜付近の断面のイメージ図である。やはり各部の寸法関係は正確ではない。図４（ａ）は塗膜の厚い例、同（ｂ）は塗膜の薄い例を示している。 発明の金属材等について行った接触抵抗試験の要領図である。 プレス加工によって溝を複数形成した発明の金属材について示す横断面の顕微鏡写真である。図６（ａ）・（ｂ）は最大粒径１５０μｍのＷＣ粒子を表面に埋め込んだもの、同（ｃ）・（ｄ）は粒径３６～１０６μｍのＷＣ粒子を表面に埋め込んだもの、同（ｅ）は最大粒径８．５μｍのＷＣ粒子を表面に埋め込んだものを示している。

　以下に発明の実施例を示す。
　発明者らは、一般的なアルミニウム板を原材料とし、表面の不働態皮膜（Al2O3）を除去しないでその耐食性を生かしつつ、当該板の接触抵抗を小さくする目的で、新しい金属材試片を製造し、試験を行った。以下にその詳細を記す。
　1)　市販のＡｌ板（1000番系。厚さ0.3mm）を購入のうえ切り出して、50mm×50mmの板状のＡｌ基材とする。
　2)　上記Ａｌ基材の表面（片側面。板を水平に置いたときの上側の面）に潤滑油を塗布する。潤滑油には、重量比で10％の量のＷＣ粒子を分散させている。ＷＣ粒子は導電性に優れるうえ硬度がHB3000程度と高い。ここでは平均粒径80μｍのＷＣ粒子を使用した。
　3)　上記2)のようにしたＡｌ基材を小型圧延機によって圧延する。図３はその圧延過程を示すイメージ図であり、符号１はＡｌ基材（金属基材）、２は不働態皮膜、３はＷＣ粒子（導電性粒子）、１１ａ・１１ｂは圧延ロール、１２は潤滑油である。

　4)　上記の圧延により、図２のような状態にＷＣ粒子３をＡｌ基材１に埋め込んだ金属材試片が得られる。図１（ａ）はその試片の表面の顕微鏡写真であって、写真中の白い塊がＷＣ粒子である。Ａｌ基材１の表面には厚さ0.5μｍ程度以下の不働態皮膜２が存在するが、ＷＣ粒子３の多くは、その不働態皮膜２を突き破ってＡｌ基材１に達し、Ａｌ基材１に接するとともに外側（外気に面する側）に露出する状態で、Ａｌ基材１にいわば突き刺さっている。
　5)　上記圧延の終了後に、金属材試片より潤滑油を除去する。
　6)　Ａｌ基材１の表面、すなわちＷＣ粒子３が点在する不働態皮膜２の上に黒鉛塗料を塗る。黒鉛塗料は、ベースとする樹脂成分中に黒鉛粒子等を含有する塗料である。図４（ａ）または同（ｂ）のようにその塗料による塗膜４の厚さは適宜に設定できるが、ここでは、図４（ａ）のように塗膜４が不働態皮膜２とＷＣ粒子３とを覆う、厚さ約10μｍ（1～20μｍ程度がよい）にしている。黒鉛塗料については、樹脂成分の選定によって耐食性を高くし、黒鉛の量などによって導電性を適宜に設定する。

　製造した金属材試片等につき、接触抵抗値を測定した。測定は、上記4)および6)によって得た試片（それぞれ実施例１・実施例２という）と、購入して上記サイズに切り出したままのＡｌ基材単体（比較例１）、およびそのＡｌ基材単体に上記6)と同一の黒鉛塗料を塗ったもの（比較例２）につき、接触荷重を７kgf/cm2として行った。その結果、実施例１・２の試片の接触抵抗値は比較例１・２の試片のそれの1/100以下であった。
　Ａｌ基材１は上記のとおり表面に不働態皮膜を有するため、比較例１・２のとおり単体では接触抵抗が大きいのに対し、実施例１・２のようにＷＣ粒子３を付着させた金属材試片は、内部のＡｌ基材１と導電性の高いＷＣ粒子３（実施例２においてはさらに塗膜４）とが、電気抵抗の低い状態でつながっているために接触抵抗が低いと考えられる。

　上記の金属材試片等についてはさらに、図５のように銅電極やＧＤＬ（ガス拡散層）、硬質カーボンと組み合わせた状態で接触抵抗を測定した。すなわち、金属材試片を、燃料電池における集電板の位置に組み込んだうえ、他の部品との間の接触抵抗を測定したのである。
　測定は、図５中の金属材（金属基材１。試片によっては塗膜４を含む）の位置に、上記実施例１・２の各試片または比較例１・２の各試片を組み込み、７kgf/cm2の接触荷重をかけて行う。そして、図示のとおり銅電極とＡｌ基材との間の抵抗値Ｒａ、および、硬質カーボンとＡｌ基材との間の抵抗値Ｒｂを測定する。

　図５の測定による抵抗値を表１に示す。ＷＣ粒子３を付着等させないＡｌ基材単体に係る比較例１と、Ａｌ基材単体に上記6)の黒鉛塗料を塗っただけの比較例２については、ＲａもＲｂも高いが、上記4)・6)によって得た金属材に係る実施例１・２については、Ｒａ・Ｒｂがいずれも顕著に小さい。

　上記実施例１・２の金属材試片と同様の金属材を、燃料電池（とくにPEFC）用セパレータや集電板等とすべく量産するためには、Ａｌ基材として長尺のコイルを用い、上記3)の過程を大きめの圧延機で連続的に行うとよい。たとえば、Ａｌ基材として厚さが0.3mmで幅320mmのコイルを使用し、その表面に、平均粒径が1～100μｍ（好ましくは最大粒径10μｍ）のＷＣ粒子を含めた圧延油を噴射塗布し、コイル幅に5～15トン程度の圧延荷重をかけることによりＡｌ基材を厚さ0.25mmに圧延する。その後、上記6)の過程を、適切な黒鉛塗料を用いて実施する。黒鉛塗料は、用途に応じた耐食性と導電性とを有し、不働態皮膜とＷＣ粒子とが存在するＡｌ基材の表面に施工されて剥離しがたく、また亀裂や一貫孔を生じさせないものである必要がある。
　そうして得る金属材は、燃料電池用セパレータ等とするためには、さらに、ガスの流路となる溝をプレス加工によって形成する必要がある。そのプレス加工は、上記のように塗膜を形成した後に、または塗膜の形成前に行う。Ａｌ基材は加工性に優れるうえ、黒鉛塗料の塗膜厚さが薄くてよいので、当該金属材に対する溝加工は比較的容易であり、幅が0.4mm程度の細かい溝の形成も低コストにて行える。

　別の実施例として、金属材に溝状のプレス加工を行った例を以下に示す。
　まず、前述した1)～5)の要領で、ＷＣ粒子３をＡｌ基材１に埋め込んだ金属材試片を作る。Ａｌ基材は前記1)と同じもの（厚さ0.3mm）を使用したが、ＷＣ粒子としては、後述のとおり粒径の異なる３種のものを使用した。その後、その金属材試片にプレス（サーボプレス）加工を施し、溝幅が0.5mmの溝を複数本平行に形成する。それらの溝は、燃料電池用セパレータにおいてガスの流路とするための溝に相当する。

　上記プレス加工によって溝を形成した金属材試片について、横断面の顕微鏡写真を図６に示す。図６（ａ）は、埋め込んだＷＣ粒子の最大粒径を150μｍとしたもの、同（ｃ）は同粒子の粒径を36～106μｍとしたもの、同（ｅ）は同粒子の最大粒径を8.5μｍとしたものを示している。
　ＷＣ粒子の最大粒径を150μｍとした図６（ａ）の例では、金属材試片の一部（プレス加工によって薄くなった部分）に図６（ｂ）のように割れが生じた。粒径36～106μｍのＷＣ粒子を埋め込んだ同（ｃ）の例でも、同様に一部に図６（ｄ）のとおり割れが生じた。金属材試片のうち薄くなった部分に大きめのＷＣ粒子が存在すると、Ａｌ基材の連続性が失われることに起因するようである。
　それに対し、ＷＣ粒子の最大粒径を8.5μｍとした図６（ｅ）の例では、薄くなった部分にも割れは皆無であった。同様の厚さのＡｌ基材に同様の幅の溝を形成するときは、ＷＣ粒子の最大粒径を10μｍ以下にする必要があると考えられる。

　上記ではＡｌ基材に対してＷＣ粒子を埋め込むことにより金属材を製造したが、同様の機能をもつ金属材を他の材料によって製造することも可能である。すなわち、Ａｌ基材に替えてＡｌ合金や銅合金、ステンレス鋼などの他の金属（不働態皮膜を有するもの）を金属基材とし、ＷＣ粒子に替えて他の導電性粒子を使用することによっても、耐食性を有していて接触抵抗の小さい金属材を製造できる。耐食性を補うべく使用する黒鉛塗料についても、耐食性と導電性を有する他の塗料を使用することができる。

　たとえば、上記のＡｌ合金としてAl-Mg合金やAl-Mg-Ti合金を使用するのもよい。
　図１（ｂ）は、そのようなAl-Mg-Ti合金の表面上に上記1)～4)の要領でＷＣ粒子を付着させたものにつき、表面を顕微鏡撮影した写真である。図１（ａ）と同様、写真中の白い塊がＷＣ粒子である。

Claims (12)

1. 　表面に不働態皮膜を有する金属基材に、その不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で導電性粒子が付着し、その金属基材の表面が、導電性および耐食性を有する塗膜によって被覆されていることを特徴とする金属材。
2. 　表面に不働態皮膜を有する金属基材であるＡｌまたはＡｌ合金に、その不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で、導電性粒子であるＷＣ粒子が付着していることを特徴とする金属材。
3. 　導電性および耐食性を有する塗膜によって金属基材の表面が被覆されていることを特徴とする請求項２に記載の金属材。
4. 　黒鉛塗料により上記表面が被覆されていることを特徴とする請求項３に記載の金属材。
5. 　燃料電池用部品として使用されることを特徴とする請求項３または４に記載の金属材。
6. 　燃料電池用部品とするためにプレス加工によって溝を形成される板状の金属材であり、上記ＷＣ粒子の粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２～５のいずれかに記載の金属材。
7. 　不働態皮膜を有する金属基材の表面に、その不働態皮膜の厚さよりも粒径の大きい導電性粒子を押し入れることにより、不働態皮膜を厚さ方向に貫通する状態で当該金属基材に導電性粒子を付着させることを特徴とする金属材の製造方法。
8. 　上記金属基材の表面上に上記導電性粒子を散らし置き、圧下することにより金属基材の表面に導電性粒子を押し入れることを特徴とする請求項７に記載した金属材の製造方法。
9. 　上記の圧下にあたり、上記金属基材の表面上に粘性流体とともに上記導電性粒子を散らし置くことを特徴とする請求項８に記載した金属材の製造方法。
10. 　上記粘性流体として、潤滑油または潤滑用グリースを使用することを特徴とする請求項９に記載した金属材の製造方法。
11. 　金属基材の表面に導電性粒子を押し入れたのち、導電性および耐食性を有する塗膜を金属基材の表面に形成することを特徴とする請求項７～１０のいずれかに記載した金属材の製造方法。
12. 　燃料電池用部品とするための金属材の製造方法であり、不働態皮膜を有する金属基材である板状のＡｌまたはＡｌ合金の表面に、導電性粒子である粒径が１０μｍ以下のＷＣ粒子を押し入れ、その後、当該金属基材にプレス加工により溝を形成したうえ、導電性および耐食性を有する塗膜を表面に形成することを特徴とする請求項７～１１のいずれかに記載した金属材の製造方法。

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