[发明专利]含Nb氮化物表面改性燃料电池不锈钢双极板及制造方法

权利要求书

1.含Nb氮化物表面改性燃料电池不锈钢双极板，包括奥氏体不锈钢薄板制成的双极板基体(3)及表面改性层，表面改性层包括表层改性层(1)和表面改性层下面的次表层合金化扩散层(2)，其特征在于所述表层改性层(1)为高导电性和耐蚀性的Nb氮化物，次表层合金化扩散层(2)为Nb、N的扩散固溶体层。

2.根据权利要求1所述的含Nb氮化物表面改性燃料电池不锈钢双极板，其特征在于，所述表层改性层(1)为100％Nb氮化物，Nb氮化物为单相NbN、单相Nb₂N和单相Nb₄N₃中的任意一种或上述相的混合物；所述次表层合金化扩散层(2)的Nb、N的扩散固溶体的Nb和N质量浓度从紧邻表层改性层(1)处向不锈钢双极板基体(3)处逐渐降低，紧邻表层改性层处的Nb、N的扩散固溶体的Nb和N质量浓度：Nb为10wt％～90wt％，N为0.1wt％～6.0wt％，不锈钢双极板基体处的Nb和N质量浓度为不锈钢双极板基体的Nb、N含量。

3.根据权利要求1所述的含Nb氮化物表面改性燃料电池不锈钢双极板，其特征在于所述奥氏体不锈钢薄板制成的双极板基体(3)的合金含量按重量百分比，Cr为15-25％，Ni为5-28％，Mo为0-4％，Mn为0～15％，Ti为0～1％，Cu为0～3％，Nb为0-2％，其余为Fe。

4.根据权利要求1所述的含Nb氮化物表面改性燃料电池不锈钢双极板，，其特征在于，所述奥氏体不锈钢薄板制成的双极板基体(3)的厚度为0.1～3mm，表层改性层(1)厚度为1～30μm，次表层合金化扩散层(2)的厚度为1-30μm。

5.权利要求1所述的含Nb氮化物表面改性燃料电池不锈钢双极板的制造方法，包括将奥氏体不锈钢薄板制备成带有流体流道和通道的半成品双极板和对半成品双极板的表面改性处理，其特征在于所述对半成品双极板的表面改性处理包括以下步骤：

a)将半成品双极板置于含Nb等离子气氛的密封体内，在含Nb等离子气氛中对半成品双极板施加600-950V直流或脉冲直流电压，在温度800～1150℃下，处理0.5～8小时，获得高Nb的合金化层，所述含Nb等离子气氛是：将金属Nb源置于密封体内，向Nb源施加600-900V直流电压，电流密度为0.1～15mA/cm²，密封体内工作气压为0.01～2kPa，用氢气H₂或氩气Ar轰击金属Nb源获得的含Nb等离子气氛；

b)将经过步骤a处理的半成品双极板置于含N等离子气氛的密封体内，或者置于含Nb和N等离子气氛的密封体内，对经过步骤a处理的半成品双极板施加350-900V直流或者脉冲直流电压，电流密度为0.1～6mA/cm²，Nb源极不加电压，或者Nb源极施加600～900V的直流或脉冲直流电压，电流密度为0.1～10mA/cm²，在0.1～3kPa气压下处理，处理温度为400-1100℃，处理时间为0.5～8小时，形成表层改性层和次表层合金化扩散层。

6.根据权利要求5所述的含Nb氮化物表面改性燃料电池不锈钢双极板的制造方法，其特征在于，所述含N的等离子气氛的工作气体是氨气或者氮气N₂和氢气H₂的混合气体；氮气N₂和氢气H₂的混合气体中，按体积比，氮气N₂气体含量为5～50％。

7.根据权利要求5所述的含Nb氮化物表面改性燃料电池不锈钢双极板的制造方法，其特征在于，所述含Nb和N的等离子气氛的工作气体是下述混合气体中的一种：氮气N₂和氩气Ar的混合气体，或者氮气N₂、氢气H₂和氩气Ar的混合气体，或者氨气NH₂和氩气Ar的混合气体；混合气体按体积比，在氮气N₂和氩气Ar的混合气体中氮气N₂气体含量为5～50％，在氨气NH₃和氩气Ar的混合气体中氩气Ar含量为0～70％，在氮气N₂、氢气H₂和氩气Ar的混合气体中氮气N₂含量为5～70％，氢气H₂∶氩气Ar＝1∶1～1∶5。