[发明专利]具有氮化铬涂层的金属带或薄片、双极板以及相关的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属带或薄片，该金属带或薄片包括由覆盖有至少一层基于氮化铬的涂层的不锈钢制成的基体。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cells，PEMFC)包括电池单元、气体扩散层(gas diffusion layers，GDL)以及双极板，每个电池单元由也被称为膜电极组件(membrane electrode assembly，MEA)的阳极/电解质/阴极组件构成，该气体扩散层在MEA组件的两侧延伸。双极板确保了电池单元的元件的相互组装。该双极板进一步限定出流体流通通道，从而确保了气体、冷却液的分配以及对电池中产生的水的排放。该双极板还用于采集在电极处产生的电流。

鉴于双极板在燃料电池中所发挥的重要作用，以及这种电池在诸多领域中与日俱增的重要性，人们希望研发出制造成本低廉并且在燃料电池的工作期间还具有较长的寿命的紧凑的双极板。

因此，本发明的一个目的在于提供制造成本低廉并且在燃料电池的工作期间还具有较长的寿命的双极板。

发明内容

为此，本发明涉及如上文描述的金属带或薄片，其中，基于氮化铬的涂覆层是有纹理的。

根据特定的特征，金属带或薄片具有被单独考虑或根据任何技术上可能的组合来考虑的以下特征中的一个或多个：

-涂覆层与基体具有外延附生关系；

-使用物理气相沉积方法，尤其是通过阴极喷镀来得到基于氮化铬的涂覆层；

-基于氮化铬的涂覆层直接形成于不锈钢基体上，而没有钝化层的介入；

-基体具有介于75微米到200微米之间的厚度，并且尤其具有小于或等于100微米的厚度；

-基体的晶粒具有严格小于50微米的尺寸，并且尤其具有介于10微米到30微米之间的尺寸；

-涂覆层具有柱状结构，优选地，柱的宽度介于涂覆层的厚度的10％到20％之间；

-涂覆层可选地包括氧，所述涂覆层通过物理气相沉积(PVD)来得到并且在其表面上具有表面区域，该表面区域包含的原子氧含量严格小于其原子氮含量；

-表面区域具有的高度小于或等于涂覆层的总厚度的15％；

-涂覆层在与基体的交界面处包括界面区域，该界面区域包括的原子氧含量严格小于其原子氮含量；

-界面区域具有的高度小于或等于涂覆层的总厚度的15％；

-从基体开始并趋向涂覆层的表面，金属带或薄片由界面区域、核芯区域以及表面区域构成，所述界面区域、核芯区域以及表面区域沿与基体的中间平面垂直的方向叠覆。

本发明还涉及一种板，通过使如之前限定的带或薄片发生变形来得到该板。

本发明还涉及一种用于燃料电池的双极板，该双极板包括至少一个如之前限定的板。

本发明还涉及一种用于制造金属带或薄片的方法，该方法包括以下步骤：

-提供不锈钢基体，该不锈钢基体在其表面上包括由于基体的不锈钢的自然氧化而形成的钝化层；

-在基体的至少某些区域中完全地剥离钝化层；

-将氮化铬沉积在基体的其中钝化层已被剥离的区域上，以在不锈钢基体上直接形成基于氮化铬的涂覆层，而没有钝化层的介入，由此形成的涂覆层是有纹理的。

根据该方法的特定特征：

-由此形成的涂覆层与基体具有外延附生关系；

-该剥离是一种物理剥离；

-使用物理气相沉积方法，尤其通过阴极喷镀来沉积基于氮化铬的涂覆层；

-氮化铬在沉积设备中被沉积在基体上，该沉积设备包括沉积室以及被布置在沉积室中的铬靶材，基体沿纵向方向穿过沉积室，沉积室包括：沉积区域，沿纵向方向来考虑，该沉积区域的长度严格小于沉积室的长度；以及至少包括第一禁止区域，该第一禁止区域沿纵向方向与沉积区域相邻，并且在沉积期间，氮化铬仅在沉积区域中被沉积在基体上，并且在第一禁止区域中没有氮化铬被沉积在基体上。

附图说明

通过阅读以下仅作为示例提供并参照附图进行的描述将更好地理解本发明，在附图中：

-图1为根据本发明的金属带的示意图；

-图2为用于制造图1的带的方法的示意性图解；

-图3为沉积设备的示意性图解；

-图4为根据本发明的双极板的示意性图解；

-图5为通过对来自于图1的带的坯料的透射电子显微镜图像进行处理而得到的图像；

-图6为与图5的图像类似的被用作与不是根据本发明的带进行对比的图像；