专利名称：一种熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池技术，特别提供了 一种通过对熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板表面的处理，使得不锈钢双极板具有良好的耐腐蚀性。
背景技术：
燃料电池是一种通过电化学反应将燃料及氧气或空气中的化学能直接
转化为电能的发电装置。作为燃料电池的一种，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)以发电效率高、电催化无需使用贵金属及环境友好等特点而受到重视，成为80年代以来美、日、欧重点发展的民用发电技术，并且它可以直接以煤气为燃料，特别适合我国国情。MCFC是一种高温燃料电池，工作温度为600-700°C，它主要由多孔金属阳极、多孔氧化物阴极、电解质板及导电双极板等组成。目前MCFC制备技术已相对成熟，但电池的低寿命、高成本仍严重阻碍了其商业化进程。其中，熔融碳酸盐电解质引起的电池材料的腐蚀是主要原因之一，电池材料的腐蚀主要包括氧化物阴极的溶解、阳极及双极板材料的腐蚀等。双极板兼作电池集流器和隔离板。集流器连接隔离板和电极，而隔离板分离单体电池，它主要起3种作用， 一是将阳极气氛与阴极气氛分离，二是提供单体电池之间的电接触，三是提供一个湿封区。这样就存在3个不同的腐蚀环境，即阳极区、阴极区和湿封区。 一种单一材料或涂层难以满足这样不同的腐蚀环境。由于较好的总的材料力学性能及成本较低，目前双极板材料一般采用不锈钢如316和310等，但它们的耐腐蚀性能远满足不了实用化要求，且在阳极一侧的腐蚀速度可比阴极一侧高2个数量级，因此必须寻求适当的表面防护技术。由于湿封区对导电性无要求，故在此部位一般采用Al化物涂层，以期形成Al203保护膜(在服役过程中被转化为LiA102)，能满足实用化要求。目前对湿封区的表面处理一般采用喷涂、热扩散或离子蒸发方法。这些方法存在或工艺复杂或处理成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，该方法可以提高金属的耐腐蚀性能。
本发明提供了一种熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，在所述双极板的表面制备FeAl耐腐蚀涂层，涂层厚度40~100|^m;涂层厚度优选为60±5拜。
本发明提供的熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，所述涂层采用高能微弧合金化技术合成，合成在输出功率为210~1500W，电压为40 100V，频率为250~2000Hz条件下进行，合成中需要沉积-预磨-再沉积，涂层的厚度通过对功率、电压、时间控制来调节。
本发明提供的熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，所述输出功率优选为1000~1500W。
本发明提供的熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，所述电压优选为60~80V。
本发明提供的熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，所述频率优选为1000~2000Hz。
本发明提供的熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，在合成过程中通入惰性气体，惰性气体为氩气或氦气，优选为氩气。
本发明提供的熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板表面的处理方法，在
不锈钢双极板表面制备了 FeAl耐蚀涂层。它可施加在各类型不锈钢(如304、 316L、 310型不锈钢)表面。当涂层的厚度达到40Mm以上即能对基材不锈 钢起到很好保护作用。
本发明以在316L不锈钢表面施加FeAl涂层为例，涂层在650°C， (0.62Li，0.38K)2CO3共晶熔盐中能形成连续的保护性A1203膜，涂层具有优 异的抗熔融碳酸盐腐蚀性能，涂层与基体间呈冶金结合。
本发明具有工艺简单、处理成本低，涂层具有优异的抗熔融碳酸盐腐 蚀性能等优点。
具体实施方式
实施例1
采用直径为4mm的FeAl合金(成分为Fe-38.26Y。A1)圆棒作为沉积电极， 应用高能微弧合金化技术在316L不锈钢表面制备FeAl涂层。设备输出功 率为1065W，电压为80V，频率为1500HZ，氩气流量为101/min，沉积时 间为7min，制备过程中需要沉积-打磨-再沉积，打磨次数为3次，打磨砂 纸为800#。为了使沉积的涂层表面更加光滑，最后在其它工艺参数不变的 条件下，将电压调到60V，扫过整个涂层表面。涂层厚度约为54nm，致密 无缺陷，与基体间属于冶金结合。涂层在65(TC熔融62mol% Li2C03-38mol。/。K2C03中形成了连续的八1203氧化层，显著地提高了基体合 金的耐蚀性能。 实施例2采用直径为4mm的FeAl合金(成分为Fe-38.26。/。Al)圆棒作为沉积电极, 应用高能微弧合金化技术在316L不锈钢表面制备FeAl涂层。设备输出功 率为1065W,电压为60V,频率为2000Hz，氩气流量为101/min，沉积时 间为10min，制备过程中需要沉积-打磨-再沉积，打磨次数为4次，打磨砂 纸为800#。涂层与基体间属于冶金结合，厚度约为50mhi，涂层致密无缺陷。 涂层在65(TC熔融62mol%Li2C03-38mol%K2C03中形成了连续的A1203氧化 层，显著地提高了基体合金的耐蚀性能。 实施例3
采用直径为4mm的FeAl合金(成分为Fe-38.26。/。Al)圆棒作为沉积电极， 应用高能微弧合金化技术在316L不锈钢表面制备FeAl涂层。设备输出功 率为1500W,电压为80V，频率为2000Hz,氩气流量为101/min，沉积时 间为8min，制备过程中需要沉积-打磨-再沉积，打磨次数为4次，打磨砂 纸为800#。为了使沉积的涂层表面更加光滑，最后在其它工艺参数不变的 条件下，将电压调到60V，扫过整个涂层表面，时间为2min。涂层与基体 间属于冶金结合，厚度约为62mih，涂层致密无缺陷。涂层在650'C熔融 62mol%Li2C03-38mol%K2C03中形成了连续的八1203氧化层，显著地提高了 基体合金的耐蚀性能。 实施例4
采用直径为4mm的FeAl合金(成分为Fe-38.26。/。Al)圆棒作为沉积电极， 应用高能微弧合金化技术在316L不锈钢表面制备FeAl涂层。设备输出功 率为1290W,电压为80V，频率为1000Hz，氩气流量为121/min，沉积时 间为6min，制备过程中需要沉积-打磨-再沉积，打磨次数为3次，打磨砂纸为800#。为了使沉积的涂层表面更加光滑，最后在其它工艺参数不变的 条件下，将电压调到60V，扫过整个涂层表面。涂层与基体间属于冶金结 合，厚度约为46pm ，致密无缺陷。涂层在650 °C熔融 62mol%Li2C03-38mol%K2C03中形成了连续的^203氧化层，显著地提高了 基体合金的耐蚀性能。 实施例5
采用直径为4mm的FeAl合金(成分为Fe-38.26MA1)圆棒作为沉积电极， 应用高能微弧合金化技术在316L不锈钢表面制备FeAl涂层。设备输出功 率为1046W，电压为80V，频率为1000Hz，氩气流量为121/min,沉积时 间为8min，制备过程中需要沉积-打磨-再沉积，打磨次数为4次，打磨砂 纸为800#。涂层与基体间属于冶金结合，涂层厚度约为56pm，致密无缺陷。 涂层在65(TC熔融62mol%Li2C03-38mol%K2C03中形成了连续的八1203氧化 层，显著地提高了基体合金的耐蚀性能。 实施例6
采用直径为4mm的FeAl合金(成分为Fe-38.26y。Al)圆棒作为沉积电极， 应用高能微弧合金化技术在316L不锈钢表面制备FeAl涂层。设备输出功 率为1080W，电压为80V,频率为2000Hz，氩气流量为101/min，沉积时 间为10min，制备过程中需要沉积-打磨-再沉积，打磨次数为4次，打磨砂 纸为800#。将电压调到60V，扫过整个涂层表面，沉积时间为2min。涂层 与基体间属于冶金结合，涂层厚度约为75Mm,致密无明显缺陷。涂层在650 'C熔融62mol% Li2C03-38mol%K2C03中形成了连续的A1203氧化层，显著 地提高了基体合金的耐蚀性能。
权利要求
1、一种熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，其特征在于在所述双极板的表面制备FeAl耐腐蚀涂层，涂层厚度40～100μm。
2、 按照权利要求1所述熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理 方法，其特征在于所述涂层厚度为60士5Min。
3、 按照权利要求1所述熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理 方法，其特征在于所述涂层采用高能微弧合金化技术合成，合成在输出 功率为210 1500W，电压为40~100V，频率为250~2000Hz条件下进行， 合成中需要沉积-预磨-再沉积，涂层的厚度通过对功率、电压、时间控制来 调节。
4、 按照权利要求3所述熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理 方法，其特征在于所述输出功率为1000 1500W。
5、 按照权利要求3所述熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理 方法，其特征在于所述电压为60 80V。
6、 按照权利要求3所述熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理 方法，其特征在于所述频率为1000~2000Hz。
7、 按照权利要求3所述熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理 方法，其特征在于在合成过程中通入惰性气体。
8、 按照权利要求7所述熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理 方法，其特征在于所述惰性气体为氩气或氦气。
9、 按照权利要求7或8所述熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面 处理方法，其特征在于所述惰性气体为氩气。
全文摘要
本发明提供了一种熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，在所述双极板的表面制备FeAl耐腐蚀涂层，涂层厚度40～100μm。在熔融碳酸盐燃料电池不锈钢双极板表面制备了FeAl耐蚀涂层。它可施加在各类型不锈钢(如304、316L、310型不锈钢)表面。当涂层的厚度达到40μm以上即能对基材不锈钢起到很好保护作用。本发明具有工艺简单、处理成本低，涂层具有优异的抗熔融碳酸盐腐蚀性能等优点。
文档编号H01M4/88GK101488571SQ20081001011
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者曾潮流, 郭平义 申请人:中国科学院金属研究所