專利名稱：接觸電阻低的通電部件用不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接觸電阻值(contact resistance)低的通電部件(conductivemember)用不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
不銹鋼的優(yōu)異的耐腐蝕性(corrosion resistance)通過在其制造過程中在表面形成鈍化膜(passive film)而體現(xiàn)。鈍化膜皮膜以輕氧化鉻(oxy chrom hydroxide)為主體，所以導(dǎo)電性(electrically conductive)差。因此,作為通電部件使用時(shí),需要實(shí)施鍍金等來降低接觸電阻。近年,一直在開發(fā)各種燃料電池(例如固體高分子型燃料電池(proton-exchangemembrane fuel cell)等),并對安裝于該燃料電池的隔板(separator)廣泛使用不銹鋼。不銹鋼具有耐腐蝕性，但隔板不僅要求耐腐蝕性還要求導(dǎo)電性，所以對改善不銹鋼的導(dǎo)電性而用作隔板的技術(shù)進(jìn)行了各種研究。例如，專利文獻(xiàn)I中公開了以下技術(shù)，即通過在不銹鋼(例如SUS304等)的表面實(shí)施鍍金(gold plating)來降低接觸電阻,用作隔板,從而提高燃料電池的輸出功率。但是，由于在鍍金薄時(shí)容易產(chǎn)生針孔(pinhole)，所以很難防止腐蝕，無法穩(wěn)定維持導(dǎo)電性。另一方面，鍍金厚時(shí)，隔板的制造成本上升。另外，專利文獻(xiàn)2中公開了通過使用在表面分散附著有碳粉末的鐵素體系不銹 鋼(ferritic stainless steel),從而改善隔板的導(dǎo)電性的技術(shù)。但是,為了附著碳粉末(carbon powder),需要進(jìn)行復(fù)雜處理，隔板的制造成本上升。另外,如果在隔板的制造工序或燃料電池的組裝工序中碳粉末剝離，則無法得到改善導(dǎo)電性的效果。專利文獻(xiàn)3中公開了通過使具有提高導(dǎo)電性的作用的析出物(例如M23C6型碳化物(M23Cgtype carbide)、M2B型硼化物(M2B typeboride)等)在表面析出，從而改善隔板的導(dǎo)電性的技術(shù)。但是，為了得到這些析出物，必須向不銹鋼添加C、B，所以不銹鋼硬化，并且將不銹鋼加工成鋼板時(shí)的制造性、隔板的制造工序中成形性顯著劣化。并且，由于不銹鋼中的Cr與C或B結(jié)合生成析出物,所以固溶Cr (solid solution Cr)減少,不銹鋼的耐腐蝕性劣化?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I:日本特開平10-228914號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2000-277133號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開2000-214186號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不損害耐腐蝕性和成形性、而接觸電阻(contactelectric resistance)低的(即鈍化膜的電氣導(dǎo)電性優(yōu)異)通電部件用不銹鋼、及其制造方法。本發(fā)明人等對形成于不銹鋼的表面的鈍化膜的組成和不銹鋼的接觸電阻的關(guān)系進(jìn)行深入研究。其結(jié)果可知通過在鈍化膜中含有F (氟(fluorine))，能夠大幅度降低接觸電阻。還發(fā)現(xiàn)為了使鈍化膜有效地含有F，有效的是在含有F離子的酸性水溶液(acidaqueous solution)中在成為規(guī)定的溶解速度(rate of dissolution)的條件下進(jìn)行浸潰處理(dipping treatment),通過控制含有F離子酸性水溶液的濃度(concentration)、溫度，能夠按照以規(guī)定的溶解速度溶解不銹鋼的方式進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明基于這些見解而完成。即本發(fā)明涉及(I) 一種通電部件用不銹鋼，是接觸電阻低的通電部件用不銹鋼，在表面具有鈍化膜，上述鈍化膜含有氟。(2)—種通電部件用不銹鋼的制造方法，是接觸電阻低的通電部件用不銹鋼的制造方法，以0. 002g/ Cm2 · s)以上且低于0. 50g/ Cm2 · s)的溶解速度將不銹鋼浸潰于含有氟離子的溶液。(3)在上述(2)中，上述溶解速度為0.005g/ (m2 *s)以上且低于0. 30g/ (m2 *s)0(4)在上述(2)中，上述溶解速度為O. Olg/ (m2*s)以上且低于0. IOg/ (m2 · S)。根據(jù)本發(fā)明，能夠不損害耐腐蝕性、成形性地得到接觸電阻低的通電部件用不銹鋼。該通電部件用不銹鋼優(yōu)選作為各種燃料電池(尤其是固體高分子型燃料電池)的隔板?，F(xiàn)有的燃料電池中使用昂貴的碳隔板、鍍金隔板，但通過使用本發(fā)明的通電部件用不銹鋼，能夠制造廉價(jià)的隔板。應(yīng)予說明，本發(fā)明的通電部件用不銹鋼不僅可用作燃料電池的隔板，還可廣泛用作具有導(dǎo)電性的不銹鋼制電氣部件(electric part)。


圖I是示意地表示接觸電阻的測定方法的截面圖。圖2A是表示通過X射線光電子能譜法(X-ray photoelectron spectroscopy)得到的派射時(shí)間(sputtering time)與峰值強(qiáng)度(peak intensity)的關(guān)系的圖(保持1000小時(shí)前)。圖2B是表示通過X射線光電子能譜法得到的濺射時(shí)間與峰值強(qiáng)度的關(guān)系的圖(保持1000小時(shí)后)。
具體實(shí)施例方式[發(fā)明的實(shí)施方式]以下，對用于實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行詳細(xì)說明。以下，只要沒有特別說明，化學(xué)成分的％全部表示質(zhì)量％的意思，但適用本發(fā)明的不銹鋼成分沒有特別限定。但是，優(yōu)選為形成于表面的鈍化膜含有Cr的鐵素體系不銹鋼或奧氏體系不銹鋼。具體而言，本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼優(yōu)選為以下所示的成分。· C 0. 03質(zhì)量％以下、N 0. 03質(zhì)量％以下、C + N :0· 03質(zhì)量％以下C和N均與鐵素體系不銹鋼中的Cr反應(yīng)形成化合物，在晶間作為Cr碳氮化合物、析出，所以導(dǎo)致耐腐蝕性的降低。因此C、N的含量越小越優(yōu)選，如果C為O. 03質(zhì)量％以下且N :0. 03質(zhì)量％以下，則不會(huì)顯著降低耐腐蝕性。另外，如果C含量和N含量的總計(jì)超過O. 03質(zhì)量％，則鐵素體系不銹鋼的延展性降低，加工時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。因此，優(yōu)選C為O. 03質(zhì)量％以下、N為O. 03質(zhì)量％以下、并且C + N為O. 03質(zhì)量％以下。應(yīng)予說明，優(yōu)選為C為O. 015質(zhì)量％以下、N為O. 015質(zhì)量％以下、C + N為O. 02質(zhì)量％以下。· Cr 16 45 質(zhì)量 ％
Cr是為了確保作為鐵素體系不銹鋼板的基本的耐腐蝕性所必需的元素，如果Cr含量低于16質(zhì)量％，則燃料電池隔板在所暴露的環(huán)境中不能耐受長時(shí)間的使用。另一方面，如果Cr含量超過45質(zhì)量％，則因σ相的析出韌性降低。因此需要使Cr含量滿足16 45質(zhì)量％的范圍內(nèi)。進(jìn)一步優(yōu)選為16 25質(zhì)量％。本發(fā)明的通電部件用鐵素體系不銹鋼中，除了 C、N、Cr、C和N的總計(jì)含量的限定以外，也可以根據(jù)需要添加以下元素。以下Mo是對抑制鐵素體系不銹鋼的縫隙腐蝕等局部腐蝕有效的元素，根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥砑?。為了得到該效果而添加時(shí)，優(yōu)選為0.01質(zhì)量％以上。添加Mo的情況下，其中，如果超過5. O質(zhì)量％，則鐵素體系不銹鋼顯著脆化，生產(chǎn)率降低。因此，需要使Mo滿足5. O質(zhì)量％以下?！?Si :1. O 質(zhì)量 ％ 以下Si是對脫氧有效的元素，在鐵素體系不銹鋼的熔煉階段進(jìn)行添加。為了得到這種效果，優(yōu)選為0.01質(zhì)量％以上。但是，如果過量含有，則鐵素體系不銹鋼硬質(zhì)化、延展性降低。因此添加Si時(shí)，優(yōu)選為1.0質(zhì)量％以下。其中，更優(yōu)選為O. 01、. 6質(zhì)量％?！?Mn : I. O 質(zhì)量 ％ 以下Mn具有與不可避免地混入的S結(jié)合、降低鐵素體系不銹鋼中固溶的S的效果，所以是對抑制S的晶間偏析、防止熱軋時(shí)的裂紋有效的元素。這種效果在含量為O. 001質(zhì)量9Γ1.0質(zhì)量％能夠發(fā)揮。因此添加Mn時(shí)，優(yōu)選為1.0質(zhì)量％以下。其中，更優(yōu)選為O. ΟΟΓΟ. 8 質(zhì)量 ％?！?Cu 3. O 質(zhì)量 ％ 以下Cu是對改善鐵素體系不銹鋼的耐腐蝕性有效果的元素，根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥砹?。為了得到該效果進(jìn)行添加時(shí)，優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以上。但是,如果添加超過3. 0質(zhì)量％，則熱加工性降低、導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。因此，添加Cu時(shí)，優(yōu)選為3.0質(zhì)量％以下。其中，更優(yōu)選為O. 0Γ2. 5質(zhì)量％。· Ti、Nb、V以及Zr的至少I種總計(jì)為O. 01 I. O質(zhì)量％Ti、Nb、V以及Zr均與鐵素體系不銹鋼中的C、N反應(yīng)形成碳氮化合物。Ti、Nb、V以及Zr以這種方式固定C、N，所以防止隨著Cr碳氮化合物析出引起的耐腐蝕性的降低，尤其是對改善鐵素體系不銹鋼的沖壓成形性有效的元素。如果C與N的含量總計(jì)為O. 03質(zhì)量％以下，則添加Ti、Nb、V以及Zr任一種時(shí)的沖壓成形性的改善效果能夠在各自為O. 01質(zhì)量％以上而發(fā)揮。同時(shí)添加Ti、Nb、V以及Zr時(shí)的沖壓成形性的改善效果在Ti、Nb、V以及Zr的含量總計(jì)為O. 01質(zhì)量％以上而發(fā)揮。另一方面，即便Ti、Nb、V以及Zr各自為I. O質(zhì)量％而總計(jì)含有超過I. O質(zhì)量％，其效果也飽和。因此添加Ti、Nb、V以及Zr的至少I種以上時(shí)，優(yōu)選其總計(jì)為ο. οΓι. ο質(zhì)量％的范圍內(nèi)。本發(fā)明中，除了上述元素以外，為了提高鐵素體系不銹鋼的熱加工性，可以分別添加O. I質(zhì)量％以下的Ca、Mg、稀土元素(所謂的REM)，還可以出于在鋼水階段的脫氧的目的，添加O. 2質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的Al。另外，為了提聞鐵素體系不鎊鋼的朝性，也可以添加I質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的Ni。其它元素是作為剩余部分的Fe和不可避免的雜質(zhì)。接著，對本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼優(yōu)選的制造方法進(jìn)行闡述。本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼的熔煉方法可完全使用公知的熔煉方法，無需特別限 定。例如優(yōu)選的是用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行熔煉，通過強(qiáng)攪拌、真空氧脫碳處理(SS-VOD)進(jìn)行2次精煉。從生產(chǎn)率、品質(zhì)的方面出發(fā)，鑄造方法優(yōu)選連續(xù)鑄造法。通過鑄造得到的鋼坯例如加熱至100(Tl250°C，通過熱軋得到所希望的板厚的熱軋板。該熱軋板優(yōu)選在80(Tll50°C的熱軋板退火后、酸洗后再進(jìn)行冷軋從而得到規(guī)定的產(chǎn)品板厚，或者進(jìn)一步實(shí)施80(ni50°C的退火、另外或者進(jìn)一步實(shí)施酸洗處理從而得到產(chǎn)品。該冷軋工序中，也可以按照生產(chǎn)上的情況，根據(jù)需要進(jìn)行包含中間退火的2次以上冷軋。另外，根據(jù)用途，在冷軋退火后增加輕度的調(diào)質(zhì)軋制(skin pass rolling,平整軋制等)。通過后述的使不銹鋼的鈍化膜含有F的方法,對這樣得到不銹鋼板進(jìn)行處理。接著,闡述本發(fā)明中奧氏體系不銹鋼(austenitic stainless steel)的成分的優(yōu)選范圍。· C 0. I 質(zhì)量 ％ 以下C與奧氏體系不銹鋼中的Cr反應(yīng)形成化合物，在晶間作為Cr碳氮化合物析出，所以導(dǎo)致耐腐蝕性的降低。因此C的含量越小越優(yōu)選，如果為O. I質(zhì)量％以下，則不會(huì)顯著降低耐腐蝕性。因此C設(shè)為0.1質(zhì)量％以下。應(yīng)予說明，優(yōu)選為O. 03質(zhì)量％以下。· Cr: 13 30 質(zhì)量 ％Cr是為了確保作為奧氏體系不銹鋼的基本的耐腐蝕性所必需的元素，如果Cr含量低于13質(zhì)量％，則燃料電池隔板在所暴露的環(huán)境中不能耐受長時(shí)間的使用。另一方面，如果Cr含量超過30質(zhì)量％，則很難得到奧氏體組織。因此需要使Cr滿足13 30質(zhì)量％的范圍內(nèi)。· Ni: 3 40 質(zhì)量 ％Ni是穩(wěn)定奧氏體相的元素。如果Ni含量低于3質(zhì)量％，則不能得到奧氏體相的穩(wěn)定化的效果。另一方面，如果Ni含量超過40質(zhì)量％，則由于過度消耗Ni而導(dǎo)致成本的上升。因此需要使Ni滿足:Γ40質(zhì)量％的范圍內(nèi)。本發(fā)明的奧氏體系不銹鋼中，除了 C、Cr、Ni以外，還可以根據(jù)需要添加下述元素。· Mo 10. O 質(zhì)量 ％ 以下Mo是對抑制奧氏體系不銹鋼的縫隙腐蝕等局部腐蝕有效的元素，根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥砑印榱说玫皆撔Ч砑訒r(shí)，優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以上。但是,如果超過10. O質(zhì)量％，則不銹鋼顯著脆化，生產(chǎn)率降低。因此需要使Mo滿足10. O質(zhì)量％以下?！?N :2. O 質(zhì)量 ％ 以下N是具有抑制奧氏體系不銹鋼的局部腐蝕的作用的元素。但是，工業(yè)上很難含有N含量超過2. O質(zhì)量％，因此將其作為上限。另外在通常的熔煉方法中，如果超過O. 4質(zhì)量％，則為了在不銹鋼的熔煉階段添加N需要很長時(shí)間，所以導(dǎo)致生產(chǎn)率的降低。因此，從成本方面考慮進(jìn)一步優(yōu)選為O. 4質(zhì)量％以下。更優(yōu)選為O. 01" . 3質(zhì)量％。· Cu 3. O 質(zhì)量 ％ 以下Cu是具有改善奧氏體系不銹鋼的耐腐蝕性的作用的元素。為了得到這種效果，優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以上。但是，如果Cu含量超過3. O質(zhì)量％，則熱加工性降低，導(dǎo)致生產(chǎn)率的降低。因此添加Cu時(shí)，優(yōu)選為3.0質(zhì)量％以下。其中，更優(yōu)選為O. Of 2. 5質(zhì)量％。.Si :1.5 質(zhì)量 ％ 以下 Si是對脫氧有效的元素，在奧氏體系不銹鋼的熔煉階段進(jìn)行添加。為了得到這種效果，優(yōu)選為0.01質(zhì)量％以上。但是，如果過量含有，則隔板用不銹鋼硬質(zhì)化，延展性降低。因此添加Si時(shí)，優(yōu)選為I. 5質(zhì)量％以下。其中，更優(yōu)選為O. Ofl. O質(zhì)量％?！?Mn : 10 質(zhì)量 ％ 以下Mn具有與不可避免地混入的S結(jié)合、降低奧氏體系不銹鋼中固溶的S的效果，所以是對抑制S的晶間偏析、防止熱軋時(shí)的裂紋有效的元素。這種效果在含量為O. 001質(zhì)量％以上能夠發(fā)揮。因此添加Mn時(shí)，優(yōu)選為O. 001質(zhì)量％以上。另外，Mn還可以出于使奧氏體相穩(wěn)定化目的而添加，如果超過10%，則軋制負(fù)荷變高，導(dǎo)致制造性的降低，因此優(yōu)選為10%以下?！?Ti、Nb、V以及Zr中的至少I種總計(jì)為O. 01 2質(zhì)量％Ti、Nb、V以及Zr均與奧氏體系不銹鋼中的C反應(yīng)形成碳化物。Ti、Nb、V以及Zr以這種方式固定C，所以是對改善奧氏體系不銹鋼的耐晶間腐蝕性有效的元素。如果C的含量為O. I質(zhì)量％以下，則添加Ti、Nb、V以及Zr的任一種時(shí)的耐腐蝕性的改善效果在Ti、Nb、V以及Zr添加I種以上且分別為O. 01質(zhì)量％以上時(shí)能夠發(fā)揮。同時(shí)添加Ti、Nb、V以及Zr時(shí)的耐腐蝕性的改善效果在Ti、Nb、V以及Zr的含量總計(jì)為O. 01質(zhì)量％以上時(shí)能夠發(fā)揮。另一方面，即便Ti、Nb、V以及Zr分別為2質(zhì)量％，總計(jì)含有超過2質(zhì)量％，其效果也飽和。因此，添加I種以上Ti、Nb、V以及Zr中任一種時(shí)，優(yōu)選其總計(jì)為O. 0Γ2質(zhì)量％的范圍內(nèi)。本發(fā)明中，除了上述元素以外，為了提高奧氏體系不銹鋼的熱加工性，可以添加分別為O. I質(zhì)量％以下的Ca、Mg、稀土元素(所謂的REM)，也可以出于鋼水階段的脫氧的目的而添加O. 2質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的Al。其它元素是作為剩余部分的Fe和不可避免的雜質(zhì)。接著，對本發(fā)明的奧氏體系鐵素體鋼優(yōu)選的制造方法進(jìn)行闡述。本發(fā)明的奧氏體系不銹鋼的熔煉方法可完全使用公知的熔煉方法，無需特別限定。例如優(yōu)選的是用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行熔煉，通過強(qiáng)攪拌、真空氧脫碳處理(SS-VOD)進(jìn)行2次精煉。從生產(chǎn)率、品質(zhì)的方面出發(fā)，鑄造方法優(yōu)選連續(xù)鑄造法。通過鑄造得到的鋼坯例如加熱至100(Tl250°C，通過熱軋得到所希望的板厚的熱軋板。該熱軋板優(yōu)選在80(Tll50°C的熱軋板退火后、酸洗后再進(jìn)行冷軋從而得到規(guī)定的產(chǎn)品板厚，或者進(jìn)一步實(shí)施80(ni50°C的退火、另外或者進(jìn)一步實(shí)施酸洗處理從而得到產(chǎn)品。該冷軋工序中，也可以按照生產(chǎn)上的情況，根據(jù)需要進(jìn)行包含中間退火的2次以上冷軋。另外，根據(jù)用途，在冷軋退火后增加輕度的調(diào)質(zhì)軋制(skin pass rolling,平整軋制等)。通過后述的使不銹鋼的鈍化膜中含有F的方法，對這樣得到的不銹鋼板進(jìn)行處理。接著，對于使不銹鋼的鈍化膜含有F的方法，在以下進(jìn)行說明。為了使不銹鋼的鈍化膜含有F，將不銹鋼浸潰在含有F離子的溶液中。使用的溶液優(yōu)選酸性水溶液(例如氫氟酸(hydrofluoric acid)與硝酸(nitric acid)的混合液(compound liquid)、氟化鈉(sodium fluoride)與硝酸的混合液等)。溶液中的F離子一旦破壞浸潰處理前形成于不銹鋼表面的鈍化膜，則之后被導(dǎo)入到鈍化膜中。為了使鈍化膜有效地含有F，有效的是在含有F離子的酸性水溶液中在成為規(guī)定的溶解速度的條件下進(jìn)行浸潰處理，按照控制含有F離子的酸性水溶液的濃度、溫度而以規(guī)定的溶解速度溶解不銹鋼的方式進(jìn)行調(diào)整。但是，為了將F導(dǎo)入到鈍化膜，需要在規(guī)定的范圍內(nèi)維持不銹鋼的溶解速度。 如果不銹鋼的溶解速度低于0. 002g/ Cm2 · S)，則延遲鈍化膜的破壞，所以直至F被導(dǎo)入鈍化膜需要很長時(shí)間，導(dǎo)致隔板等部件的生產(chǎn)率的降低。另一方面，如果不銹鋼的溶解速度為0. 50g/ Cm2 · s)以上，則鈍化膜在短時(shí)間被破壞而溶解，所以不產(chǎn)生F被導(dǎo)入到鈍化膜中的現(xiàn)象。即，在鋼板表面沒有鈍化膜的狀態(tài)下引起不銹鋼的溶解，因此F離子沒有導(dǎo)入到鈍化膜中的機(jī)會(huì)。并且如果溶解速度過快，則包含不銹鋼中的析出物(例如碳化物、氮化物(nitride)等)、溶液中的氟化鐵(ferrous fluoride)的粉狀物(smut)附著在不銹鋼的表面，有可能損害導(dǎo)電性和耐腐蝕性。因此，使不銹鋼的溶解速度為0.002g/ Cm2 · s)以上且低于0. 50g/ Cm2 · s)的范圍。更優(yōu)選不銹鋼的溶解速度為0. 005g/ Cm2 · s)且低于0.30g/ (m2*s)的范圍，進(jìn)一步優(yōu)選不銹鋼的溶解速度為0. Olg/ (m2*s)以上且低于0. IOg/ (m2*S)的范圍。應(yīng)予說明，溶解速度越快表面越均勻地溶解，難以產(chǎn)生酸洗不均等的表面缺陷，所以不銹鋼的溶解速度優(yōu)選為0. 05g/ Cm2 · s)以上。不銹鋼的溶解速度的調(diào)整通過控制溶液中的氧化劑(例如硝酸等)的濃度或溶液的溫度而進(jìn)行。具體而言，通過預(yù)先求得在酸性水溶液中的浸潰條件(酸性水溶液的濃度、溫度、時(shí)間)與溶解速度的關(guān)系，能夠調(diào)整不銹鋼的溶解速度。應(yīng)予說明，酸性水溶液的濃度優(yōu)選氫氟酸的濃度為Iwt°/Tl5wt%、硝酸的濃度為5wt%以下(也包含0wt%)、氫氟酸/硝酸的濃度比為2. 5倍以上。氧化劑的濃度或氫氟酸/硝酸的濃度比不在上述范圍時(shí)，很難得到規(guī)定的溶解速度。將不銹鋼浸潰于溶液的時(shí)間(以下，稱為浸潰時(shí)間)沒有特別限定。但是，為了破壞鈍化膜，優(yōu)選將浸潰時(shí)間設(shè)為30秒以上。如果浸潰時(shí)間為30秒以上，則在不銹鋼的制造過程中即便形成穩(wěn)固的鈍化膜，也能夠破壞鈍化膜。另一方面，即便過度延長浸潰時(shí)間，鈍化膜含有的F量也飽和，所以無法實(shí)現(xiàn)接觸電阻的進(jìn)一步降低，并且導(dǎo)致隔板的生產(chǎn)降低。因此，進(jìn)一步優(yōu)選浸潰時(shí)間為3(Γ180秒的范圍內(nèi)。另外，酸性水溶液的溫度優(yōu)選為40°C以上。如果溶液的溫度為40°C以上，則在不銹鋼的制造過程中即便形成穩(wěn)固的鈍化膜，也能夠破壞鈍化膜。另一方面，酸性水溶液的溫度超過70°C時(shí)，結(jié)果F蒸發(fā)，所以無法使鈍化膜含有F。因此，從均勻溶解的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選酸性水溶液的溫度為4(T70°C的范圍內(nèi)，但并不限定于該范圍。這樣，形成含有F的鈍化膜。根據(jù)本發(fā)明人等的實(shí)驗(yàn)，用X射線光電子能譜法(XPS)分析鈍化膜而確認(rèn)含有F的情況下，接觸電阻大幅度降低。本發(fā)明中，接觸電阻優(yōu)選為20πιΩ · cm2以下，從用作通電部件用不銹鋼的觀點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)一步優(yōu)選為IOmΩ · cm2以下。通過使鈍化膜含有F從而降低不銹鋼的接觸電阻的機(jī)理尚不明確?？赏茢嘤捎谛纬赦g化膜的輕氧化鉻是半導(dǎo)體(semiconductor material),所以通過含有F而電子結(jié)構(gòu)(electronic structure)發(fā)生變化、體現(xiàn)了降低接觸電阻的效果。應(yīng)予說明，本發(fā)明中，鈍化膜含有的F含量沒有特別限定。如以上說明所述，如果將不銹鋼浸潰在含有F離子的溶液中，則為了降低接觸電阻，可以使鈍化膜含有必要且足夠量的F。另外，含有F的處理后的鈍化膜的厚度，例如，可以通過X射線光電子能譜法和濺射進(jìn)行測定，但本發(fā)明中，從鈍化膜的電氣導(dǎo)電性的觀點(diǎn)出發(fā)，鈍化膜的厚度優(yōu)選為IOnm 以下。進(jìn)一步優(yōu)選為7nm以下。實(shí)施例從板厚O. Imm的不銹鋼板中切出I邊30mm的正方形的試驗(yàn)片。使用的不銹鋼板為奧氏體系不銹鋼、SUS304U以質(zhì)量％計(jì)18%0-8%附)、鐵素體系不銹鋼、210鋼(以質(zhì)量％計(jì)21%Cr-0. 4%Cu)，奧氏體系不銹鋼、SUS201 (以質(zhì)量％計(jì)17%Cr_4. 5%Ni_6%Mn)。將得到的試驗(yàn)片用丙酮(acetone)進(jìn)行脫脂，接著，在表I所示的條件下浸潰于酸性水溶液，進(jìn)一步用純水(purified water)進(jìn)行清洗,用冷風(fēng)(cold blast)干燥。在各種條件下,分別將各4枚試驗(yàn)片浸潰于酸性水溶液。測定將這些試驗(yàn)片浸潰于酸性水溶液前后的重量，由其重量差計(jì)算溶解速度。將其平均值示于表I。另外，用X射線光電子能譜法分析浸潰于酸性水溶液后的試驗(yàn)片的鈍化膜，調(diào)查有無含F(xiàn)。X射線光電子能譜法中，對于Fe、Cr、F、0,由得到的光譜(spectrum)計(jì)算各自元素的積分強(qiáng)度(integrated intensity)。此外,邊通過派射(sputtering)除去試驗(yàn)片的表面、邊沿深度方向測定上述元素的分布。解析這樣得到的各元素光譜，F(xiàn)可作為峰值(peak)進(jìn)行確認(rèn)，判定為試驗(yàn)片的鈍化膜中含有F。將其結(jié)果示于表I。應(yīng)予說明，對于不浸潰于酸性水溶液的試驗(yàn)片，也同樣調(diào)查鈍化膜有無含F(xiàn)。將其結(jié)果一并不于表I。此外，對于浸潰于酸性水溶液的試驗(yàn)片以及不浸潰的試驗(yàn)片，測定接觸電阻。如圖I所示，接觸電阻的測定如下將2枚試驗(yàn)片I從兩面用相同大小的碳紙(carbon paper) 2(東麗制(made by Toray)TGP-H_120)交替夾持,進(jìn)而接觸對銅板(copper plate)實(shí)施了鍍金的電極3,每單位面積施加196N/cm2 (= 20kgf/cm2)的壓力,測定2枚試驗(yàn)片I之間的電阻，乘以接觸面積(contact area)，再除以接觸面數(shù)(=2)，將得到的值作為接觸電阻值。作為通電部件用不銹鋼，接觸電阻值優(yōu)選為20πιΩ · cm2以下，進(jìn)一步更優(yōu)選為ΙΟπιΩ · cm2以下。這樣，改變試驗(yàn)片I的組合分別測定4次，將其平均值示于表I。表I所示的發(fā)明例是浸潰于溶解有F離子的酸性水溶液中的試驗(yàn)片I的溶解速度滿足0. 002g/ Cm2 · S)以上且低于0. 50g/ Cm2 · s)的范圍內(nèi)且在鈍化膜中含有F的例子。比較例是鈍化膜不含有F的例子。由表I可知，SUS304L中，作為發(fā)明例的標(biāo)號(hào)4 8的接觸電阻為20πιΩ · cm2以下。在不銹鋼的溶解速度為O. 093g/ (m2 -s)的標(biāo)號(hào)6,0. 045g/ (m2 -s)的標(biāo)號(hào)7中，接觸電阻為ΙΟι Ω · cm2以下。21Cr鋼中，作為發(fā)明例的標(biāo)號(hào)If 16的接觸電阻為20ι Ω · cm2以下。在不銹鋼的溶解速度為O. 021g/ Cm2 · S) 0.098g/ Cm2 · s)的標(biāo)號(hào)12 16中，接觸電阻為IOmQ .cm2以下。SUS201中，作為發(fā)明例的標(biāo)號(hào)21 24的接觸電阻為20ι Ω · cm2以下。在不銹鋼的溶解速度為O. 059g/ (m2 *s)的標(biāo)號(hào)23和O. 017g/ (m2 · s)的標(biāo)號(hào)24中，接觸電阻為ΙΟπιΩ ^cm2以下。任何鋼種的發(fā)明例的接觸電阻均大幅度降低。與此相對，比較例均為20m Ω · cm2以上。接著，對于浸潰于5wt%HF + lwt%HN03的酸性水溶液的21Cr鋼的試驗(yàn)片(表I的標(biāo)號(hào)14),假定作為固體高分子型燃料電池的隔板而使用，在pH3的硫酸水溶液(sulfuricacid aqueous solution)(溫度8CTC )中，保持恒定的電位(electric potential) (0.8Vvs SHE) 1000小時(shí)。其后，回收試驗(yàn)片，用X射線光電子能譜法調(diào)查鈍化膜有無含F(xiàn)。調(diào)查方法如上所述。將利用該X射線光電子能譜法得到的結(jié)果示于圖2A和圖2B。圖2A和圖2B的橫軸為濺射的所需時(shí)間(以下，稱為濺射時(shí)間)，縱軸為光譜的峰值強(qiáng)度。圖2A是保持1000小時(shí)前的分析結(jié)果，圖2B是保持1000小時(shí)后的分析結(jié)果。由圖2A和圖2B可知，任何試驗(yàn)片均能夠在濺射時(shí)間為60秒以下的范圍將F作為峰值進(jìn)行確認(rèn)。另一方面，如果濺射時(shí)間超過60秒，則鈍化膜被除去，變成分析不銹鋼板的基底中的F，但F的峰值強(qiáng)度幾乎為O。換句話說，實(shí)施假定作為固體高分子型燃料電池的隔板使用的處理后，也能夠確認(rèn)鈍化膜含有F。此外，回收試驗(yàn)片測定接觸電阻。測定方法如上所述。其結(jié)果，接觸電阻為5. 2m Ω cm2。換句話說，實(shí)施假定作為固體高分子型燃料電池的隔板使用的處理后，接觸電阻也保持為較低，能夠確認(rèn)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。應(yīng)予說明，這里，對使用氫氟酸與硝酸的混合液作為浸潰不銹鋼的酸性水溶液的例子進(jìn)行說明，但也可以使用氟化鈉、氟化I丐(calcium fluoride)、氟化鋰(lithiumfluoride)等來代替氫氟酸。另外，酸性水溶液的濃度、溫度等只要根據(jù)浸潰的不銹鋼板的成分以成為規(guī)定的溶解速度的方式調(diào)整即可。符號(hào)說明I…試驗(yàn)片，2…碳紙,3…電極(electric pole)
表I
權(quán)利要求
1.一種不銹鋼，其特征在于，是接觸電阻低的通電部件用不銹鋼，其表面具有鈍化膜，所述鈍化膜含有氟。
2.一種不銹鋼的制造方法，其特征在于，是接觸電阻低的通電部件用不銹鋼的制造方法，以0. 002g/ Cm2 s)以上且低于0. 50g/ Cm2 s)的溶解速度將不銹鋼浸潰于含有氟離子的溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不銹鋼的制造方法，其中，所述溶解速度為0.005g/Cm2-S)以上且低于0. 30g/ (m2 S)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不銹鋼的制造方法，其中，所述溶解速度為0.Olg/ Cm2 * s)以上且低于0. IOg/ Cm2 S)。
全文摘要
本發(fā)明提供具有優(yōu)異的導(dǎo)電性的(即接觸電阻低)通電部件用不銹鋼及其制造方法。具體而言，以0.002g/(m2·s)以上且低于0.50g/(m2·s)的溶解速度將不銹鋼浸漬于含有氟離子的溶液中，使其表面的鈍化膜含有氟。
文檔編號(hào)H01M8/02GK102713004SQ20108006179
公開日2012年10月3日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者井手信介, 加藤康, 宇城工, 石井知洋, 石川伸 申請人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社