[发明专利]Nb碳化物表面改性燃料电池不锈钢双极板及其制造方法

权利要求书

1.Nb碳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)、位于双极板基体表面的表层改性层(1)和介于表层改性层(1)和双极板基体之间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Nb碳化物层，次表层合金化扩散层(2)为Nb、C的扩散固溶体层。

2.根据权利要求1所述的Nb碳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碳化物，Nb碳化物为单相NbC和单相Nb₂C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、C的扩散固溶体的Nb和C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、C的扩散固溶体的Nb和C质量浓度为：Nb为10wt％～90wt％，C为0.1wt％～6.0wt％，不锈钢双极板基体处的Nb和C质量浓度为不锈钢双极板基体的Nb、C含量。

3.根据权利要求1所述的Nb碳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Nb碳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1～20μm，次表层合金化扩散层(2)的厚度为0.1～30μm。

5.权利要求1所述的Nb碳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，对半成品双极板的表面改性处理包括；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500-950V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，其特征在于所述对半成品双极板的表面改性处理还包括以下步骤：

将获得高Nb的合金化层的半成品双极板和金属Nb源置于含有工作气体的的密封体内，对获得高Nb的合金化层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0.03～3kPa气压下形成含C等离子气氛或者含Nb和C的等离子气氛进行处理，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Nb碳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，所述的含C等离子气氛的工作气体是下述混合气体中的一种：丙酮和氩气Ar的混合气体，或者丙酮和氢气H₂的混合气体，或者甲烷CH₄和氩气Ar的混合气体，或者甲烷CH₄和氢气H₂的混合气体；混合气体按体积比，在丙酮和氩气Ar或者丙酮和氢气H₂的混合气体中丙酮气体含量为1～50％，在甲烷CH₄和氩气Ar或者甲烷CH₄与氢气H₂的混合气体中甲烷含量为5～40％。

7.根据权利要求5所述的Nb碳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C的等离子气氛的工作气体是下述混合气体中的一种：丙酮和氩气Ar的混合气体，或者甲烷CH₄和氩气Ar的混合气体；混合气体按体积比，在丙酮和氩气Ar的混合气体中丙酮气体含量为1～40％，在甲烷CH₄和氩气Ar的混合气体中甲烷含量为5～30％。

8.根据权利要求7所述的Nb碳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C的等离子气氛由下述方法获得：将金属Nb源置于密封体内，向Nb源施加600-900V脉冲直流电压，电流密度为0.1～10mA/cm²，工作气压为0.01～2kPa，分别用氩气Ar和丙酮混合气体或者氩气Ar和甲烷CH₄混合气体轰击金属Nb源获得。