[发明专利]粉末冶金部件

说明书

本发明涉及到一种具有至少80重量％铬含量的粉末冶金部件，其中孔隙和/或氧化物夹杂物存在于该部件中，其中在至少一个区域中贯穿该部件的切割表面处孔隙及氧化物夹杂物总和的每单位面积数目为至少10000/mm²。

技术领域

本发明涉及一种具有至少80重量％铬含量的粉末冶金部件(其中孔隙和/或氧化物夹杂物存在于该部件中)及其生产方法。本发明进一步涉及一种可获自该粉末冶金部件的用于电化学电池的互连器(Interkonnektor)，及具有铬含量为至少80重量％的区域的、用于电化学电池的互连器，其中孔隙及/或氧化物夹杂物存在于该区域中。最后，本发明涉及将互连器用于生产电化学电池的用途。

背景技术

为了连接固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell；SOFC)或类似电化学电池以形成堆(Stack)，就介于700℃与950℃之间的工作温度下的使用而言，特别适合的是具有高Cr含量的部件，即所谓的互连器。如EP 0 578 855中所描述，这些部件例如能够由成分为Cr5FeY的Cr基合金生产。这些部件实质上用于单个电化学电池的电接触、反应气体的传导及相邻电池的反应气体的分离。为确保相邻电池的气体空间的分离，这些部件必须具有高气密性或低透气性。

在现有技术中，通过粉末冶金网状或近网状的生产工艺以便宜方式进行互连器的制造，该生产工艺包含以下步骤：制备粉末批料、压制粉末、预烧结、可选的校准烧结以及在还原气体中烧结。当使用当前市面有售的Cr粉末时，此类互连器在烧结工艺之后仍不具有足够的气密性。存在介于4体积％至12体积％之间的残余孔隙率且孔隙结构极其粗糙，其在部分为开口的。这种开口的残余孔隙率在目的性的氧化工艺中减至最小以达到对于应用而言充分的气密性。这是可能的，因为所得Cr₂O₃或Cr与Al的混合氧化物(参见US 2010/0233576 A)具有比金属基体更大的体积，使得孔隙在氧化工艺过程中封闭。就此，无需将直到部件核心的所有孔隙经氧化物填充，但至少封闭约0.2mm厚的边缘层。在后续过程中，至少在电接触面区域中，例如通过喷砂处理工艺而再次将部件表面上所产生的氧化层移除，以便确保在燃料电池堆工作开始时电化学电池与互连器之间的最佳金属接触。

尽管可通过额外氧化步骤与后续喷砂处理获得足够的气密性，但此方法可能造成一些困难。就此涉及以下几点：

-具有高残余孔隙率或甚至仅具有高残余孔隙率区域的部件，需要或者在高温下氧化或者在极长时间内保持于温度以上，以便形成具有氧化铬作为主要成分的充足量的氧化物夹杂物，尤其当较大开口孔隙存在于该部件中时。较高氧化温度及较长保持时间关联到制造中的相应成本。

-较高程度的氧化物夹杂物会引起所期望的部件物理特性(例如热膨胀系数、热传导率、断裂行为)的变化，因为这些特性不仅由金属基体而且由孔隙填充物逐渐确定。该变化可影响到部件整体或仅影响选定的部件区域，导致部件变得异质。

-如果氧化物夹杂物程度过高，尤其若孔隙率局部上大小不同(这由于板的两面上的结构不同而在实际部件中为常见情况)，则这导致部件由于过度变形而成为废品且必须废弃。

-在氧化过程中，除了形成氧化物夹杂物也可形成Cr氮化物，这些Cr氮化物同样可改变部件的所期望的物理特性。

发明内容

因此，本发明的目的为提供一种补救办法且提供一种会减少所述缺点的粉末冶金部件。特别是，该粉末冶金部件具有低透气性，能够低成本地生产且同时尽可能不含有不期望的杂质，如铬氮化物。