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技术

本发明专利技术涉及一种金属带(1)或薄片，该金属带或薄片包括由覆盖有至少一个基于氮化铬的涂覆层(5)的不锈钢制成的基体(3)。该基于氮化铬的涂覆层(5)是有纹理的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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
本专利技术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。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(Protonexchangemembranefuelcells，PEMFC)包括电池单元、气体扩散层(gasdiffusionlayers，GDL)以及双极板，每个电池单元由也被称为膜电极组件(membraneelectrodeassembly，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，本专利技术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。
技术实现思路
为此，本专利技术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。本专利技术还涉及一种板，通过使如之前限定的带或薄片发生变形来得到该板。本专利技术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。本专利技术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专利技术，在附图中：-图1为根据本专利技术的金属带的示意图；-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为根据本专利技术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专利技术的带进行对比的图像；-图7为通过对由图1的带得到的坯料进行冲压而得到的板的扫描电子显微镜图像；-图8为与图7的图像类似的通过对由不是根据本专利技术的带得到的坯料进行冲压而得到的板的图像；-图9为通过对由图1的带得到的坯料进行冲压而得到的板的透射电子显微镜图像；-图10为与图9的图像类似的从一板得到的图像，该板是通过对由不是根据本专利技术的带得到的坯料进行冲压而得到的；-图11为根据本专利技术的另一实施例的金属带的示意图；-图12为用于制造图11的带的方法的一部分的示意性图解；-图13为根据第一实施例的沉积设备的示意性图解；-图14为不是根据本专利技术的沉积设备的示意性图解；-图15为根据第二实施例的沉积设备的示意性图解；以及-图16为用于测量接触电阻的组件的示意性图解。具体实施方式在整个说明书中，表述“介于a到b之间”必须被理解为包括边界a和b。图1中示出的金属带1包括不锈钢基体3以及至少一个涂覆层5。更具体地，基体3是由不锈钢，并且尤其是由铁素体的或奥氏体的不锈钢制成的带。作为示例，基体3由1.4404、1.4306、1.4510或1.4509不锈钢制成。基体3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。可使用任何适当的传统方法，例如通过使由所需的合金制成的板材经过一次或数次的冷轧之后再经过一次或数次的热轧来得到呈带的形式的基体3，该方法能够包括尤其是用于低温退火的一种或数种热处理。基体3的不锈钢是多晶的。因此，该不锈钢由多个晶粒构成。形成基体3的钢的晶粒具有严格小于50微米的尺寸，并且该尺寸尤其介于10微米到30微米之间。涂覆层5是一种基于CrN类型的氮化铬的层。如将在稍后看到的，基于氮化铬的层可选地包括在限量之内的氧，该限量在稍后将被详细描述。作为示例，基于氮化铬的涂覆层5由CrNxOy和可能的杂质组成，其中，x介于0.6到2之间，并且y严格小于1.4，该杂质尤其是由制造过程产生的杂质。x与y的和使得基于氮化铬的涂覆层5具有Cr1N1的面心立方晶体结构。该晶体结构对本领域技术人员来说是已知的。例如，涂覆层5具有介于3nm到150nm之间的厚度。更具体地，该厚度大于或等于50nm，并且例如大于或等于50nm并且小于或等于100nm。通过使用物理气相沉积方法来得到涂覆层5。使用物理气相沉积方法来沉积基于氮化铬的涂覆层5导致该涂覆层具有独特的微观结构。具体地，涂覆层5具有柱状构造，其中，如果不进行比较(comparable)，则该涂覆层具有的晶粒与构成基体3的钢的晶粒具有大致相同的尺寸。涂覆层5具有垂直于基体3的生长方向。使用物理气相沉积方法导致涂覆层5具有由柱构成的柱状结构，该柱具有介于涂覆层5的厚度的10％到20％之间的宽度。作为示例，柱的宽度约为10纳米。涂覆层5的柱沿涂覆层5的生长方向生长。在本文中，柱的长度是指柱沿垂直于基体3的方向的尺寸维度，柱的宽度是指柱在与基体3的中间平面平行的平面中的尺寸。金属带1的涂覆层5从晶体的角度来看是具有纹理的。这种纹理使得稍后将被描述的方法被实施。“具有纹理的”意味着构成涂覆层5的柱的晶体生长方向不是随机的，而是被高度地定向成沿着限定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属的带(1；1’)或薄片，所述金属的带或薄片包括由覆盖有至少一层基于氮化铬的涂覆层(5；5’)的不锈钢制成的基体(3；3’)，其特征在于，所述基于氮化铬的涂覆层(5；5’)是有纹理的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属的带(1；1’)或薄片，所述金属的带或薄片包括由覆盖有至少一层基于氮化铬的涂覆层(5；5’)的不锈钢制成的基体(3；3’)，其特征在于，所述基于氮化铬的涂覆层(5；5’)是有纹理的。2.根据权利要求1所述的带(1；1’)或薄片，其中，所述涂覆层(5；5’)与所述基体(3；3’)具有外延附生关系。3.根据权利要求1或2所述的带(1；1’)或薄片，其中，使用物理气相沉积方法，尤其是通过阴极喷镀来得到所述基于氮化铬的涂覆层(5；5’)。4.根据前述权利要求中任一项所述的带(1；1’)或薄片，其中，所述基于氮化铬的涂覆层(5；5’)直接形成于所述不锈钢基体(3；3’)上，而没有钝化层(10)的介入。5.根据前述权利要求中任一项所述的带(1；1’)或薄片，其中，所述基体(3；3’)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。6.根据前述权利要求中任一项所述的带(1；1’)或薄片，其中，所述基体(3；3’)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。7.根据前述权利要求中任一项所述的带(1；1’)或薄片，其中，所述涂覆层(5；5’)具有柱状结构，优选地，柱的宽度介于所述涂覆层(5；5’)的厚度的10％到20％之间。8.根据前述权利要求中任一项所述的带(1；1’)或薄片，其中，所述涂覆层(5’)可选地包括氧，所述涂覆层(5’)通过物理气相沉积(PVD)而得到，其特征在于，所述涂覆层(5’)在其表面上具有表面区域(8)，所述表面区域包含的原子氧含量严格小于其原子氮含量。9.根据权利要求8所述的金属的带(1；1’)或薄片，其中，所述表面区域(8)具有的高度小于或等于所述涂覆层(5’)的总厚度的15％。10.根据权利要求8或9所述的金属的带(1’)或薄片，其中，所述涂覆层(5’)在与所述基体(3’)的交界面处包括界面区域(6)，所述界面区域包括的原子氧含量严格小于其原子氮含量。11.根据权利要求10所述的金属的带(1’)或薄片，其中，所述界面区域(6)具有的高度小于或等于所述涂覆层(5；5’)的总厚度的15％。12.根据权利要求8至11中的任一项与权利要求10相结...

【专利技术属性】
技术研发人员：宝琳·吉拉尔东，塞巴斯蒂安·塔浩恩，简米歇尔·达马瑟，玛丽海伦·伯杰，休斯·科尔尼，奥利维尔·赫诺特，阿兰·彼马德，
申请(专利权)人：艾普伦，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU