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燃料電池用セパレータの製造方法 UPDATE

国内特許コード P07A011498
整理番号 /NO33273
掲載日 2007年11月16日
出願番号 特願2002-133610
公開番号 特開2003-331858
登録番号 特許第4275899号
出願日 平成14年5月9日(2002.5.9)
公開日 平成15年11月21日(2003.11.21)
登録日 平成21年3月13日(2009.3.13)
発明者
  • 森 久史
  • 辻村 太郎
  • 宮本 岳史
  • 喜多川 眞好
  • 道浦 吉貞
  • 前川 恵一
  • 北田 信雄
  • 東 健司
出願人
  • 公益財団法人鉄道総合技術研究所
  • 株式会社栗本鐵工所
  • 東 健司
発明の名称 燃料電池用セパレータの製造方法 UPDATE
発明の概要 【課題】 加工が容易で割れや反りがなく、機械的強度、電気伝導性、耐食性に優れ軽量でありコストを低減することができる燃料電池用セパレータとその製造方法及び燃料電池を提供する。
【解決手段】 アルミニウム2.5~3.5重量%、亜鉛0.5~1.5重量%、マンガン0.15重量%以上、鉄0.01重量%以下、ケイ素0.10重量%以下、銅0.10重量%以下、ニッケル0.005重量%以下、カルシウム0.04重量%以下、希土類金属0.1~0.3重量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金を温度553K、押し出し比率7%で熱間押し出し加工した。熱間押し出し加工後のマグネシウム合金を温度573Kで10時間時効処理して、超塑性鍛造加工によって流路溝90a及び取付孔90bを一体成形した。
従来技術、競合技術の概要


燃料電池用セパレータは、電気的及び腐食環境におかれる一つの構造物として取り扱われており、燃料電池用セパレータの材料には軽量、機械的強度、電気伝導性及び耐食性が求められ、大量使用されるためコストの低減が強く望まれている。従来、グラファイト、天然若しくは人口黒鉛、アモルファスカーボン、膨張黒鉛などのカーボン系材料や、ステンレス鋼、アルミニウム合金又はチタン合金などを使用した燃料電池用セパレータが知られている。カーボン系材料は、軽くて強度を有するが脆くて加工が困難であり、カーボン自体のコストが非常に高く、燃料電池用セパレータとして大量に使用する際にはコストに問題があった。このため、ステンレス鋼、アルミニウム合金又はチタン合金を使用した燃料電池用セパレータが製造されている。



特開平10-228914号公報には、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼などに金めっきを施した燃料電池用セパレータが開示されており、特開平8-180883号公報にはステンレス鋼又はチタン合金をプレス加工によって形成した燃料電池用セパレータが開示されており、特開2000-309854号公報にはオーステナイト系ステンレス鋼からなる燃料電池用セパレータが開示されている。ステンレス鋼は、強度を有し加工に問題はないが、カーボンに比べて6倍程度の重量があるため電池自体の重量が増加して、鉄道車両や自動車などに搭載することが困難である。また、アルミニウム合金及びチタン合金は、強度がありステンレス鋼に比べて軽量であるがめっきなどの処理が必要になる。



一方、マグネシウム合金は、アルミニウム合金よりも軽くて強度があり電気導電性を有する材料であるため、アルミニウム合金製の燃料電池用セパレータよりも軽量なセパレータを提示できる可能性がある。このため、マグネシウム合金製の燃料電池用セパレータを製造する際のマグネシウム合金の加工方法、材料の選定及び表面処理技術が検討されている。

産業上の利用分野


この発明は、燃料電池用セパレータの製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
アルミニウム2.5~3.5質量%、亜鉛0.5~1.5質量%、マンガン0.05~0.4質量%以上、鉄0.01質量%以下、ケイ素0.10質量%以下、銅0.10質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、カルシウム0.04質量%以下、希土類金属0.1~0.3質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項2】
請求項1に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱処理工程は、前記マグネシウム合金を温度573~773Kで1時間焼鈍処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項3】
アルミニウム2.5~3.5質量%、亜鉛0.5~1.5質量%、マンガン0.05~0.4質量%以上、鉄0.01質量%以下、ケイ素0.10質量%以下、銅0.10質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、カルシウム0.04質量%以下、希土類金属0.1~0.3質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱間加工する熱間加工工程と、
前記熱間加工後の前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項4】
請求項3に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱間加工工程は、前記マグネシウム合金を温度553~623K、押し出し比率14対1で熱間押し出し加工し、
前記熱処理工程は、前記熱間押し出し加工後にこのマグネシウム合金を温度573~773Kで10時間焼鈍処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項5】
アルミニウム5.5~7.2質量%、亜鉛0.5~1.5質量%、マンガン0.15~0.4質量%、鉄0.01質量%以下、ケイ素0.10質量%以下、銅0.10質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、希土類金属0.1~0.3質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
冷間圧延後の前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項6】
請求項5に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱処理工程は、圧下率10~15%で冷間圧延後の前記マグネシウム合金を温度473~500Kで10時間時効処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記時効処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項7】
アルミニウム5.5~7.2質量%、亜鉛0.5~1.5質量%、マンガン0.15~0.4質量%、鉄0.01質量%以下、ケイ素0.10質量%以下、銅0.10質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、希土類金属0.1~0.3質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を熱間加工する熱間加工工程と、
前記熱間加工後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項8】
請求項7に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱処理工程は、前記マグネシウム合金を温度673Kで10時間焼鈍処理し、
前記熱間加工工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を温度543~773K、押し出し比率64対1で熱間押し出し加工し、
前記超塑性鍛造工程は、前記熱間押し出し加工後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項9】
アルミニウム8.5~9.5重量%、亜鉛0.45~0.9重量%、マンガン0.17~0.4重量%、鉄0.01重量%以下、ケイ素0.05重量%以下、銅0.03重量%以下、ニッケル0.001重量%以下、希土類金属0.1~0.3重量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱間加工する熱間加工工程と、
前記熱間加工後の前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項10】
請求項9に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱間加工工程は、前記マグネシウム合金を温度543~773K、押し出し比率64対1で熱間押し出し加工し、
前記熱処理工程は、前記押し出し加工後に前記マグネシウム合金を温度473~573Kで10時間時効処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記時効処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項11】
亜鉛4.8~6.2質量%、ジルコニウム0.45~0.8質量%、銅0.03質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、希土類金属0.1質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱間加工する熱間加工工程と、
前記熱間加工後の前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項12】
請求項11に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱間加工工程は、前記マグネシウム合金を温度583~773K、押し出し比率100対1で熱間押し出し加工し、
前記熱処理工程は、前記熱間押し出し加工後にこのマグネシウム合金を温度621Kで10時間焼鈍処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項13】
請求項11に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱間加工工程は、前記マグネシウム合金を温度583K、押し出し比率100対1で熱間圧延加工し、
前記熱処理工程は、前記熱間圧延加工後に前記マグネシウム合金を温度583Kで30分間焼鈍処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項14】
請求項1から請求項13までのいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記超塑性鍛造加工後の前記マグネシウム合金の表面にセラミックス層又は金属めっき層を形成する保護層形成工程を含むこと、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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