(57)【要約】【課題】ステンレス鋼母材に対して、耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造する方法及び装置、並びに、その加工ステンレス鋼母材を提供すること。【解決手段】ステンレス鋼母材の酸化物皮膜を食刻するステップと、前記母材の酸化物皮膜が食刻された表面に、金属窒化物バッファ層を蒸着するステップと、前記金属窒化物バッファ層の上に伝導性カーボン層をナノサイズの厚さで蒸着するステップと、を設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼母材の酸化物皮膜を食刻するステップと、
前記母材の酸化物皮膜が食刻された表面に、金属窒化物バッファ層を蒸着するステップと、
前記金属窒化物バッファ層の上に伝導性カーボン層をナノサイズの厚さで蒸着するステップと、を有する
ことを特徴とする耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造方法。
【請求項２】
ステンレス鋼母材の酸化物皮膜の食刻を、プラズマエッチングによって実施する
請求項１に記載の耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造方法。
【請求項３】
前記金属窒化物バッファ層の形成を、金属ターゲットと窒素ガスをチェンバーに供給し、メタルアークに電圧を印加し母材にバイアス電圧を印加して、温度３００〜５００℃で実施する
請求項１または２に記載の耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造方法。
【請求項４】
伝導性カーボン層のコーティングを、イオン銃に電圧を印加し、母材にバイアス電圧を印加して、温度２００〜６００℃で実施する
請求項１ないし３のいずれかに記載の耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造方法。
【請求項５】
前記バイアス電圧を、０〜−８００ＶのＤＣ、ＡＣ、または、周波数が０．１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚのパルス電圧とし、伝導性カーボン層の厚さを、１〜１５０ｎｍに蒸着する
請求項４に記載の耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造方法。
【請求項６】
前記酸化物皮膜を食刻するステップ、前記金属窒化物バッファ層を蒸着するステップ、前記伝導性カーボン層をナノサイズの厚さで蒸着するステップを、インラインで配列した各チェンバーで、一括してｉｎ  ｓｉｔｕで行う
請求項１ないし５のいずれかに記載の耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造方法。
【請求項７】
酸化物皮膜を食刻するステップを、イオン銃を利用したプラズマエッチングによって実施し、イオン銃の位置を移動可能な構成とすることでイオン銃と前記母材表面との間隔を調整可能にして、食刻率を調整可能とする
請求項１ないし６のいずれかに記載の耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造方法。
【請求項８】
ステンレス鋼母材の酸化物皮膜が食刻され、その食刻表面に金属窒化物バッファ層が蒸着され、その金属窒化物バッファ層に伝導性カーボン層がナノサイズの厚さで蒸着されている
ことを特徴とする耐食性及び伝導性を備えたステンレス鋼。
【請求項９】
前記の金属窒化物膜に、ＣｒＮまたはＴｉＮが含まれ、その厚さが１〜２０ｎｍである
請求項８に記載の耐食性及び伝導性を備えたステンレス鋼。
【請求項１０】
前記の伝導性カーボン層が、１〜１５０ｎｍである
請求項８または９に記載の耐食性及び伝導性を備えたステンレス鋼。
【請求項１１】
前記ステンレス鋼が、燃料電池分離板または電極材である
請求項１０に記載の耐食性及び伝導性を備えたステンレス鋼。
【請求項１２】
イオン銃を有し、ステンレス鋼母材の酸化膜をプラズマで食刻する第１チェンバーと、
前記の酸化膜食刻工程を終えたステンレス鋼母材の表面に、金属窒化膜をコーティングするメタルアークを有する第２チェンバーと、
前記の金属窒化膜コーティングが施されたステンレス鋼母材の表面に、伝導性カーボン層をナノサイズの厚さでコーティングするイオン銃を有する第３チェンバーとをインラインで配列し、
前記のプラズマ食刻工程と金属窒化膜コーティング工程と伝導性カーボン層のコーティング工程を、連続的にｉｎ  ｓｉｔｕで行う
ことを特徴とする耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼を母材とし、伝導性と耐食性を兼ね備える特殊表面処理方法、詳細には、ナノカーボンコーティング方法に関する。また、それに基づいて製作されるＰＥＭＦＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）分離板、伝導性及び耐食性に優れた電極材等の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼は、非常に頻繁に用いられる材料であり、これに対する物性の補完または特定物性の強化により、より多様に利用されうる素材である。とりわけ、燃料電池分離板の母材として注目されており、耐食性をさらに強化すると、電極材としても使用することができる。そのほか、物性の補強を必要とする場合が、多様な活用レベルにおいて求められることもある。
【０００３】
燃料電池は、水素と酸素が触媒の存在のもとで反応し、水とエネルギーを生成する燃焼反応に基づく環境にやさしい再生可能エネルギー源の一つである。特に公害物質なく電気エネルギーを生成することが可能であり、発生する熱を合わせると非常に効率が高いという長所も持ち合わせる。
【０００４】
このような燃料電池の必須部品として、燃料電池分離板があり、燃料電池分離板が備えるべき物性としては、強度・耐食性・気体遮断性・伝導性及びサイズ精密度等が挙げられる。また、燃料電池そのものの実用性を考慮した際、燃料電池分離板は、量産に適した製造工程設定が求められる。
【０００５】
現在、前記のような条件に合わせて開発されている燃料電池分離板は、カーボン材に樹脂コーティングを施したものと、金属材に表面処理方法を施した二つの母材を中心にして、競争発展を遂げている。
特許文献１は、ステンレス鋼材にフッ素を含んだカーボンコーティングを利用した技術を開示し、特許文献２は、ステンレス鋼材にＣｒ中間層をコーティングすることにより伝導性を高めた後、カーボン層をコーティングする技術を開示している。このような技術はまた、カーボン層の厚さが０．５μｍ〜は２μｍの比較的厚い膜であり、実際量産に適用することは困難である。
【０００６】
ステンレス鋼を母材とした場合、耐食性に加えて伝導性にも優れていなければならず、この二つの特性は事実上両立することが困難な面がある。これまでは、概してステンレス鋼の母材に対して窒化処理を施すことによって表面改質を行うことが研究の主流を成していたが、費用面や物性面において実用化するほど満足できる結果を得ることができずにいる。
【０００７】
費用面を度外視して物性の改善にのみ集中して、ステンレス鋼に金箔を施すゴールドコーティングを試みたりもしたが、これもやはり実用化することは困難である。
【０００８】
図１は、ステンレス鋼に対するカーボンコーティングの温度に伴う接触抵抗と腐食電流測定結果を表す。これら二つの物理量が全て低くなければならない燃料電池分離板は、陽子を最適化するコーティング温度を選択する必要がある。また、図２は、カーボンコーティングの膜の厚さに伴う接触抵抗と腐食電流の測定結果を表す。膜の厚さが増すほど接触抵抗と腐食電流が低くなることがわかる。しかし、膜を厚くすることは、生産性を低下させ量産に問題となるため、膜の厚さを薄くしながらも優れた特性を維持する方法が必要となる。
【０００９】
なお、ステンレス鋼の場合、耐食性向上のために添加されたＣｒが酸化物層で表面を覆い自然皮膜を形成するので、これによるコーティング層の密着力低下ならびに伝導性低下も、表面処理において改善される必要がある。
【００１０】
また、カーボンコーティングの場合も、コーティングを厚くすることによって希望する物性を備えた場合は、量産性と低い生産コストが求められる燃料電池分離板の特性上、現実性が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】大韓民国登録特許第１０−１０００６９７号
【特許文献２】ＪＰ２０１０−２８７５４２Ａ
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ａｎｄｒｅｗ，Ｓ．，Ｍｉｋｅ，Ａ．，Ｍｉｃｈａｅｌ，Ｋ．，Ｋｅｎ，Ｎ．，Ｃｏｌｉｎ，Ｑ．，“Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ＤＬＣ  Ｃｏａｔｉｎｇ，”ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ  ａｔ  ｔｈｅ  ＳＶＣ  ４２ｎｄ  Ａｎｎｕａｌ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＵＳＡ，Ａｐｒｉｌ  １７−２２，１９９９
【非特許文献２】Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｊ．，“Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ，“Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒ  ３７：１２９−２８１，２００２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、ステンレス鋼母材にカーボンコーティングを施すことによって特性を向上させるものの、耐食性と伝導性の向上はもちろんのこと、コーティング層の密着力を高めつつコーティング層を非常に薄いナノサイズの薄膜とすることで、生産性と生産コストを現実のものとすることが可能な耐食性及び伝導性ナノカーボンコーティング方法、ならびにそれによる燃料電池分離板等の活用物品及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、本発明は、ステンレス鋼母材の表面に形成されている酸化物皮膜を、プラズマエッチングで食刻することで表層を活性化させると同時に、伝導性の低下問題を予防し、酸化物皮膜が食刻された面にＣｒＮ、ＴｉＮといった金属窒化物をナノサイズの厚さで覆い、これにカーボン層をナノサイズの厚さでコーティングすることで、伝導性と耐食性全てに優れたコーティング層を高い生産性をもって製造する。
【００１５】
すなわち、ステンレス鋼母材の酸化物皮膜を食刻するステップ；酸化物皮膜が食刻された前記母材の表面に、金属窒化物バッファ層をナノサイズの厚さで蒸着するステップ；前記のバッファ層の上に伝導性カーボン層をナノサイズの厚さで蒸着するステップ；を有することを特徴とする。
【００１６】
ここで、ステンレス鋼母材の酸化物皮膜の食刻は、プラズマエッチングによって実施してもよい。
【００１７】
また、前記金属窒化物バッファ層の形成は、金属ターゲットと窒素ガスをチェンバーに供給し、メタルアーク（ｍｅｔａｌ  ａｒｃ）に電圧を印加して母材にはバイアス電圧を印加することで、３００〜５００℃にて実施してもよい。
【００１８】
また、伝導性カーボン層のコーティングは、イオン銃に電圧を印加し、母材にバイアス電圧で印加し、温度を２００〜６００℃にて実施してもよい。
【００１９】
また、前記のバイアス電圧は０〜−８００ＶのＤＣ、ＡＣまたは周波数が０．１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚであるパルス電圧であり、伝導性カーボン層の厚さは１〜１５０ｎｍで蒸着してもよい。
【００２０】
また、  酸化物皮膜を食刻するステップ；金属窒化物バッファ層を蒸着するステップ；及び伝導性カーボン層をナノサイズの厚さに蒸着するステップ；は、各工程チェンバーを構成することで実施され、各工程チェンバーをインラインで配列し、前記のステップがｉｎ  ｓｉｔｕで進められることを特徴とする耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造方法を提供する。
【００２１】
また、  酸化物皮膜を食刻するステップは、イオン銃を利用したプラズマエッチングによって実施され、イオン銃と母材表面との間隔を狭めることができるよう、イオン銃の位置を移動式で構成することで食刻率を向上させるもよい。
【００２２】
また、本発明は、ステンレス鋼母材の酸化物皮膜が食刻され、その状態において金属窒化物バッファ層が蒸着し、その上に再度伝導性カーボン層がナノサイズの厚さで蒸着していることを特徴とする耐食性及び伝導性を備えるよう補強されたステンレス鋼を提供する。
【００２３】
ここで、前記の金属窒化物膜にはＣｒＮ、またはＴｉＮが含まれ、その厚さは１〜２０ｎｍであってもよい。
【００２４】
また、前記の伝導性カーボン層は、１〜１５０ｎｍであってもよい。
【００２５】
また、耐食性及び伝導性を備えるよう補強されたステンレス鋼は、燃料電池分離板または電極材に適用してもよい。
【００２６】
また、本発明は、イオン銃を設置することで、ステンレス鋼母材の酸化膜をプラズマで食刻する第１チェンバー；前記の第１チェンバーにおいて、酸化膜食刻工程を終えた後、ステンレス鋼母材の表面に金属窒化膜をコーティングするために、メタルアークを設置した第２チェンバー；及び前記第２チェンバーにおいて、金属窒化膜コーティングが施されたステンレス鋼母材の表面に、伝導性カーボン層をナノサイズの厚さでコーティングするため、イオン銃を設置した第３チェンバー；をインラインで配列し、プラズマ食刻工程と金属窒化膜コーティング工程と伝導性カーボン層のコーティング工程が一括してｉｎ  ｓｉｔｕで行われることを特徴とする耐食性及び伝導性を備えたナノカーボンコーティング層の製造装置を提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、ステンレス鋼母材の酸化物自然皮膜をプラズマで食刻した後、コーティング処理することとなるため、コーティング処理による伝導性向上効果が卓越しており、食刻された面に耐食性向上のためのＣｒＮまたはＴｉＮをナノサイズでコーティングし、その上にカーボン層を再度ナノサイズの厚さでコーティングすることで、接触抵抗を低く維持しつつ、腐蝕電流を大きく下げることができ、コーティングの厚さがナノサイズと非常に薄いためインライン工程が可能となり、生産性もまた非常に優れるという効果を奏する。それに伴い、量産性のある燃料電池分離板、電極材、または補強された特殊ステンレス鋼材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】カーボンコーティング材のコーティング温度に伴う接触抵抗と腐蝕電流の変化を示すグラフ
【図２】カーボンコーティング材のコーティン膜の厚さに伴う接触抵抗と、腐蝕電流の変化を示すグラフ
【図３】ステンレス鋼母材に対する表面処理及びコーティング層構成を示す層状断面を示す説明図
【図４】イオン銃を利用したカーボン層コーティングの説明図
【図５】母材のプラズマエッチング、金属窒化物層コーティング及びナノカーボン層コーティングをインラインで構成したものを示す説明図
【図６】コーティング工程が完成した試験片の接触抵抗と腐蝕電流を、従来の技術と対比して表したグラフ
【図７】コーティング工程が完成した試験片の接触抵抗の測定方法の説明図
【図８】母材の酸化膜をプラズマエッチングによって食刻する過程において、イオン銃と母材との間の間隔に伴う食刻率を表したグラフ
【図９】食刻工程の前後の相異を示した写真
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の望ましい実施例について、添付図面を参照して詳細に説明を行う。なお、本発明は、その趣旨から逸脱しない範囲で、従来公知の技術を援用して、適宜設計変形可能である。
【００３０】
本発明は、ステンレス鋼を母材として、耐食性と伝導性をさらに強化することのできるコーティング層を形成することで、燃料電池分離板に使用、あるいは電極材またはステンレス鋼そのものの物性を補強した特殊ステンレス鋼の製作を可能とする。
【００３１】
このため、ステンレス鋼固有の自然酸化皮膜層をプラズマ食刻によって取り除いた後、その食刻された面に金属窒化物層を１〜２０ｎｍ程度に薄く積層することで、ステンレス鋼の耐食性をより強化する。前記のプラズマ食刻工程により、ステンレス鋼の表面を覆っていた酸化膜が取り除かれ、伝導性をさらに向上させると同時に、表面全般にかけて数ｎｍ前後の微細な凸凹が形成されることで活性化され、その後のコーティング工程において膜の蒸着率と密着率を向上させる。
【００３２】
活性化された表面上にＣｒＮ、ＴｉＮといった耐食性に優れた金属窒化膜を１〜２０ｎｍほど非常に薄くコーティングすることで、伝導性の強化に伴い弱化する可能性のある耐食性を補強する。金属窒化膜は、酸化膜と異なり伝導性を備えているため、伝導性を損なわなくとも耐食性を向上させることができる。
【００３３】
次に、その上に１〜１５０ｎｍの伝導性ナノカーボンコーティング層（３００）を形成し、耐食性を維持した状態でその伝導性をさらに強化する。全体的な工程を終えた後は、図３のような層状を形成する。
【００３４】
前記の食刻工程とカーボンコーティング工程は、プラズマ食刻効率はもちろんのこと、高エネルギーイオンを生成して優れた膜質と高い生産性（蒸着率）を提供するイオン銃を利用して実施され、ナノサイズの厚さの薄い膜でも十分に要求される物性を備えた緻密な薄膜を製作することができる。
【００３５】
すなわち、ステンレス鋼母材に耐食性及び伝導性全てを向上させるナノカーボンコーティングは、イオン銃を含むインラインコーティングシステムによって構成されることで、量産性を獲得することとなる（図６参照）。
インラインコーティングシステムを通して、プラズマ食刻ステップ、金属窒化膜コーティングステップ及び伝導性ナノカーボンコーティン層（３００）の形成ステップが全ていｉｎ  ｓｉｔｕ工程で行われる。インラインコーティングシステムで構成することのできるのは、本発明のプラズマ食刻工程とカーボンコーティング工程が、全て高効率イオン銃を利用しているためであり、それによってナノサイズの厚さで十分な物性を現しているためである。これは、従来のＰＶＤ工程を利用して伝導性カーボンをコーティングした場合、膜質が緻密でなく剥離するリスクがあるため、５００ｎｍ〜数μｍ程度の厚膜で形成しなければならなかったため、５時間以上という長時間を要し、インラインシステムのような量産システムが無意味だった状況を、本発明が改善したものである。とりわけ、燃料電池分離板といった製造コストを低く抑えることが、該当技術商用化の鍵となる場合、量産性のある製造工程及びシステムの開発は、技術的かつ経済的に大きな意義をもつ。
【００３６】
本発明で用るイオン銃は、これまでのＣＶＤ工程とは異なり、高い接合力及び蒸着率が得られる。経済性及び量産性を備えることができるように、コーティングの厚さを大幅に下げつつも、接合力及び微細組織の密度を高めるため、７００ｅＶ程度に高い粒子エネルギーを与えることのできるイオン銃を用いた［非特許文献１］。これまでのＰＡＣＶＤ工程の場合、粒子エネルギーが２〜３ｅＶと低かった点を考慮した際、本発明のイオン銃による高エネルギー粒子生成は、工程の効率性と膜質の品質を大きく向上させる（非特許文献２）。
【００３７】
以下は、本発明の一つの実施例として、上述した内容に基づき、燃料電池分離板を製造する方法を細部にわたる条件の提示と共に、詳細に説明するものである。
【００３８】
まず、燃料電池分離板の母材として加工されたステンレス鋼を準備しきれいに洗浄する。洗浄は蒸留水、イソプロピルアルコール等の薬品を利用する公知技術に基づいて実施することができる。
【００３９】
次に、洗浄した母材をチェンバーに入れ、ステンレス鋼の表面に形成されているクロム酸化物等の自然酸化膜をプラズマエッチングによって食刻する。プラズマエッチングを行うためにイオン銃を準備し、これにＡｒ等の非活性ガスまたは窒素（Ｎ２）を入れて、０．１〜５ｋＷ電力（パルス電力、ＡＣ電力、またはＤＣ電力で可能。）を印加して放電されたプラズマを利用して、イオンによって母材表面に衝撃を与え、ステンレス鋼の表面に自然に形成されている酸化膜を食刻によって取り除き、表面そのものを活性化させる。この際、母材側にバイアス電圧を印加してイオンを引き寄せることで、前記の食刻作用を効率的に行うことができる。母材基板の両面を同時に食刻することができるよう、図６のように、イオン銃を母材の上面と裏面側に全て配置し、食刻工程の場合、食刻率が母材の表面とイオン銃との距離にしたがって図９の通り変化するため、イオン銃を母材の近くに移動させて食刻するよう、イオン銃を移動式で構成した（図６参照）。
【００４０】
すなわち、食刻率ｙ≒３００／ｘである。ｘは、イオン銃と母材の表面との間の距離であり、本実施例においてイオン銃とサンプルとの間の距離を１０ｃｍから３ｃｍに縮めた場合、およそ４倍の食刻率増大効果がみられた。
【００４１】
本実施例において、酸化層除去のためのプラズマ食刻工程は、２５０Ｗ  ＤＣ電力をイオン銃に印加し、−１００Ｖのバイアス電圧を母材に印加し、約５分間進行した。図９は、このような食刻工程実施前と実施後、母材面のＦＥＳＥＭ分析結果を提示し、食刻後の表面が平らになったことを示す。また、食刻後表面照度を測定したところ、およそ２０％の改善効果があることが確認された。
【００４２】
プラズマ食刻工程を終えた後、それによって活性化した母材表面に耐食性を強化するためにバッファ層を形成する。すなわち、ＣｒＮまたはＴｉＮ系金属窒化物層をナノサイズで被覆する。前記工程はＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ等、一般的に前記皮膜を形成する際に用いられる工程を利用することができ、工程温度を室温〜５００℃、望ましい温度としては３００〜５００℃、工程圧力を１０−２〜１０−５ｔｏｒｒで維持する。本実施例においては、該当する金属ターゲットと窒素ガスをチェンバーに供給し、メタルアークを利用したＰＥＣＶＤで進行し、ＣｒＮまたはＴｉＮといった金属窒化膜を１〜２０ｎｍ程度の非常に薄い膜でかぶせ、コーティング時間は電力、圧力、温度といった他の工程変数と関連して、多少変動可能ではあるものの、できるだけ一つの母材当たり１０〜３０秒、最大５分を超えないように設定することが望ましい。
【００４３】
本実施例において、金属窒化膜形成のため、メタルアークに印加した電圧はＤＣ電圧であり１０〜３０Ｖ、電流は３０〜２００Ａと定め、母材には０〜１００Ｖのバイアス電圧を印加した。前記の条件でそれ以上高いバイアス電圧を印加すると、スパッタリングが発生することがあるため、注意を要する。金属窒化膜の形成は、酸化膜を食刻したステンレス鋼母材に対して耐食性を向上させ、ＣｒＮやＴｉＮを形成した場合、それ自体が伝導性をもち、その後形成する高伝導性層と合わせて全体的に物性を改善する。
【００４４】
次に、カーボンソースとして、炭化水素系列のガスを供給、もしくはグラファイトターゲットを利用し、ＰＶＤまたはＰＥＣＶＤ工程によって伝導性カーボン層を蒸着する。本実施例の場合、イオン銃を利用した方法で形成した。０．１〜５ｋＷ電力（パルス電力、ＡＣ電力、またはＤＣ電力で可能。）をイオン銃に印加し、ヒーターを利用して工程温度を２００〜１０００℃、望ましい温度としては３００〜６００℃、炭化水素ガスを供給して工程圧力を１０−２〜１０−５ｔｏｒｒで維持しつつ、伝導性カーボン層の厚さを１〜１５０ｎｍ、望ましい厚さとしては５〜１００ｎｍで蒸着する。
伝導性カーボン層の蒸着過程を、図４に模式的に表した。この際、母材にはバイアス電圧を印加することが望ましい。バイアス電圧は、０〜−８００Ｖの（−）電圧をＤＣ、ＡＣまたはパルス周波数（０．１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）で印加することができ、こうしたバイアス電圧は、伝導性ナノカーボンコーティングの際、金属分離板に蓄積された電荷を防ぎ、金属分離板と黒鉛状カーボンの接合力を向上させる効果がある。
【００４５】
このような工程を通して、カーボンそのものが保有しているエネルギー、温度条件から分かるように、外部から加えられる熱エネルギー、そして母材に印加される電気的エネルギーによって、カーボン層は蒸着と同時に結晶化し、ｉｎ  ｓｉｔｕで伝導性黒鉛状カーボン層を形成する。伝導性を表す伝導性ナノカーボンコーティング層（３００）は、非常に薄いナノサイズの厚さで形成されるため、工程を進行する時間が非常に短く、時間当たり３６０個のコーティング工程が実施されることもあり、量産時１枚あたり２＄未満の費用で燃料電池分離板を生産することができる。
【００４６】
従来、カーボン層の厚さを５００ｎｍ以上としていたことに比べ、本実施例においては、耐食性のためのＣｒＮ層と伝導性のためのカーボン層を含んで厚さを６０ｎｍ以下とすることで、全体的にさらに薄い厚さのコーティング層を形成し、それに応じて生産性を向上させたことが確認される。
【００４７】
また、このように製造されて燃料電池分離板に対して接触抵抗と腐食電流を測定し、本実施例と対比するよう、ステンレス鋼母材の自然皮膜を食刻せずに、ＣｒＮやＴｉＮバッファ層がない状態で直接伝導性カーボン層を５０ｎｍの厚さで蒸着した試験片を比較例として製作し、接触抵抗と腐食電流を測定した。
その結果、図６に示されるように、左側の比較例の試験片においては、接触抵抗が１３．２ｍΩｃｍ2＠１０ｋｇｆ／ｃｍ2であり、腐食電流が９．１３μＡ／ｃｍ2であるが、本実施例の場合は、接触抵抗が１３．７ｍΩｃｍ2＠１０ｋｇｆ／ｃｍ2であり、腐食電流が０．４２μＡ／ｃｍ2であり、接触抵抗は同等の水準に維持しつつも、腐食電流を大幅に下げたことが確認される。これは、本発明による燃料電池分離板が、良好な伝導性と優れた耐食性を備え、量産性を満足させることができるということを意味する。
【００４８】
図７では、本実施例において製作した燃料電池分離板の接触抵抗を測定する方法を説明している。試験片面積ｃｍ2当たり１０ｋｇの荷重を加えた状態で上下部の集電体（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）の電流を流し両端の電圧を測定して、分離板とＧＤＬ（ｇａｓ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）間の接触抵抗を求めた。接触抵抗の測定は、分離板がＧＤＬの間に位置した状態で接触抵抗を測定した後、ＧＤＬのもつ接触抵抗を別途に測定して二つの値の差を求める。
【００４９】
本実施例においてナノカーボンコーティングを適用して燃料電池分離板の製造を説明したものと同様に、耐食性電極材と特殊ステンレス鋼を製作することができ、もちろんそのほか他の物品にも適用することができる。
もつ
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によると、伝導性と耐食性の増強されたステンレス鋼材を、高い量産性で得られ、燃料電池分離板、電極材などに利用できるので、産業上有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  母材
２００  金属窒化物層
３００  （伝導性）ナノカーボン層
４００  プラズマソース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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