(57)【要約】【課題】高い耐食性をもち、耐食構造が互いに剥離しないバイポーラプレート、およびそれを用いた燃料電池を提供する。【解決手段】アルミニウム層、ニッケルスズ含有合金層である第１の耐食層、および前記アルミニウム層と前記第１の耐食層との間に配置され、ニッケルスズアルミニウム含有合金層である中間層を含む耐食構造、およびそれを用いた燃料電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム層、
ニッケルスズ含有合金層である第１の耐食層、および
前記アルミニウム層と前記第１の耐食層との間に配置され、ニッケルスズアルミニウム含有合金層である中間層
を含む耐食構造。
【請求項２】
前記第１の耐食層が、チタンニッケルスズ含有合金層、ジルコニウムニッケルスズ含有合金層、またはハフニウムニッケルスズ含有合金層である請求項１に記載の耐食構造。
【請求項３】
前記中間層が、ＭxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１であり、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、またはＨｆである）で表される構造を有する請求項２に記載の耐食構造。
【請求項４】
前記第１の耐食層が、アンチモンがドープされたニッケルスズ含有合金層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐食構造。
【請求項５】
前記第１の耐食層内の前記アンチモンが、アンチモンとスズの総量に基づいて、０．０１ａｔｏｍ％〜５ａｔｏｍ％の原子分率を有する請求項４に記載の耐食構造。
【請求項６】
前記第１の耐食層が、チタンニッケルスズ含有合金層である請求項１に記載の耐食構造。
【請求項７】
前記第１の耐食層が、アンチモンがドープされたチタンニッケルスズ含有合金層である請求項６に記載の耐食構造。
【請求項８】
前記中間層が、チタンニッケルスズアルミニウム含有合金層である請求項６に記載の耐食構造。
【請求項９】
前記チタンニッケルスズアルミニウム含有合金層が、ＴｉxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、およびｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１である）で表される構造を有する請求項８に記載の耐食構造。
【請求項１０】
前記第１の耐食層が、ジルコニウムニッケルスズ含有合金層である請求項１に記載の耐食構造。
【請求項１１】
前記第１の耐食層が、アンチモンがドープされたジルコニウムニッケルスズ含有合金層である請求項１０に記載の耐食構造。
【請求項１２】
前記中間層が、ジルコニウムニッケルスズアルミニウム含有合金層である請求項１０に記載の耐食構造。
【請求項１３】
前記ジルコニウムニッケルスズアルミニウム含有の合金層は、ＺｒxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、およびｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１である）で表される構造を有しする請求項１２に記載の耐食構造。
【請求項１４】
前記第１の耐食層が、ハフニウムニッケルスズ含有合金層である請求項１に記載の耐食構造。
【請求項１５】
前記第１の耐食層が、アンチモンがドープされたハフニウムニッケルスズ含有の合金層である請求項１４に記載の耐食構造。
【請求項１６】
前記中間層が、ハフニウムニッケルスズアルミニウム含有合金層である請求項１４に記載の耐食構造。
【請求項１７】
前記ハフニウムニッケルスズアルミニウム含有合金層が、ＨｆxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、およびｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１である）で表される構造を有する請求項１６に記載の耐食構造。
【請求項１８】
前記中間層が、１μｍ〜３００μｍの厚さを有する請求項１〜１７のいずれか１項に記載の耐食構造。
【請求項１９】
前記中間層が第２の耐食層となる請求項１〜１７のいずれか１項に記載の耐食構造。
【請求項２０】
バイポーラプレートを含む燃料電池であって、前記バイポーラプレートが、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の耐食構造である燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食構造およびそれを用いた燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高効率且つ低公害のエネルギー変換装置である。燃料電池では、燃料ガスの気流（例えば、水素）が陽極に供給され、酸化剤が陰極に供給される。従って、燃料ガスの化学エネルギーは、電気化学的酸化還元反応の結果として電気エネルギーに変換される。
【０００３】
バイポーラプレートは、燃料電池の鍵となる部品の１つである。バイポーラプレートは、燃料ガスの気流と雰囲気ガスの気流との組み合わせから生じる爆発の危険を回避するために、燃料ガスの気流と雰囲気ガスの気流とを分離する。ステンレス鋼バイポーラプレートは、高耐食性とう利点を有し、アルミニウムバイポーラプレートは、軽量、高強度、および低製造コストという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２１４９２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ステンレス鋼バイポーラプレートには、コストと重量が増加するという欠点があり、アルミニウムバイポーラプレートには、アルミニウム基板と耐食層との間の接合強度が劣り、コーティングの剥離が生じるという問題がある。
【０００６】
したがって、上述の問題を解決することができるバイポーラプレートの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、アルミニウム層、第１の耐食層、および中間層を含む耐食構造であって、第１の耐食層が、ニッケルスズ含有合金層であることができ、中間層が、アルミニウム層と第１の耐食層との間に配置されることができる耐食構造を提供する。具体的には、中間層は、ニッケルスズアルミニウム含有合金層であることができる。
【０００８】
本発明のもう１つの実施形態によれば、本発明は、燃料電池も提供する。燃料電池は、バイポーラプレートを含むことができ、バイポーラプレートは、上述の耐食構造であることができる。
【発明の効果】
【０００９】
従って、高い腐食耐性の要求に適い、且つ耐食構造が互いに剥離するのを回避するために、バイポーラプレートとして供され得る新規の耐食構造が提供される。
【００１０】
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態においてなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る耐食構造の概略図である。
【図２】本発明の一つの実施形態に係る燃料電池の概略図である。
【図３】実施例１の耐食構造（１）の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図４】実施例２の耐食構造（２）の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図５】実施例３の耐食構造（３）の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図６】実施例４の耐食構造（４）の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図７】実施例５の耐食構造（５）の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明において、説明の目的のために、多数の具体的詳細が、本発明の実施態様の完全な理解を提供するために示される。そして、説明されている構造は、正確な縮尺である必要はない。しかしながら、１つ以上の実施形態が、これらの具体的な詳細なしに行い得ることは明らかである。他の例では、周知の構造および装置は、図を簡素化するために概略的に示されている。
【００１３】
本発明は、耐食構造を提供し、この耐食構造は、燃料電池に用いるバイポーラプレートとなることができる。耐食構造の形成のプロセスの条件（例えば、温度および圧力）を最適化することで、中間層が第１の耐食層（例えば、チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）合金層）とアルミニウム層との間に形成されることができる。中間層（例えば、ＭxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、またはＨｆである）で表される化学式を有する層）は、アルミニウム層を保護するために、第２の耐食層となることができる。また、中間層により、第１の耐食層とアルミニウム層との間の接合強度が向上される。従って、耐食層がアルミニウム層から剥離する問題が抑えられる、またはなくなる。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、図１に示されるように、耐食構造１００は、アルミニウム層１０、第１の耐食層１２、およびアルミニウム層と第１の耐食層との間に配置された中間層１４を含むことができる。第１の耐食層１２は、ニッケルスズ含有合金層であることができる。中間層１４は、第２の耐食層となることができる。具体的には、中間層は、ニッケルスズアルミニウム含有合金層であることができる。ここでは、ニッケルスズ含有の合金層は、ニッケルとスズからなる合金を含むことができる。また、ニッケルスズ含有の合金層は、例えば、チタン、ジルコニウム、またはハフニウムなど他の金属を更に含むことができる。ニッケルスズアルミニウム含有合金層は、ニッケル、スズ、およびアルミニウムからなる合金を含むことができる。また、ニッケルスズアルミニウム含有合金層は、例えば、チタン、ジルコニウム、またはハフニウムなど他の金属を更に含むことができる。アルミニウム層１０は、約１００μｍ〜５ｍｍ（例えば、約２００μｍ〜３ｍｍ、または約２００μｍ〜２ｍｍ）の厚さを有することができる。第１の耐食層１２は、約１００μｍ〜５ｍｍ（例えば、約２００μｍ〜３ｍｍ、または約２００μｍ〜２ｍｍ）の厚さを有することができる。中間層１４は、約１μｍ〜３００μｍ（例えば、約５μｍ〜１８０μｍ、または約１０μｍ〜１５０μｍ）の厚さを有することができる。中間層１４の厚さが薄過ぎる場合、第１の耐食層１２は、耐食構造１００から剥離しやすい。中間層１４の厚さが厚すぎる場合、耐食構造１００全体の電気的特性を低下させることになる。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、第１の耐食層は、例えば、チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）合金層、ジルコニウムニッケルスズ（ＺｒＮｉＳｎ）合金層、またはハフニウムニッケルスズ（ＨｆＮｉＳｎ）合金層など、チタンニッケルスズ含有合金層、ジルコニウムニッケルスズ含有合金層、またはハフニウムニッケルスズ含有合金層であることができる。第１の耐食層の電気的特性を向上させるために、第１の耐食層は、アンチモンがドープされたニッケルスズ含有合金層であることができる。本発明の実施形態によれば、アンチモンがドープされたニッケルスズ含有合金層内のアンチモンは、アンチモンがドープされたニッケルスズ含有合金層のアンチモンとスズの総量に基づいて、約０．０１ａｔｏｍ％〜５ａｔｏｍ％の原子分率を有することができる。例えば、第１の耐食層は、アンチモンがドープされたチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ1-aＳｂa）合金層、アンチモンがドープされたジルコニウムニッケルスズ（ＺｒＮｉＳｎ1-aＳｂa）合金層、またはアンチモンがドープされたハフニウムニッケルスズ（ＨｆＮｉＳｎ1-aＳｂa）合金層であることができ、０．０００１≦ａ≦０．０５であることができる。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、中間層は、ＭxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、またはＨｆである）で表される化学式を有することができる。また、中間層は、チタンニッケルスズアルミニウム含有合金層であることができる。例えば、チタンニッケルスズアルミニウム含有合金層は、ＴｉxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、およびｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１である）で表される化学式を有するチタンニッケルスズアルミニウム合金層であることができる。中間層は、ジルコニウムニッケルスズアルミニウム含有合金層であることができる。例えば、ジルコニウムニッケルスズアルミニウム含有合金層は、ＺｒxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、およびｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１である）で表される化学式を有するジルコニウムニッケルスズアルミニウム合金層であることができる。中間層は、ハフニウムニッケルスズアルミニウム含有合金層であることができる。例えば、ハフニウムニッケルスズアルミニウム含有合金層は、ＨｆxＮｉyＳｎwＡｌz（式中、０．１０≦ｘ≦０．２５、０．１０≦ｙ≦０．２５、０．６≦ｚ≦０．７５、０．０１≦ｗ≦０．１０、およびｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１である）で表される化学式を有するハフニウムニッケルスズアルミニウム合金層であることができる。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、耐食構造を形成する方法は、熱圧着プロセスによってニッケルスズ含有合金シート（例えば、チタンニッケルスズ含有合金シート、ジルコニウムニッケルスズ含有合金シート、またはハフニウムニッケルスズ含有合金シート）とアルミニウムシートとを接合し、本発明の耐食構造を得る工程を含む。特に、熱圧着プロセスの温度は、約４００℃〜６００℃（例えば、約４５０℃〜５５０℃）とすることができ、熱圧着プロセスの圧力は、約０．５ｔｏｎ〜５ｔｏｎ（例えば約１ｔｏｎ〜３ｔｏｎ）とすることができ、プロセスの時間は、約０．１時間〜１０時間（例えば、約１時間〜５時間）とすることができる。留意すべきことは、耐食構造の中間層の厚さは、熱圧着プロセスの温度、圧力、およびプロセスの時間によって調整できることである。また、熱圧着プロセスによってニッケルスズ含有合金シートをアルミニウムシートに接合する前に、ニッケルスズ含有合金シートを、アニールプロセスに付すことができ、そのアニールプロセスの温度は、約８００℃〜１０５０℃（例えば、約８５０℃〜９５０℃）とすることができる。
【００１８】
本発明の実施形態によれば、本発明は、図２に示されるように、燃料電池２００も提供する。燃料電池２００は、第１のバイポーラプレート１０２、膜電極接合体１０４、および第２のバイポーラプレート１０６を含むことができ、少なくとも１つの第１のバイポーラプレート１０２および第２のバイポーラプレート１０６が、本発明の上述の耐食構造である。例えば、第１のバイポーラプレート１０２が、本発明の耐食構造であってもよく、第２のバイポーラプレート１０６が、本発明の耐食構造であってもよく、または第１のバイポーラプレート１０２と第２のバイポーラプレート１０６とが共に、本発明の耐食構造であってもよい。
【００１９】
以下においては、当業者が容易に理解できるように、添付の図面を参照して、実施形態の例を詳細に説明する。本発明の概念は、本明細書に記載された実施形態の例に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。周知の部分の説明は明瞭さのために省略し、全体を通して、同じ参照番号は同じ構成を示す。
【実施例】
【００２０】
製造例１：
２１．２ｇのチタン（Ｔｉ）、２６．１ｇのニッケル（Ｎｉ）、および５２．７ｇのスズ（Ｓｎ）をマッフル炉内に導入し、高温溶融プロセスに付し、チタンニッケルスズ合金ブロックを得た。次に、チタンニッケルスズ合金ブロックを、アニールプロセスを付した。そのアニールプロセスは、チタンニッケルスズ合金ブロックを１０５０℃で２４時間加熱し、チタンニッケルスズの合金ブロックを９００℃で２４０時間加熱することを含む。次いで、アニールされたチタンニッケルスズ合金ブロックを、ボールミル粉砕し、合金粉末を得た。次いで、合金粉末を、熱圧着成形プロセスに付し、チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）の円形シート（約１ｍｍの厚さおよび約１ｃｍの半径を有する）を得た。
【００２１】
チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）の円形シートは、小さい断片（０．９ｃｍ2の面積を有する）にカットされ、腐食性溶液（０．５Ｍの硫酸）内に配置され、その腐食耐性が評価された。チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートの小さい断片の腐食電流密度が時間に対して測定された。その結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に示されるように、チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートの腐食電流密度は、チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートを腐食溶液に５分間放置した後、約０．０２７μＡ／ｃｍ-2に減少した。また、チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートの腐食電流密度は、チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートを腐食溶液に９０分間放置した後、約０．０１８μＡ／ｃｍ-2に減少した。これは、製造例１のチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートが腐食耐性を発揮したことを示している。
【００２４】
アニールされたチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートの電気伝導度を測定した。次いで、チタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートを腐食溶液に１２０分間放置した後、チタンニッケルスズシートの電気伝導度を測定した。その結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２に示されるように、アニールされたチタンニッケルスズシートの電気伝導度は、アメリカ合衆国エネルギー省（ＤＯＥ）で既定された標準的なバイポーラプレートの電気伝導度（１００ Ｓｃｍ-1）より大きい。また、腐食前または腐食後のチタンニッケルスズシートの電気伝導度は、実質的に同じである。これは、チタンニッケルスズシートの電気伝導度が、腐食に影響されないことを意味する。
【００２７】
製造例２：
３３．９６ｇのジルコニウム（Ｚｒ）、２１．８５ｇのニッケル（Ｎｉ）、および４４．１９ｇのスズ（Ｓｎ）をマッフル炉内に導入し、高温溶融プロセスに付し、ジルコニウムニッケルスズ合金ブロックを得た。次いで、ジルコニウムニッケルスズ合金ブロックを、アニールプロセスに付した。そのアニールプロセスは、ジルコニウムニッケルスズ合金ブロックを１０５０℃で２４時間加熱し、ジルコニウムニッケルスズの合金ブロックを９００℃で２４０時間加熱することを含む。次いで、アニールされたジルコニウムニッケルスズ合金ブロックを、ボールミル粉砕に付し、合金粉末を得る。次いで、合金粉末は、熱圧着プロセスが施され、ジルコニウムニッケルスズ（ＺｒＮｉＳｎ）の円形シート（約１ｍｍの厚さおよび約１ｃｍの半径を有する）を得た。
【００２８】
製造例３：
５０．１５ｇのハフニウム（Ｈｆ）、１６．４９ｇのニッケル（Ｎｉ）、および３３．３６ｇのスズ（Ｓｎ）をマッフル炉内に導入し、高温溶融プロセスに付し、ハフニウムニッケルスズ合金ブロックを得た。次いで、ハフニウムニッケルスズ合金ブロックをアニールプロセスに付した。アニールプロセスは、ハフニウムニッケルスズ合金ブロックを１０５０℃で２４時間加熱し、ハフニウムニッケルスズの合金ブロックを９００℃で２４０時間加熱することを含む。次いで、アニールされたハフニウムニッケルスズ合金ブロックを、ボールミル粉砕に付し、合金粉末を得た。次いで、合金粉末を、熱圧着プロセスに付し、ハフニウムニッケルスズ（ＨｆＮｉＳｎ）の円形シート（約１ｍｍの厚さおよび約１ｃｍの半径を有する）を得た。
【００２９】
製造例４：
２１．２３ｇのチタン（Ｔｉ）、２６．０４ｇのニッケル（Ｎｉ）、５０．０３ｇのスズ（Ｓｎ）、および２．７０ｇのアンチモン（Ｓｂ）をマッフル炉内に導入し、高温溶融プロセスに付し、チタンニッケルスズアンチモン合金ブロックを得た。次いで、チタンニッケルスズアンチモン合金ブロックをアニールプロセスに付した。そのアニールプロセスは、チタンニッケルスズアンチモン合金ブロックを１０５０℃で２４時間加熱し、チタンニッケルスズアンチモン合金ブロックを９００℃で２４０時間加熱することを含む。次いで、アニールされたチタンニッケルスズアンチモン合金ブロックを、ボールミル粉砕に付し、合金粉末を得た。次いで、合金粉末を、熱圧着プロセスに付し、チタンニッケルスズアンチモン（ＴｉＮｉＳｎ0.95Ｓｂ0.05）の円形シート（約１ｍｍの厚さおよび約１ｃｍの半径を有する）を得た。
【００３０】
耐食構造の製造
【００３１】
実施例１：
熱圧着プロセスによりアルミニウムシート（約５ｍｍの厚さと約１ｃｍの半径を有する）を製造例１のチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートと接合した。その熱圧着プロセスの温度は約５００℃、熱圧着プロセスの圧力は約１ｔｏｎ、かつプロセスの時間は約１時間で耐食構造（１）を得た。耐食構造（１）を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。その結果を図３に示す。図３に示されるように、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートを接合したとき、中間層１４は、熱拡散接合によりアルミニウム層１０とチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）合金層（第１の耐食層１２となる）の間に形成された。走査電子顕微鏡画像によって判定された耐食構造（１）の中間層１４の厚さは、約９０μｍであった。
【００３２】
次いで、領域３１および領域３２に配置された中間層１４の元素分析は（図３に示されるように）、走査電子顕微鏡／エネルギー分散型分光計（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いて行われた。その結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
表３に示されるように、中間層１４は、チタンニッケルスズアルミニウム合金層である（ＴｉxＮｉyＳｎwＡｌzで表される化学式を有し、その中の領域３１に位置される中間層１４のｘは０．１４１３、ｙは０．１５３６、ｚは０．６９０３、およびｗは０．０１４８であり；領域３２に位置される中間層１４のｘは０．２１５１、ｙは０．１０９７、ｚは０．６４５、およびｗは０．０３０２である）。従って、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートを接合した後、中間層となるチタンニッケルスズアルミニウム合金層は、熱拡散接合により形成された。
【００３５】
実施例２：
熱圧着プロセスによりアルミニウムシート（約５ｍｍの厚さと約１ｃｍの半径を有する）を製造例１のチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートと接合した。熱圧着プロセスの温度は約５００℃、熱圧着プロセスの圧力は約１ｔｏｎ、かつプロセスの時間は約２時間であり、耐食構造（２）を得た。耐食構造（２）は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。その結果を図４に示す。図４に示されるように、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートを接合したとき、中間層１４は、熱拡散接合によりアルミニウム層１０とチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）合金層（第１の耐食層１２となる）の間に形成された。走査電子顕微鏡画像によって判定された耐食構造（２）の中間層１４の厚さは、約１８０μｍであった。
【００３６】
次いで、領域４１に配置された第１の耐食層１２、領域４２と領域４３に配置された中間層１４、および領域４４に配置されたアルミニウム層１０（図４に示されるように）の元素分析は、走査電子顕微鏡／エネルギー分散型分光計（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いて行われた。その結果を表４に示す。
【００３７】
【表４】
2018087377.tif 000006
【００３８】
表４に示されるように、中間層１４は、チタンニッケルスズアルミニウム合金層である（ＴｉxＮｉyＳｎwＡｌzで表される化学式を有し、その中の領域４２に位置される中間層１４のｘは０．１４５５、ｙは０．１５０２、ｚは０．６５９６、およびｗは０．０４４８であり、領域４３に位置される中間層１４のｘは０．１５０、ｙは０．１４３５、ｚは０．６６８１、およびｗは０．０３８４である）。従って、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとチタンニッケルスズ（ＴｉＮｉＳｎ）シートを接合した後、中間層となるチタンニッケルスズアルミニウム合金層は、熱拡散接合により形成された。
【００３９】
表５は、実施例１および実施例２に開示された熱圧着プロセスのプロセス条件により形成される中間層の厚さを示している。
【００４０】
【表５】
2018087377.tif 000007
【００４１】
表５に示されるように、中間層の厚さは、熱圧着プロセスのプロセスの時間がのびたとき、増加される。
【００４２】
実施例３：
熱圧着プロセスによりアルミニウムシート（約５ｍｍの厚さと約１ｃｍの半径を有する）を製造例２のジルコニウムニッケルスズ（ＺｒＮｉＳｎ）シートとを接合した。熱圧着プロセスの温度は約５００℃、熱圧着プロセスの圧力は約１ｔｏｎ、かつプロセスの時間は約１時間で耐食構造（３）を得た。耐食構造（３）は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。その結果を図５に示す。図５に示されるように、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとジルコニウムニッケルスズ（ＺｒＮｉＳｎ）シートとを接合したとき、中間層１４は、熱拡散接合によりアルミニウム層１０とジルコニウムニッケルスズ（ＺｒＮｉＳｎ）合金層（第１の耐食層１２となる）との間に形成された。走査電子顕微鏡画像によって判定された耐食構造（３）の中間層１４の厚さは、約１００μｍであった。
【００４３】
次いで、（図５に示されるように）領域５１に位置される第１の耐食層１２、領域５２に位置される中間層１４、および領域５３に位置されるアルミニウム層１０の元素分析は、走査電子顕微鏡／エネルギー分散型分光計（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いて行われた。結果を表６に示す。
【００４４】
【表６】
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【００４５】
表６に示されるように、中間層１４は、ジルコニウムニッケルスズアルミニウム合金層である（ＺｒxＮｉyＳｎwＡｌzで示される化学式を有し、その中の領域５２に位置される中間層１４のｘは０．１２６０、ｙは０．１４８５、ｚは０．６３９１、およびｗは０．０８６３である）。従って、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとジルコニウムニッケルスズ（ＺｒＮｉＳｎ）シートとを接合した後、中間層となるジルコニウムニッケルスズアルミニウム合金層は、熱拡散接合により形成された。
【００４６】
実施例４：
熱圧着プロセスによりアルミニウムシート（約５ｍｍの厚さと約１ｃｍの半径を有する）を製造例３のハフニウムニッケルスズ（ＨｆＮｉＳｎ）シートと接合した。熱圧着プロセスの温度は約５００℃、熱圧着プロセスの圧力は約１ｔｏｎ、かつプロセスの時間は約１時間で耐食構造（４）を得た。耐食構造（４）は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。結果を図６に示す。図６に示されるように、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとハフニウムニッケルスズ（ＨｆＮｉＳｎ）シートとを接合したとき、中間層１４は、熱拡散接合によりアルミニウム層１０とハフニウムニッケルスズ（ＨｆＮｉＳｎ）合金層（第１の耐食層１２となる）との間に形成された。走査電子顕微鏡画像によって判定された耐食構造（４）の中間層１４の厚さは、約１５０μｍであった。
【００４７】
次いで、（図６に示されるように）領域６１に位置される第１の耐食層１２、領域６２と領域６３に位置される中間層１４、および領域６４に位置されるアルミニウム層１０の元素分析は、走査電子顕微鏡／エネルギー分散型分光計（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いて行われた。結果を表７に示す。
【００４８】
【表７】
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【００４９】
表７に示されるように、中間層１４は、ハフニウムニッケルスズアルミニウム合金層である（ＨｆxＮｉyＳｎwＡｌzで示される化学式を有し、その中の領域６２に位置される中間層１４のｘは０．１１８０、ｙは０．１３９５、ｚは０．６７５１、およびｗは０．０６７３であり、領域６３に位置される中間層１４のｘは０．１１８８、ｙは０．１３４０、ｚは０．７０８１、およびｗは０．０３９０である）。従って、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとハフニウムニッケルスズ（ＨｆＮｉＳｎ）シートとを接合した後、中間層となるハフニウムニッケルスズアルミニウム合金層は、熱拡散接合により形成された。
【００５０】
実施例５：
熱圧着プロセスによりアルミニウムシート（約５ｍｍの厚さと約１ｃｍの半径を有する）を製造例４のチタンニッケルスズアンチモン（ＴｉＮｉＳｎ0.95Ｓｂ0.05）シートと接合した。熱圧着プロセスの温度は約５００℃、熱圧着プロセスの圧力は約１ｔｏｎ、かつプロセスの時間は約１時間で耐食構造（５）を得た。耐食構造（５）は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察された。結果を図７に示す。図７に示されるように、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとチタンニッケルスズアンチモン（ＴｉＮｉＳｎ0.95Ｓｂ0.05）シートとを接合したとき、中間層１４は、熱拡散接合によりアルミニウム層１０とチタンニッケルスズアンチモン（ＴｉＮｉＳｎ0.95Ｓｂ0.05）合金層（第１の耐食層１２となる）との間に形成された。走査電子顕微鏡画像によって判定された耐食構造（５）の中間層１４の厚さは、約１００μｍであった。
【００５１】
次いで、（図７に示されるように）領域７１に位置される第１の耐食層１２、領域７２に位置される中間層１４、および領域７３に配置されたアルミニウム層１０の元素分析は、走査電子顕微鏡／エネルギー分散型分光計（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いて行われた。結果を表８に示す。
【００５２】
【表８】
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【００５３】
表８に示されるように、中間層１４は、チタンニッケルスズアンチモンアルミニウム合金層である（ＴｉxＮｉyＳｎwＳｂaＡｌzで示される化学式を有し、その中の領域７２に位置される中間層１４のｘは０．１６４３、ｙは０．１３８０、ｚは０．６６６６、ｗは０．０３０２、およびａは０．０００９である）。従って、熱圧着プロセスによりアルミニウムシートとチタンニッケルスズアンチモン（ＴｉＮｉＳｎ0.95Ｓｂ0.05）シートとを接合した後、中間層となるチタンニッケルスズアンチモンアルミニウム合金層は、熱拡散接合により形成された。
【００５４】
接合強度テスト
実施例６：
実施例１の耐食構造（１）を２ｍｍ×２ｍｍの四角形の断片にカットした。耐食構造（１）のアルミニウム層とチタンニッケルスズ合金層との間の接合強度は、スラスタによりＡＳＴＭ−Ｆ１２６９に基づいて測定された。結果として、チタンニッケルスズ合金層に５０ｋｇの推力を加えたばあい、チタンニッケルスズ合金層は、耐食構造（１）から剥離されなかった。従って、アルミニウム層と耐食層（例えば、チタンニッケルスズ合金層）との間に形成された本発明の中間層により、耐食層とアルミニウム層との間の接合強度が向上され、それにより、アルミニウム層から剥離しやすいという耐食層の問題が解決する。
【００５５】
本発明の方法および材料に対して様々な修正および変形を行えることは当業者には自明であろう。明細書の記述および実施の形態は、単なる例示として考慮されるべきであり、特許請求の範囲によって示される本発明の真の範囲および技術的思想、および、それらの全範囲の均等範囲を伴うことが意図されている。
【符号の説明】
【００５６】
１０  アルミニウム層
１２  第１の耐食層
１４  中間層
３１、３２  領域
４１、４２、４３  領域
５１、５２、５３  領域
６１、６２、６３、６４  領域
７１、７２、７３  領域
１００  耐食構造
１０２  第１のバイポーラプレート
１０４  膜電極接合体
１０６  第２のバイポーラプレート
２００  燃料電池
【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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