(57)【要約】【課題】被覆膜の剥離を抑制可能な合金部材、セルスタック及びセルスタック装置を提供する。【解決手段】天板２０１は、クロムを含有する合金材料によって構成される基材２１０と、基材２１０の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜２１１と、酸化クロム膜２１１の少なくとも一部を覆う被覆膜２１２とを備える。基材２１０は、酸化クロム膜２１１との界面Ｓ２から３０μｍ以内の界面領域２１０ａにおいて、複数の気孔２１３を有する。基材２１０の断面において、複数の気孔２１３の平均円相当径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、
前記基材の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜と、
前記酸化クロム膜の少なくとも一部を覆う被覆膜と、
を備え、
前記基材は、前記基材と前記酸化クロム膜との界面から３０μｍ以内の界面領域において、複数の気孔を有し、
前記基材の断面において、前記複数の気孔の平均円相当径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下である、
合金部材。
【請求項２】
前記基材の断面において、前記複数の気孔の平均アスペクト比は、３以下である、
請求項１に記載の合金部材。
【請求項３】
前記基材の断面において、前記界面に平行な面方向における前記複数の気孔の平均存在率は、５個／ｍｍ以上である、
請求項１又は２に記載の合金部材。
【請求項４】
２つの燃料電池セルと、
請求項１乃至３のいずれかに記載の合金部材と、
を備え、
前記合金部材は、前記２つの燃料電池セルを電気的に接続する集電部材である、
セルスタック。
【請求項５】
燃料電池セルと、
請求項１乃至３のいずれかに記載の合金部材と、
を備え、
前記合金部材は、前記燃料電池セルの基端部を支持するマニホールドである、
セルスタック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金部材、セルスタック及びセルスタック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の燃料電池セルが集電部材によって電気的に接続されたセルスタックと、各燃料電池セルを支持するマニホールドとを備えたセルスタック装置が知られている（特許文献１及び２参照）。集電部材及びマニホールドには、合金部材が用いられる。
【０００３】
特許文献１の集電部材では、Ｆｅ−Ｃｒ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金などによって構成される基材からＣｒが揮発することを抑制するために、基材の表面上に形成された酸化クロム膜を覆う被覆膜が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１７２４５１号
【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、特許文献１の集電部材では、基材と被覆膜との熱膨張係数が異なるため、被覆膜が剥離するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、被覆膜の剥離を抑制可能な合金部材、セルスタック及びセルスタック装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る合金部材は、クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、基材の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜と、酸化クロム膜の少なくとも一部を覆う被覆膜とを備える。基材は、基材と酸化クロム膜との界面から３０μｍ以内の界面領域において、複数の気孔を有する。基材の断面において、複数の気孔の平均円相当径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被覆膜の剥離を抑制可能な合金部材、セルスタック及びセルスタック装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】セルスタック装置の斜視図
【図２】マニホールドの斜視図
【図３】セルスタック装置の断面図
【図４】燃料電池セルの斜視図
【図５】図４のＱ−Ｑ断面図
【図６】図２のＰ−Ｐ断面図
【図７】図６の領域Ａの拡大図
【図８】マニホールドの製造方法の説明図
【図９】マニホールドの製造方法の説明図
【図１０】マニホールドの製造方法の説明図
【図１１】マニホールドの製造方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［セルスタック装置１００］
図１は、セルスタック装置１００の斜視図である。セルスタック装置１００は、マニホールド２００と、セルスタック２５０とを備える。
【００１１】
［マニホールド２００］
図２は、マニホールド２００の斜視図である。マニホールド２００は、「合金部材」の一例である。
【００１２】
マニホールド２００は、燃料ガス（例えば、水素など）を各燃料電池セル３００に分配するように構成されている。マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド２００の内部空間には、導入管２０４を介して燃料ガスが供給される。
【００１３】
マニホールド２００は、天板２０１と、容器２０２とを有する。天板２０１は、平板状に形成される。容器２０２は、コップ状に形成される。天板２０１は、容器２０２の上方開口を塞ぐように配置される。
【００１４】
天板２０１は、接合材１０３（図２では不図示、図６参照）によって容器２０２に接合される。接合材１０３としては、例えば、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、及びセラミックスなどが挙げられる。本実施形態において、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。このような結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が挙げられる。
【００１５】
天板２０１には、複数の挿入孔２０３が形成されている。各挿入孔２０３は、燃料電池セル３００の配列方向（ｚ軸方向）に並べられる。各挿入孔２０３は、互いに間隔をあけて配置される。各挿入孔２０３は、マニホールド２００の内部空間と外部に連通する。
【００１６】
マニホールド２００の詳細な構成については後述する。
【００１７】
［セルスタック２５０］
図３は、セルスタック装置１００の断面図である。セルスタック２５０は、複数の燃料電池セル３００と、複数の集電部材３０１とを有する。
【００１８】
各燃料電池セル３００は、マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３００は、マニホールド２００の天板２０１から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３００の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。各燃料電池セル３００の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができるが、これに限られるものではない。
【００１９】
各燃料電池セル３００の基端部は、マニホールド２００の挿入孔２０３に挿入される。各燃料電池セル３００は、接合材１０１によって挿入孔２０３に固定される。燃料電池セル３００は、挿入孔２０３に挿入された状態で、接合材１０１によってマニホールド２００に固定されている。接合材１０１は、燃料電池セル３００と挿入孔２０３の隙間に充填される。接合材１０１としては、例えば、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、及びセラミックスなどが挙げられる。
【００２０】
各燃料電池セル３００は、長手方向（ｘ軸方向）及び幅方向（ｙ軸方向）に広がる板状に形成されている。各燃料電池セル３００は、配列方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて配列されている。隣り合う２つの燃料電池セル３００の間隔は特に制限されないが、１〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００２１】
各燃料電池セル３００は、内部にガス流路１１を有している。セルスタック装置１００の運転中、マニホールド２００から各ガス流路１１に燃料ガス（水素など）が供給されるとともに、各燃料電池セル３００の外周に酸化剤ガス（空気など）が供給される。
【００２２】
隣接する２つの燃料電池セル３００は、集電部材３０１によって電気的に接続されている。集電部材３０１は、接合材１０２を介して、隣接する２つの燃料電池セル３００それぞれの基端側に接合される。接合材１０２は、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、及び（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３などから選ばれる少なくとも１種である。
【００２３】
［燃料電池セル３００］
図４は、燃料電池セル３００の斜視図である。図５は、図４のＱ−Ｑ断面図である。
【００２４】
燃料電池セル３００は、支持基板１０と、複数の発電素子部２０と有する。
【００２５】
（支持基板１０）
支持基板１０は、支持基板１０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びる複数のガス流路１１を内部に有している。各ガス流路１１は、支持基板１０の基端側から先端側に向かって延びている。各ガス流路１１は、互いに実質的に平行に延びている。
【００２６】
図５に示すように、支持基板１０は、複数の第１凹部１２を有する。本実施形態において、各第１凹部１２は、支持基板１０の両主面に形成されているが、一方の主面にだけ形成されていてもよい。各第１凹部１２は支持基板１０の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。
【００２７】
支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板１０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板１０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００２８】
（発電素子部２０）
各発電素子部２０は、支持基板１０に支持されている。本実施形態において、各発電素子部２０は、支持基板１０の両主面に形成されているが、一方の主面にだけ形成されていてもよい。各発電素子部２０は、支持基板１０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル３００は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部２０は、インターコネクタ３１によって互いに電気的に接続されている。
【００２９】
発電素子部２０は、燃料極４、電解質５、空気極６及び反応防止膜７を有する。
【００３０】
燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。
【００３１】
燃料極集電部４１は、第１凹部１２内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、第１凹部１２内に充填されており、第１凹部１２と同様の外形を有する。燃料極集電部４１は、第２凹部４１１及び第３凹部４１２を有している。第２凹部４１１内には、燃料極活性部４２が配置されている。また、第３凹部４１２には、インターコネクタ３１が配置されている。
【００３２】
燃料極集電部４１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部４１は、燃料極活性部４２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部４１は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００３３】
燃料極集電部４１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部４１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部４１の厚さ、及び第１凹部１２の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００３４】
燃料極活性部４２は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部４２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部４１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
【００３５】
燃料極活性部４２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部４２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部４２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００３６】
電解質５は、燃料極４上を覆うように配置されている。詳細には、電解質５は、あるインターコネクタ３１から隣のインターコネクタ３１まで長手方向に延びている。すなわち、支持基板１０の長手方向（ｘ軸方向）において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に連続して配置されている。電解質５は、支持基板１０の両主面を覆うように構成されている。
【００３７】
電解質５は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質５は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００３８】
空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極６は、電解質５を基準にして、燃料極４と反対側に配置されている。空気極６は、空気極活性部６１と空気極集電部６２とを有している。
【００３９】
空気極活性部６１は、反応防止膜７上に配置されている。空気極活性部６１は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部６１おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
【００４０】
空気極活性部６１は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極活性部６１は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極活性部６１は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極活性部６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００４１】
空気極集電部６２は、空気極活性部６１上に配置されている。また、空気極集電部６２は、空気極活性部６１から、隣の発電素子部に向かって延びている。燃料極集電部４１と空気極集電部６２とは、発電領域から互いに反対側に延びている。発電領域とは、燃料極活性部４２と電解質５と空気極活性部６１とが重複する領域である。
【００４２】
空気極集電部６２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部６２は、空気極活性部６１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部６２は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００４３】
空気極集電部６２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電部６２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電部６２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００４４】
反応防止膜７は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極６内のＳｒとが反応して電解質５と空気極６との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。
【００４５】
反応防止膜７は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００４６】
インターコネクタ３１は、支持基板１０の長手方向（ｘ軸方向）に隣り合う発電素子部２０を電気的に接続するように構成されている。詳細には、一方の発電素子部２０の空気極集電部６２は、他方の発電素子部２０に向かって延びている。また、他方の発電素子部２０の燃料極集電部４１は、一方の発電素子部２０に向かって延びている。そして、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部２０の空気極集電部６２と、他方の発電素子部２０の燃料極集電部４１とを電気的に接続している。インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第３凹部４１２内に配置されている。詳細には、インターコネクタ３１は、第３凹部４１２内に埋設されている。
【００４７】
インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ３１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ３１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００４８】
［マニホールド２００の詳細構成］
次に、マニホールド２００の詳細構成について、図面を参照しながら説明する。図６は、図２のＰ−Ｐ断面図である。図７は、図６の領域Ａの拡大図である。
【００４９】
天板２０１と容器２０２は、接合材１０３によって接合されている。天板２０１と容器２０２の間には、燃料ガスが供給される内部空間Ｓ１が形成されている。
【００５０】
天板２０１は、基材２１０と、酸化クロム膜２１１と、被覆膜２１２と、複数の気孔２１３とを有する。容器２０２は、基材２２０と、酸化クロム膜２２１と、被覆膜２２２と、複数の気孔２２３とを有する。
【００５１】
天板２０１及び容器２０２は、それぞれ「合金部材」の一例である。基材２１０及び基材２２０は、それぞれ「基材」の一例である。酸化クロム膜２１１及び酸化クロム膜２２１は、それぞれ「酸化クロム膜」の一例である。被覆膜２１２及び被覆膜２２２は、それぞれ「被覆膜」の一例である。各気孔２１３及び各気孔２２３は、それぞれ「気孔」の一例である。
【００５２】
容器２０２の構成は、天板２０１の構成と同様であるため、以下においては、図７を参照しながら、天板２０１の構成について説明する。
【００５３】
基材２１０は、板状に形成される。基材２１０は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。基材２１０の厚みは特に制限されないが、例えば０．５〜４．０ｍｍとすることができる。
【００５４】
基材２１０は、Ｃｒ（クロム）を含有する合金材料によって構成される。このような金属材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ系合金鋼（ステンレス鋼など）やＮｉ−Ｃｒ系合金鋼などを用いることができる。基材２１０におけるＣｒの含有割合は特に制限されないが、４〜３０質量％とすることができる。
【００５５】
基材２１０は、Ｔｉ（チタン）やＡｌ（アルミニウム）を含有していてもよい。基材２１０におけるＴｉの含有割合は特に制限されないが、０．０１〜１．０ａｔ．％とすることができる。基材２１０におけるＡｌの含有割合は特に制限されないが、０．０１〜０．４ａｔ．％とすることができる。基材２１０は、ＴｉをＴｉＯ２（チタニア）として含有していてもよいし、ＡｌをＡｌ２Ｏ３（アルミナ）として含有していてもよい。
【００５６】
基材２１０は、界面領域２１０ａと内部領域２１０ｂとを含む。界面領域２１０ａは、基材２１０のうち、基材２１０と酸化クロム膜２１１との界面Ｓ２から３０μｍ以内の領域である。内部領域２１０ｂは、界面Ｓ２から３０μｍ超離れた領域である。
【００５７】
基材２１０は、界面領域２１０ａにおいて、複数の気孔２１３を有する。これによって、基材２１０と被覆膜２１２との熱膨張係数が異なることに起因して、被覆膜２１３が剥離してしまうことを抑制できる。具体的には、基材２１０の界面領域２１０ａに複数の気孔２１３を配置することによって界面領域２１０ａの柔軟性が向上して、界面領域２１０ａを被覆膜２１２の膨張又は収縮に追従させることができるため、基材２１０と被覆膜２１２との熱膨張係数差に応じて被覆膜２１３と酸化クロム膜２１１との界面に生じる応力を緩和することができる。その結果、被覆膜２１３が基材２１０（具体的には、酸化クロム膜２１１）から剥離することを抑制できる。
【００５８】
複数の気孔２１３は、界面Ｓ２に平行な面方向に並べられている。複数の気孔２１３は、面方向において互いに離れている。各気孔２１３の間隔は、特に制限されない。各気孔２１３の間隔は、一定でなくてもよい。図７に示す例では、基材２１０の厚み方向に１個の気孔２１３が配置されているが、厚み方向に２個以上の気孔２１３が配置されていてもよい。また、各気孔２１３は、界面Ｓ２と接していてもよいし、界面Ｓ２から離れていてもよい。
【００５９】
厚み方向における界面領域２１０ａの断面において、複数の気孔２１３の平均円相当径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。気孔２１３の平均円相当径を０．５μｍ以上とすることによって、界面領域２１０ａの柔軟性を向上させて、基材２１０と酸化クロム膜２１１との界面に発生する応力を緩和できる。また、気孔２１３の平均円相当径を２０μｍ以下とすることによって、各気孔２１３の周辺に局所的な変形が生じることを抑制できる。その結果、被覆膜２１２が基材２１０から剥離してしまうことを抑制できる。
【００６０】
気孔２１３の円相当径とは、ＦＥ−ＳＥＭ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  −  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：電界放射型走査型電子顕微鏡）によって３０００倍に拡大した画像において、各気孔２１３と同じ面積を有する円の直径である。平均円相当径とは、ＦＥ−ＳＥＭ画像上において無作為に選出した１０個の気孔２１３の円相当径を算術平均した値である。平均円相当径を求める場合には、１０箇所のＦＥ−ＳＥＭ画像から気孔径０．１μｍを超える１０個の気孔２１３を無作為に選出するものとする。
【００６１】
厚み方向における界面領域２１０ａの断面において、複数の気孔２１３の平均アスペクト比は、３以下であることが好ましい。これによって、気孔２１３をより変形しやすくすることができる。
【００６２】
気孔２１３のアスペクト比とは、気孔２１３の最大フェレー径を最小フェレー径で除した値である。最大フェレー径は、上述したＦＥ−ＳＥＭ画像上において、平行な２本の直線間の距離が最大になるように気孔２１３を挟んだときの当該２本の直線間の距離である。最小フェレー径は、上述したＦＥ−ＳＥＭ画像上において、平行な２本の直線間の距離が最小になるように気孔２１３を挟んだときの当該２本の直線間の距離である。平均アスペクト比とは、平均円相当径の測定対象とした１０個の気孔２１３のアスペクト比を算術平均した値である。
【００６３】
厚み方向における界面領域２１０ａの断面において、面方向における複数の気孔２１３の存在率は、５個／ｍｍ以上であることが好ましい。これによって、界面領域２１０aの柔軟性をより向上させることで界面に生じる応力を緩和することができるため、酸化クロム膜及び被覆膜に軽微な欠陥が生じることを抑制できる。また、厚み方向における界面領域２１０ａの断面において、面方向における複数の気孔２１３の存在率は、１００個／ｍｍ以下であることがより好ましい。これによって、気孔２１３どうしが連結してしまうことを抑制できるため、気孔２１３の形状を制御し易くできる。
【００６４】
気孔２１３の存在率とは、単位長さ当たりに配置された気孔２１３の個数である。気孔２１３の存在率は、上述したＦＥ−ＳＥＭ画像上において、気孔２１３の全数を面方向における界面領域２１０ａの全長で除した値である。気孔２１３の全数を数える場合、ＦＥ−ＳＥＭ画像に一部分だけで写っている気孔２１３も１個として数える。平均存在率とは、平均円相当径の測定対象とした１０個の気孔２１３を選出した１０箇所のＦＥ−ＳＥＭ画像それぞれにおける存在率を算術平均した値である。
【００６５】
図７に示す例では、各気孔２１３の内部は空孔になっているが、各気孔２１３の内部には、酸化クロム、アルミナ、チタニア、又はこれらの混合物が配置されていてもよい。これらの物質が気孔２１３に配置されていたとしても、気孔２１３の円相当径は、基材２１０の内表面を基準として（すなわち、内部に配置された物質の存在を考慮せずに）算出するものとする。
【００６６】
また、図７に示す例では、内部領域２１０ｂに気孔は形成されていないが、内部領域２１０ｂにも気孔が形成されていてもよい。
【００６７】
酸化クロム膜２１１は、基材２１０の表面上に形成される。酸化クロム膜２１１は、酸化クロムを主成分として含有する。酸化クロム膜２１１は、基材２１０の表面の略全面を覆っていてもよいが、基材２１０の表面の少なくとも一部を覆っていればよい。
【００６８】
被覆膜２１２は、酸化クロム膜２１１の少なくとも一部を覆う。詳細には、被覆膜２１２は、酸化クロム膜２１１のうちセルスタック装置１００の運転中に酸化剤ガスと接触する領域の少なくとも一部を覆う。被覆膜２１２は、酸化クロム膜２１１のうち酸化剤ガスと接触する領域の全面を覆っていることが好ましい。被覆膜２１２の厚みは特に制限されないが、例えば３〜２００μｍとすることができる。
【００６９】
被覆膜２１２は、基材２１０の表面からＣｒが揮発することを抑制する。これにより、各燃料電池セル３００の電極（本実施形態では、空気極６）がＣｒ被毒によって劣化することを抑制することができる。
【００７０】
被覆膜２１２は、セラミックス材料であり、適用箇所に応じて適宜好適な材料を選択することができる。導電性を求められる集電部材の被覆膜に適用するセラミックス材料としては、ＬａおよびＳｒを含有するペロブスカイト形複合酸化物やＭｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ等の遷移金属から構成されるスピネル型複合酸化物が挙げられる。一方、絶縁性を求められる燃料マニホールドの被覆膜に適用するセラミックス材料としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、結晶化ガラスなどが挙げられる。ただし、被覆膜２１２は、Ｃｒの揮発を抑制できればよく、被覆膜２１２の構成材料は上記セラミックス材料に限られるものではない。
【００７１】
［マニホールド２００の製造方法］
マニホールド２００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、容器２０２の製造方法は、天板２０１の製造方法と同様であるため、以下においては、天板２０１の製造方法について説明する。
【００７２】
まず、図８に示すように、基材２１０の表面に複数の凹部２１３ａを形成する。例えばショットピーニング、サンドブラストを用いることによって、所定の内部形状を有する凹部２１３ａを効率的に形成することができる。
【００７３】
この際、各凹部２１３ａの内部形状を調整することによって、気孔２１３の平均アスペクト比を制御できる。各凹部２１３ａの内部形状は特に制限されるものではなく、円柱状、角柱状、逆錐状などにすることができる。また、各凹部２１３ａのサイズ（深さ及び幅）を調整することによって、各気孔２１３の平均円相当径を制御できる。さらに、各凹部２１３ａの個数を調整することによって、気孔２１３の存在率を制御できる。
【００７４】
次に、図９に示すように、基材２１０の表面上でローラーを転がすことによって、各凹部２１３ａの開口部を塞いで、気孔２１３を形成する。この際、開口部の外縁を塑性変形させることによって開口部を完全に塞いでもよいが、開口部が開いたままにしてもよい。
【００７５】
次に、図１０に示すように、基材２１０を大気雰囲気で熱処理（８００〜９００℃、５〜２０時間）することによって、基材２１０の表面上に酸化クロム膜２１１を形成する。
【００７６】
次に、図１１に示すように、酸化クロム膜２１１上に絶縁性のセラミックス材料スラリーを塗布して、熱処理（８００〜１０００℃、１〜２０時間）することによって、被覆膜２１２を形成する。
【００７７】
（他の実施形態）
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
【００７８】
上記実施形態では、本発明に係る合金部材をマニホールド２００に適用することとしたが、これに限られるものではない。本発明に係る合金部材は、セルスタック装置１００及びセルスタック２５０の一部を構成する部材として用いることができる。例えば、本発明に係る合金部材は、隣接する２つの燃料電池セル３００を電気的に接続する集電部材３０１に好適に用いることができる。
【００７９】
上記実施形態において、セルスタック２５０は、横縞型の燃料電池を有することとしたが、いわゆる縦縞型の燃料電池を有していてもよい。縦縞型の燃料電池は、絶縁性の支持基板と、支持基板の一主面上に配置される発電部（燃料極、固体電解質層及び空気極）と、支持基板の他主面上に配置されるインターコネクタとを備える。
【実施例】
【００８０】
以下において本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００８１】
（比較例１、４）
以下のようにして、比較例１、４に係る合金部材を作製した。
【００８２】
まず、表１に示す合金部材（ＳＵＳ４３０）を打ち抜き加工することによって、２０ｍｍ×４０ｍｍ×０．５ｍｍの基材を作製した。
【００８３】
次に、基材を大気雰囲気で熱処理（９００℃、１時間）することによって、基材の表面上に酸化クロム膜を形成した。
【００８４】
次に、表１に示す絶縁性のセラミックス材料スラリー（結晶化ガラス、又は、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４）を酸化クロム膜上に塗布して熱処理（９００℃、１時間）することによって被覆膜を形成した。
【００８５】
（比較例２，３、５，６および実施例１〜２６）
以下のようにして、比較例２，３，５，６および実施例１〜２６に係る合金部材を作製した。
【００８６】
まず、表１に示す合金部材（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４５Ｊ１、又は、ＳＵＳ３１６）を打ち抜き加工することによって、２０ｍｍ×４０ｍｍ×０．５ｍｍの基材をサンプルごとに作製した。
【００８７】
次に、ショットピーニングにより基材の表面に複数の凹部を形成した。この際、凹部の深さ及び幅を変更することによって、後述する気孔の平均円相当径と平均アスペクト比をサンプルごとに調整するとともに、凹部の位置及び個数を調整することによって気孔の存在率をサンプルごとに変更した。ただし、凹部の深さは、基材の表面から３０μｍ以内とした。
【００８８】
次に、基材の表面上でローラーを転がすことによって、各凹部の開口部を狭くすることによって、又は、各凹部の開口部を塞ぐことによって気孔を形成した。
【００８９】
次に、基材を大気雰囲気で熱処理（８００−１０００℃、１−２０時間）することによって、基材の表面上に酸化クロム膜を形成した。
【００９０】
次に、表１に示すセラミックス材料スラリーを酸化クロム膜上に塗布して熱処理（８００−１０００℃、１−２０時間）することによって被覆膜を形成した。
【００９１】
（熱サイクル試験後の被覆膜の剥離）
各サンプルに対して熱サイクル試験を実施した。具体的には、温度８００℃まで昇温速度３００℃／ｈｒにて昇温して１ｈｒキープした後に３００℃／ｈｒから５０℃まで降温するサイクルを１０回繰り返した。
【００９２】
そして、熱サイクル試験を実施した後、各サンプルについて被覆膜の剥離の有無を確認した。具体的には、目視および基材の断面をＦＥ−ＳＥＭで３０００倍に拡大した画像において、被覆膜の酸化クロム膜からの剥離の有無と、酸化クロム膜及び被覆膜における軽微な欠陥（微小クラック等）の有無を判定した。判定結果を表１に示す。表１では、剥離のあったものが×と評価され、剥離は無いものの軽微な欠陥があったものが△と評価され、剥離も欠陥も無かったものが○と評価されている。
【００９３】
また、実施例１〜２６及び比較例２，３，５，６では、１０箇所のＦＥ−ＳＥＭ画像から無作為に選んだ１０個の気孔（ただし、気孔径０．１μｍを超える気孔に限る）の平均円相当径と平均アスペクト比を算出した。また、１０箇所のＦＥ−ＳＥＭ画像それぞれにおいて、気孔の全数を面方向における界面領域（基材表面から３０μｍ以内の領域）の全長で除すことによって気孔の存在率を出し、各ＦＥ−ＳＥＭ画像における存在率を算術平均することによって、気孔の平均存在率を算出した。
【００９４】
【表１】
2018120856.tif 000003
【００９５】
表１に示すように、基材の界面領域に平均円相当径が０．５μｍ以上２０μｍ以下の気孔を設けた実施例１〜２６では、熱サイクル試験後に被覆膜の剥離は認められなかった。これは、界面領域に複数の気孔が存在することで界面領域の柔軟性が向上して、基材と酸化クロム膜との界面に熱サイクル過程で発生する応力を緩和できるとともに、各気孔の周辺に局所的な変形が生じることを抑制できたためである。なお、実施例１〜１２は、異なる基材鋼種に対して絶縁性の被覆膜が形成されており、実施例１３〜２０では導電性の被覆膜が形成されているが、いずれにおいても被覆膜の剥離を抑制できることを確認できた。
【００９６】
一方、気孔を設けなかった比較例１，４と、平均円相当径が０．５μｍ未満の気孔を設けた比較例２，５とでは、熱サイクル試験後に被覆膜の剥離が認められた。これは、基材と被覆膜との熱膨張係数が異なるため、酸化クロム膜と被覆膜との界面に熱サイクル過程で応力が発生したためである。また、平均円相当径が２０μｍ超の気孔を設けた比較例３，６とでも熱サイクル試験後に被腹膜の剥離が認められた。これは、熱サイクル過程で気孔周辺が局所的に変形することで、局所的な応力が発生したためである。
【００９７】
また、気孔の平均アスペクト比を３以下とした実施例１〜２０では、気孔の平均アスペクト比を３よりも大きくした実施例２１〜２３に比べて、被覆膜に軽微な欠陥が発生することを抑制できた。これは、気孔の形状を変形しやすい形状に制御したことによって、界面で発生する応力をより緩和できたためである。
【００９８】
また、気孔の平均存在率を５個／ｍｍ以上とした実施例１〜２０では、気孔の平均存在率を５個／ｍｍ未満にした実施例２４〜２６に比べて、被覆膜に軽微な欠陥が発生することを抑制できた。これは、気孔の数を増やして界面領域の柔軟性を向上させることによって、界面に生じる応力をより緩和できたためである。
【符号の説明】
【００９９】
１００      セルスタック装置
２００      マニホールド
２０１      天板
２１０      基材
２１１      酸化クロム膜
２１２      被覆膜
２１３      気孔
２５０      セルスタック
【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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【図１０】
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【図１１】
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