(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の表面２１０ａを覆う酸化クロム膜２１１と、酸化クロム膜２１１の表面２１１ａを覆う被覆膜２１２とを備える。基材２１０は、表面２１０ａに形成された凹部２１０ｂを有する。酸化クロム膜２１１は、凹部２１０ｂそれぞれの内部に埋設された埋設部２１１ｂを有する。埋設部２１１ｂは、凹部２１０ｂの開口Ｓ２でくびれている。基材２１０の断面において、基材２１０の表面２１０ａに対して埋設部２１１ｂの深さ方向が成す角度は鋭角である。【選択図】図８
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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、
前記基材の表面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表面の少なくとも一部を覆う被覆膜と、
を備え、
前記基材は、前記表面にそれぞれ形成された凹部を有し、
前記酸化クロム膜は、前記凹部の内部に埋設された埋設部を有し、
前記埋設部は、前記凹部の開口でくびれており、
前記基材の断面において、前記表面に対して前記埋設部の深さ方向が成す角度は、鋭角である、
合金部材。
【請求項２】
前記表面に対して前記深さ方向が成す角度は、８９度以下である、
請求項１に記載の合金部材。
【請求項３】
電気化学セルと、
請求項１又は２に記載の合金部材と、
を備え、
前記合金部材は、前記電気化学セルと電気的に接続される集電部材である、
セルスタック。
【請求項４】
電気化学セルと、
請求項１又は２に記載の合金部材と、
を備え、
前記合金部材は、前記電気化学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、電気化学セルの一種である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、被覆膜が酸化クロム膜とともに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、基材の表面の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜と、酸化クロム膜の表面の少なくとも一部を覆う被覆膜とを備える。基材は、表面にそれぞれ形成された凹部を有する。酸化クロム膜は、凹部の内部に埋設された埋設部を有する。埋設部は、凹部の開口でくびれている。基材の断面において、表面に対する埋設部の深さ方向が成す角度は、鋭角である。
【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】埋設部の深さ方向の角度を算出する方法を説明するための模式図
【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
【図１２】マニホールドの製造方法の説明図
【図１３】凹部の他の構成を示す断面図
【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。図７は、後述する基材２１０の表面２１０ａに垂直な断面に相当する。
【００４９】
図６に示すように、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。
【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０．１〜２．０ｍｍ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の含有率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の含有率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の含有率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】
図７に示すように、基材２１０は、表面２１０ａと、複数の凹部２１０ｂとを有する。表面２１０ａは、基材２１０の外側の表面である。基材２１０は、表面２１０ａにおいて酸化クロム膜２１１に接合される。図７において、表面２１０ａは略平面状に形成されているが、凹凸が形成されていてもよいし、全体的或いは部分的に湾曲又は屈曲していてもよい。
【００５７】
各凹部２１０ｂは、表面２１０ａに形成される。各凹部２１０ｂは、表面２１０ａに形成された開口Ｓ２から基材２１０の内部に向かって延びる。各凹部２１０ｂ内には、後述する酸化クロム膜２１１の各埋設部２１１ｂが埋設される。
【００５８】
各凹部２１０ｂは、開口Ｓ２に近づくほど窄まっている。すなわち、基材２１０の表面２１０ａに垂直な断面において、各凹部２１０ｂの幅は、開口Ｓ２付近で狭くなっている。開口Ｓ２の幅Ｗ１は、当該断面において、開口Ｓ２の縁を最短距離で結ぶ直線ＣＬ１の長さである。開口Ｓ２の幅Ｗ１は特に制限されないが、例えば０．３〜３０μｍとすることができる。後述する各埋設部２１１ｂに十分な強度を持たせることを考慮すると、幅Ｗ１は、０．５μｍ以上が好ましい。
【００５９】
なお、凹部２１０ｂの幅が開口Ｓ２付近で狭くなっている限り、凹部２１０ｂの形状は特に制限されない。また、基材２１０の表面２１０ａには、凹部２１０ｂが少なくとも１つ形成されていればよく、その個数は特に制限されない。
【００６０】
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、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てもよい。酸化クロム膜２１１は、酸化クロムを主成分として含有する。
【００６１】
図７に示すように、酸化クロム膜２１１は、表面２１１ａと、複数の埋設部２１１ｂとを有する。表面２１１ａは、酸化クロム膜２１１の外側の表面である。酸化クロム膜２１１は、表面２１１ａにおいて被覆膜２１２と接合される。
【００６２】
各埋設部２１１ｂは、基材２１０の各凹部２１０ｂ内に配置される。各埋設部２１１ｂは、各凹部２１０ｂの全体に充填されていてもよいし、各凹部２１０ｂの一部分に配置されていてもよい。また、酸化クロム膜２１１は、埋設部２１１ｂを少なくとも１つ有していればよく、その個数は特に制限されない。
【００６３】
各埋設部２１１ｂは、各凹部２１０ｂの開口Ｓ２においてくびれている。すなわち、各埋設部２１１ｂは、開口Ｓ２付近で局所的に細くなっている。このようなボトルネック構造によって、各埋設部２１１ｂが各凹部２１０ｂに係止されてアンカー効果が生じる。
【００６４】
本実施形態において、「埋設部２１１ｂが開口Ｓ２においてくびれている」とは、基材２１０の表面２１０ａに垂直な断面において、埋設部２１１ｂの幅Ｗ２が開口Ｓ２の幅Ｗ１よりも大きいことを意味する。埋設部２１１ｂの幅Ｗ２とは、開口Ｓ２の幅Ｗ１を規定する直線ＣＬ１に平行な方向における埋設部２１１ｂの最大寸法である。
【００６５】
ここで、図８は、図７の部分拡大図である。図８に示すように、基材２１０の表面２１０ａに垂直な断面において、表面２１０ａに対して埋設部２１１ｂの深さ方向Ｌ１が成す角度θは、鋭角である。すなわち、埋設部２１１ｂは、表面２１０ａに対して傾斜している。これにより、埋設部２１１ｂが表面２１０ａに対して真っ直ぐ設けられている場合に比べて大きなアンカー効果を発揮させることができるため、酸化クロム膜２１１の基材２１０に対する密着力を向上させることができる。その結果、被覆膜２１２が酸化クロム膜２１１とともに基材２１０から剥離することを抑制できる。
【００６６】
「表面２１０ａに対して埋設部２１１ｂの深さ方向Ｌ１が成す角度θ」は、以下のように規定される。まず、図８に示すように、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査型電子顕微鏡）によって１０００−２００００倍に拡大した画像上で、開口Ｓ２の幅Ｗ１を規定する直線ＣＬ１によって埋設部２１１ｂの領域を画定する。次に、埋設部２１１ｂを挟む２本の平行接線ＰＬを１８０度回転させたときに、２本の平行接線ＰＬ間の距離が最大になる位置に固定された２本の平行接線ＰＬに垂直な方向を「深さ方向Ｌ１」に設定する。このときの２本の平行接線ＰＬ間の距離が、埋設部２１１ｂの所謂「最大フェレー径」である。次に、直線ＣＬ１が表面２１０ａと交差する２点を基準点Ｐ１，Ｐ２に設定する。次に、表面２１０ａのうち一方の基準点Ｐ１を起点とする１００μｍの範囲と、表面２１０ａのうち他方の基準点Ｐ２を起点とする１００μｍの範囲とを用いて、最小二乗法による仮想的な近似直線ＣＬ２を引く。近似直線ＣＬ２は、角度θの算出に用いられる表面２１０ａである。すなわち、角度θの算出において、近似直線ＣＬ２が表面２１０ａを示す。そして、この近似直線ＣＬ２に対する深さ方向Ｌ１の角度が、表面２１０ａに対して埋設部２１１ｂの深さ方向Ｌ１が成す角度θである。
【００６７】
埋設部２１１ｂのアンカー効果をより向上させることを考慮すると、埋設部２１１ｂの深さ方向Ｌ１が成す角度θは、８９度以下が好ましく、８５度以下がより好ましく、８０度以下が更に好ましい。
【００６８】
図７に示すように、酸化クロム膜２１１が埋設部２１１ｂを複数有する場合、埋設部２１１ｂの深さ方向Ｌ１が成す角度θは、埋設部２１１ｂごとに異なっていてもよいし、同じであってもよい。また、埋設部２１１ｂの深さ方向Ｌ１は、埋設部２１１ｂごとに異なっていてもよいし、同じであってもよい。角度θ及び深さ方向Ｌ１の少なくとも一方が埋設部２１１ｂごとに異なる場合、複数の埋設部２１１ｂ全体としてのアンカー効果を顕著に向上させることができるため好ましい。
【００６９】
埋設部２１１ｂの深さＤ１は特に制限されないが、例えば０．５〜３０μｍとすることができる。埋設部２１１ｂの深さＤ１とは、図７に示すように、開口Ｓ２の幅Ｗ１を規定する直線ＣＬ１に垂直な方向における埋設部２１１ｂの最大寸法である。埋設部２１１ｂのアンカー効果をより向上させることを考慮すると、深さＤ１は、０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましく、１．５μｍ以上が更に好ましい。図７に示すように、酸化クロム膜２１１が埋設部２１１ｂを複数有する場合、埋設部２１１ｂの深さＤ１は、埋設部２１１ｂごとに異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【００７０】
埋設部２１１ｂの幅Ｗ２は特に制限されないが、例えば０．５〜３５μｍとすることができる。埋設部２１１ｂのアンカー効果をより向上させることを考慮すると、埋設部２１１ｂの幅Ｗ２は、開口Ｓ２の幅Ｗ１の１０１％以上が好ましく、１０５％以上がより好ましく、１１０％以上が特に好ましい。図７に示すように、酸化クロム膜２１１が埋設部２１１ｂを複数有する場合、埋設部２１１ｂの幅Ｗ２は、埋設部２１１ｂごとに異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【００７１】
基材２１０の表面２１０ａに垂直な断面において、表面２１０ａに平行な面方向における埋設部２１１ｂの「存在個数」は、３個／１０ｍｍ以上であることが好ましい。これによって、酸化クロム膜２１１にかかる応力を分散させることができるため、酸化クロム膜２１１及び被覆膜２１２に軽微な欠陥が生じることを抑制できる。
【００７２】
面方向における埋設部２１１ｂの「存在個数」とは、基材２１０の表面２１０ａに垂直な断面において、表面２１０ａの単位長さ当たりに設けられた埋設部２１１ｂの個数である。埋設部２１１ｂの存在個数は、上述したＦＥ−ＳＥＭ画像上において、埋設部２１１ｂの全個数を表面２１０ａの全長（延べ長さ）で除した値である。埋設部２１１ｂの個数を数える場合、ＦＥ−ＳＥＭ画像に一部分だけ写っている埋設部２１１ｂも１個として数える。ただし、深さＤ１が０．１μｍ未満の埋設部２１１ｂは、応力分散効果への寄与が小さいため、埋設部２１１ｂの存在個数を算出する際には除外するものとする。
【００７３】
面方向における埋設部２１１ｂの存在個数は、１００個／ｍｍ以下であることがより好ましい。これによって、凹部２１０ｂ同士が連結してしまうことを抑制できるため、各凹部２１０ｂの形状を長期間にわたって維持することができる。
【００７４】
埋設部２１１ｂの「円相当径」は特に制限されないが、０．５〜３５μｍとすることができる。埋設部２１１ｂの「円相当径」とは、上述したＦＥ−ＳＥＭ画像上において、埋設部２１１ｂと同じ面積を有する円の直径である。埋設部２１１ｂの面積を求める際、埋設部２１１ｂの基端部は、開口Ｓ２の幅Ｗ１を規定する直線ＣＬ１によって画定されるものとする。
【００７５】
被覆膜２１２は、酸化クロム膜２１１の表面２１１ａ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の表面２１１ａ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１〜２００μｍとすることができる。
【００７６】
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できる。
【００７７】
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。
【００７８】
［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。
【００７９】
まず、図９に示すように、基材２１０の表面２１０ａに凹部２１０ｂを形成する。例えばショットピーニング、サンドブラスト又はウェットブラストを用いることによって、所定形状の凹部２１０ｂを効率的に形成することができる。この際、表面２１０ａに対するショットピーニング、サンドブラスト又はウェットブラストの噴射方向を調整して、凹部２１０ｂを斜めに形成することによって、後工程で形成される埋設部２１１ｂの深さ方向Ｌ１が成す角度θを鋭角にするとともに、角度θを所望値に制御することができる。また、面方向における凹部２１０ｂの個数を調整することによって、面方向における埋設部２１１ｂの存在個数を制御できる。
【００８０】
次に、図１０に示すように、基材２１０の表面２１０ａ上でローラーを転がすことによって、凹部２１０ｃの開口Ｓ２周辺を平坦にしつつ、開口Ｓ２を狭くする。この際、ローラーによる押圧力を調整することによって、開口Ｓ２の幅Ｗ１を調整することができる。
【００８１】
次に、図１１に示すように、基材２１０の表面２１０ａ上に酸化クロムペーストを塗布して各凹部２１０ｃ内に酸化クロムペーストを充填した後、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２１０ａ上及び各凹部２１０ｂ内に酸化クロム膜２１１を形成する。これによって、各凹部２１０ｃ内に埋設された埋設部２１１ｂが形成される。
【００８２】
次に、図１２に示すように、酸化クロム膜２１１上にセラミックス材料ペーストを塗布して、熱処理（８００〜９００℃、１〜５時間）することによって、被覆膜２１２を形成する。
【００８３】
（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。
【００８４】
［変形例１］
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、燃料電池セル３００と電気的に接続される集電部材３０１に好適に用いることができる。
【００８５】
［変形例２］
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、導電性の支持基板と、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。
【００８６】
［変形例３］
上記実施形態において、基材２１０の凹部２１０ｂは、表面２１０ａに直接形成されることとしたが、図１３に示すように、表面２１０ａに形成された環状凸部２１０ｃの内側に形成されていてもよい。このような環状凸部２１０ｃは、図１０に示したローラーの押圧力を弱めることによって形成することができる。このように凹部２１０ｂが環状凸部２１０ｃの内側に形成されている場合であっても、被覆膜２１２が酸化クロム膜２１１とともに基材２１０から剥離することを抑制できる。
【００８７】
［変形例４］
上記実施形態では、本発明にかかる合金部材を電気化学セルの一例である燃料電池のセルスタックに適用した場合について説明したが、本発明にかかる合金部材は、水蒸気から水素と酸素を生成する電解セルを含む電気化学セルのセルスタックに適用可能である。
【実施例】
【００８８】
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。
【００８９】
（比較例１および実施例１〜２０）
以下のようにして、比較例１および実施例１〜２０に係る合金部材を作製した。
【００９０】
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。
【００９１】
次に、ショットピーニングにより基材の表面に凹部を形成した。この際、比較例１では、基材の表面に対するショットピーニングの噴射方向を垂直にして凹部を真っ直ぐ形成することによって、表１に示すように、後工程で形成される埋設部の角度θ（図８参照）を９０度にした。一方、実施例１〜２０では、基材の表面に対するショットピーニングの噴射方向を調整して凹部を斜めに形成することによって、表１に示すように、埋設部の角度θを鋭角（ただし、サンプルごとに角度θは異なる。）にした。
【００９２】
次に、基材の表面上でローラーを転がすことによって、各凹部の開口部の幅を狭くした。
【００９３】
次に、基材表面に酸化クロムペーストを塗布して凹部内に酸化クロムペーストを充填した後、大気雰囲気で熱処理（９００℃、１時間）することによって、基材の表面上及び凹部内に酸化クロム膜を形成した。これによって、凹部内に埋設された埋設部を形成した。
【００９４】
次に、表１に示す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（８００−１０００℃、１−２０時間）することによって被覆膜を形成した。
【００９５】
（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。
【００９６】
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、基材の断面をＦＥ−ＳＥＭで３０００倍に拡大した画像において、酸化クロム膜とともに被覆膜が基材から剥離していないか否かを確認した。確認結果を表１に示す。表１では、剥離のあったものが×と評価され、剥離の無かったものが○と評価されている。
【００９７】
また、各サンプルについて、ＦＥ−ＳＥＭ画像上において、埋設部の角度θを測定した。
【００９８】
【表１】
2019215988.tif 000003
【００９９】
表１に示すように、基材の表面に形成される凹部の開口でくびれた埋設部を酸化クロム膜が有し、埋設部の角度θを鋭角にした実施例１〜２０では、比較例１に比べて被覆膜の剥離を抑制することができた。このような結果が得られたのは、斜めの埋設部で十分なアンカー効果を発揮させることによって、酸化クロム膜の基材に対する密着力を向上させることができたからである。
【符号の説明】
【０１００】
１００      セルスタック装置
２００      マニホールド
２０１      天板
２１０      基材
２１０ａ    表面
２１０ｂ    凹部
２１１      酸化クロム膜
２１１ａ    表面
２１１ｂ    埋設部
２１２      被覆膜
２５０      セルスタック
【図１】
2019215988.tif 000004
【図２】
2019215988.tif 000005
【図３】
2019215988.tif 000006
【図４】
2019215988.tif 000007
【図５】
2019215988.tif 000008
【図６】
2019215988.tif 000009
【図７】
2019215988.tif 000010
【図８】
2019215988.tif 000011
【図９】
2019215988.tif 000012
【図１０】
2019215988.tif 000013
【図１１】
2019215988.tif 000014
【図１２】
2019215988.tif 000015
【図１３】
2019215988.tif 000016