(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｃｒ：１７〜３６％、Ｂ：０．００５〜３．５％を含有する燃料電池用ステンレス鋼材の製造方法であって、ステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備することを特徴とする燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法。
【請求項２】
重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２％、Ｎ：０．３％以下、Ｃｕ：０〜３％、Ｎｉ：７〜５０％、Ｃｒ：１７〜３０％、Ｍｏ：０〜７％、Ｂ：０．００５〜３．５％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であり、Ｃｒ、ＭｏおよびＢが下記式を満足する燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法において、上記成分のオーステナイト系ステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備するを具備することを特徴とする燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法。
Ｃｒ（％）＋３×Ｍｏ（％）−２．５×Ｂ（％）≧１７
ただし、式中の各元素記号は含有量（重量％）を示す
【請求項３】
重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２％、Ｎ：０．３５％以下、Ｃｕ：０〜１％、Ｎｉ：０〜５％、Ｃｒ：１７〜３６％、Ｍｏ：０〜７％、Ｂ：０．００５〜３．５％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であり、Ｃｒ、ＭｏおよびＢが下記式を満足する燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法において、上記成分のフェライト系ステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備するを特徴とする燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法。
Ｃｒ（％）＋３×Ｍｏ（％）−２．５×Ｂ（％）≧１７
ただし、式中の各元素記号は含有量（重量％）を示す
【請求項４】
重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｃｒ：１７〜３６％、Ｂ：０．００５〜３．５％を含有する燃料電池用ステンレス鋼材の製造方法であって、光輝焼鈍処理仕上げしたステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備することを特徴とする燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法。
【請求項５】
重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２％、Ｎ：０．３％以下、Ｃｕ：０〜３％、Ｎｉ：７〜５０％、Ｃｒ：１７〜３０％、Ｍｏ：０〜７％、Ｂ：０．００５〜３．５％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であり、Ｃｒ、ＭｏおよびＢが下記式を満足する光輝焼鈍処理仕上げした燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法において、上記成分のオーステナイト系ステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備するを具備することを特徴とする燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法。
Ｃｒ（％）＋３×Ｍｏ（％）−２．５×Ｂ（％）≧１７
ただし、式中の各元素記号は含有量（重量％）を示す
【請求項６】
重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２％、Ｎ：０．３５％以下、Ｃｕ：０〜１％、Ｎｉ：０〜５％、Ｃｒ：１７〜３６％、Ｍｏ：０〜７％、Ｂ：０．００５〜３．５％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であり、Ｃｒ、ＭｏおよびＢが下記式を満足する光輝焼鈍処理仕上げした燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法において、上記成分のフェライト系ステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備するを特徴とする燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法。
Ｃｒ（％）＋３×Ｍｏ（％）−２．５×Ｂ（％）≧１７
ただし、式中の各元素記号は含有量（重量％）を示す
【請求項７】
前記第１工程および前記第３工程で用いる前記酸化性の酸が２〜３０％の硝酸を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法。
【請求項８】
前記酸性水溶液がフッ化水素酸を２〜２０％、硝酸を５〜２０％含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法に係り、特に、導電性介在物を表面に突出させることで接触抵抗を低減するとともに、導電性介在物の脱落を防止して低い接触抵抗を長期に亘って維持する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の例えばセパレータは、反応ガス通路を形成するとともに、電極と接触して生成した電流を外部に供給する導体として機能するから、接触抵抗が低いことが求められる。最近では、強度と耐腐食性の観点からステンレス鋼材製の燃料電池用セパレータが着目されてきている。ステンレス鋼材は、表面に不動態被膜が形成されることから耐食性に優れるが、不動態被膜は電気抵抗が大きいという欠点を有している。そこで、特許文献１では、セパレータの接触部に金メッキを施して電気抵抗を小さくすることが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２８９１４号公報
【特許文献２】特開平１１−１２１０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記提案に係る技術では、金メッキを用いるためセパレータが非常に高価となり、燃料電池の製造コストが割高になるという問題があった。また、特許文献２には、ステンレス鋼材の表面にカーボン粒子を埋設したセパレータが提案されている。しかしながら、このセパレータでは、振動等に起因する擦れによって容易に脱落するため、長時間の使用には適さない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、メッキなどの高コストな手法を用いることなく接触抵抗を向上させることができ、ステンレス鋼材の優れた特性を長期に亘って発揮することができる燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法を提供することを目的としている。
【０００６】
本発明者等は、先ず、ステンレス鋼材に含まれる導電性の介在物を表面に突出させる表面処理方法について検討した。この表面処理方法は、ステンレス鋼材に添加量を限定したＣおよびＢを含有させることにより、導電性の高い炭化物、硼炭化物、硼化物等の導電性介在物を析出させ、ステンレス鋼材の表面を酸性水溶液によって腐食することで導電性介在物を表面から突出させ、次いで、表面を酸化性の酸で処理して不動態被膜を形成するというものである。このような表面処理方法によれば、不動態被膜から導電性介在物が突出しているので、導電性介在物が接点となって接触抵抗を低減するとともに、耐食性も損なわれないという利点がある。
【０００７】
しかしながら、上記のような表面処理方法では、導電性介在物がマトリックスから脱落し易く、そのため、使用時間の経過とともに接触抵抗が増大するという問題があった。発明者等の検討によれば、以下のような理由によりそのような不具合が生じることが判明した。
【０００８】
第１図は上記した表面処理方法を施したステンレス鋼材の電子顕微鏡写真である。この図から、導電性介在物の周囲のマトリックスがえぐられていることが判る。これを図示すると第３図のとおりであり、導電性介在物の周囲に隙間腐食ないし孔食が発生して空隙が生じているのが判った。すなわち、最初に酸性水溶液で表面を腐食する表面処理方法では、導電性介在物が析出する際にＣｒを内部に取り込むため周囲のＣｒ濃度が希薄になり、その結果、酸性水溶液で腐食した際に導電性介在物の周囲のＦｅ成分やＮｉ成分が選択的に溶出し、導電性介在物とマトリックスとの間に微小な隙間が生じる。次いで、酸化性の酸でマトリックス表面に不動態被膜が生成されるが、既に形成されている微小な隙間に起因して隙間腐食ないし孔食が生じる。このため、上記のような表面処理方法では、導電性介在物のマトリックスへの固着強度が弱く、使用中の擦れや曲げ加工などを行った際にマトリックスから容易に脱落してしまうのである。また、導電性介在物が脱落しない場合であっても、導電性介在物とマトリックスとの接触面積が小さいため、電気抵抗が大きくなる。
【０００９】
本発明の燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理法法（以下、「表面処理方法」と略称する）は、上記のような表面処理方法を改善したものであって、重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｃｒ：１７〜３６％、Ｂ：０．００５〜３．５％を含有する燃料電池用ステンレス鋼材の製造方法であって、ステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備することを特徴としている。
【００１０】
一般に、ステンレス鋼材の表面には、その製造過程において大気と接触することにより、Ｃｒ水酸化物を主体とする不動態被膜が形成されるが、大気中でステンレス鋼材表面に生成する不動態被膜は数ｎｍ程度の非常に薄いものである。また、導電性介在物周囲のマトリックス中のＣｒ濃度は、介在物析出に伴い低下しているため、不動態被膜としての健全な被膜形成が充分に行われていない状況にある。本発明者等は、上記第１工程によって導電性介在物の周囲の不動態被膜として健全な被膜形成が行われていない領域を酸化性の酸により健全な不動態被膜に修復し、Ｃｒリッチな不動態被膜とすることで、他の不動態化表面と同等とすることが可能である点に着目して本発明を完成させるに至った。換言すれば、上記第１工程による導電性介在物周囲の不動態被膜の修復健全化により、第２工程の酸性水溶液中での腐食が行われても、導電性介在物周囲がえぐられる様に選択的に溶出することがなくなり、隙間腐食の原因となるマトリックスとの隙間が生じにくくなる点に着目し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
また、本発明における第２工程では、不動態被膜中のＦｅ成分やＮｉ成分等が優先的に溶出するから、不動態被膜中のＣｒ濃度が上昇し、より耐食性の高いＣｒリッチな不動態被膜となる。そして、第３工程で酸化性の酸によってさらに不動態被膜の生成が行われるから、Ｃｒ酸化物濃度が高くなって耐食性をさらに向上させることができる。
【００１２】
第２図は本発明の表面処理方法を施したステンレス鋼材の電子顕微鏡写真であり、第４図は導電性介在物の断面を示す模式図である。これらの図から、導電性介在物とマトリックスとの間には隙間腐食ないし孔食が生じていないことが判る。このように、本発明の表面処理方法では、導電性介在物の周囲ねの隙間腐食等の発生を防止することができる。したがって、導電性介在物とマトリックスとの接触面積を大きくして電気抵抗を小さくすることができる。また、導電性介在物の脱落を有効に防止することができるので、低い電気抵抗を長期に亘って維持することができる。さらに、第２工程によって不動態被膜をＣｒリッチにすることができるので、耐食性を向上させることができる。
【００１３】
また、光輝焼鈍処理した鋼材を用いれば、非酸化性雰囲気で焼鈍されるため、大気中の焼鈍に比べ、脱Ｂ層が形成されにくくなる。このため、酸洗後に露出する導電性介在物の減少を阻止できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明のより好適な実施の形態について説明する。
オーステナイト系ステンレス鋼材
【００１５】
本発明では、オーステナイト系ステンレス鋼材を使用することができる。すなわち、本発明の好適な燃料電池用ステンレス鋼材の製造方法は、重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２％、Ｎ：０．３％以下、Ｃｕ：０〜３％、Ｎｉ：７〜５０％、Ｃｒ：１７〜３０％、Ｍｏ：０〜７％、Ｂ：０．００５〜３．５％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であり、Ｃｒ、ＭｏおよびＢが下記式を満足する燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法において、上記成分のオーステナイト系ステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備するを具備することを特徴としている。
Ｃｒ（％）＋３×Ｍｏ（％）−２．５×Ｂ（％）≧１７
ただし、式中の各元素記号は含有量（重量％）を示す
【００１６】
フェライト系ステンレス鋼材
本発明では、フェライト系ステンレス鋼材を使用することができる。すなわち、本発明の好適な燃料電池用ステンレス鋼材の製造方法は、重量比で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２％、Ｎ：０．３５％以下、Ｃｕ：０〜１％、Ｎｉ：０〜５％、Ｃｒ：１７〜３６％、Ｍｏ：０〜７％、Ｂ：０．００５〜３．５％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であり、Ｃｒ、ＭｏおよびＢが下記式を満足する燃料電池用ステンレス鋼材の表面処理方法において、上記成分のフェライト系ステンレス鋼材の表面に予め酸化性の酸によって不動態被膜を生成する第１工程と、上記不動態被膜を酸性水溶液により腐食することにより、その表面に導電性を有する介在物であるＭ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物、Ｍ２Ｂ型硼化物のうち１種以上を突出させる第２工程と、腐食した表面に突出させた介在物以外の表面に酸化性の酸によって不動態被膜を形成する第３工程と、水洗、乾燥を行う第４工程とを具備するを具備することを特徴としている。
Ｃｒ（％）＋３×Ｍｏ（％）−２．５×Ｂ（％）≧１７
ただし、式中の各元素記号は含有量（重量％）を示す
【００１７】
導電性介在物
Ｍ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物系金属介在物、Ｍ２Ｂ型棚化物系金属介在物の“Ｍ”は金属元素を示すが、特定の金属元素ではなく、ＣあるいはＢとの化学的親和力の強い金属元素を示す。一般に、Ｍは鋼中共存元素との関係より、Ｃｒ、Ｆｅを主体とし、Ｎｉ、Ｍｏを微量含有することが多い。炭化物の場合、Ｂも“Ｍ”としての作用を有する。Ｍ２３Ｃ６型炭化物系金属介在物としてはＣｒ２３Ｃ６、（Ｃｒ，Ｆｅ）２３Ｃ６、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物系金属介在物としては、Ｃｒ２３（Ｃ，Ｂ）６、（Ｃｒ、Ｆｅ）２３（Ｃ，Ｂ）６、あるいはＭ２Ｂ型瑚化物系金属介在物としては、Ｃｒ２３、（Ｃｒ、Ｆｅ）２３、（Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ）２Ｂ、（Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ）２Ｂ、（Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ）２Ｂ、Ｃｒ１．２Ｆｅ０．７６Ｎｉ０．０４Ｂといったものがある。上記のＭ２３Ｃ６型炭化物系金属介在物あるいはＭ２Ｂ型硼化物系金属介在物いずれにおいても、Ｃの一部がＢで置換されたＭ２３（Ｃ、Ｂ）８型、Ｍ４（Ｃ、Ｂ）型、Ｍ２（Ｃ、Ｂ）型、Ｍ（Ｃ、Ｂ）型炭化物系金属介在物あるいはＭ２（Ｃ、Ｂ）型棚化物系金属介在物といった金属介在物も析出することが多いが、上記の表記はこれらも含んでいるものとする。基本的に、電気伝導性が良好である金属系の分散物であれば類似の性能が期待できると推察される。
【００１８】
上記成分の数値限定の根拠は以下のとおりである。なお、以下の説明において「％」は「重量％」を示す。
【００１９】
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは、Ｃｒ系主体の炭化物として分散析出することで、不動態皮膜で覆われているステンレス鋼材表面の接触電気抵抗を下げる作用がある。しかしながら、Ｃの含有量が０．１５％を超えると、強度、硬度が高くなって延性が低下し、製造性が低下する。よって、Ｃの含有量は０．１５％以下とした。
【００２０】
Ｃｒ：１７〜３６％
Ｃｒは、マトリックスの耐食性を確保する上で重要な元素であり、含有量が１７％未満ではそのような効果が不充分となる。一方、Ｃｒの含有量が３６％を超えると、量産規模での生産が難しくなる。よって、Ｃｒの含有量は１７〜３６％とした。なお、オーステナイト系ステンレス鋼材では、３０％を超えるとオーステナイト相が不安定性になるため、３０％以下であることが望ましい。
【００２１】
Ｂ：０．００５〜３．５％
Ｂは、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型硼炭化物およびＭ２Ｂ型硼化物として析出することで、不動態皮膜で覆われているステンレス鋼材表面の接触電気抵抗を下げる作用がある。Ｂの含有量が０．００５％未満ではそのような作用が不充分となる。一方、Ｂの含有量が３．５％を超えると、通常の溶解法での製造が困難になるとともに、強度および硬度が高くなって延性も低下し、生産性が低下する。よって、Ｂの含有量は０．００５〜３．５％とした。
【００２２】
Ｃｒ（％）＋３×Ｍｏ（％）−２．５×Ｂ（％）≧１７
Ｃｒ系の棚化物、炭化物が析出することにより、耐食性向上に寄与する鋼中Ｃｒ量が、溶鋼段楷でのＣｒ量に比べて低下してマトリックス耐食性が劣化する場合がある。燃料電池内部での耐食性を確保するためには、少なくとも上記関係式を満たす鋼中Ｃｒ量であることが望ましい。
【００２３】
Ｓｉ：０．０１〜１．５％
ＳｉはＡｌと同様に有効な脱酸剤として添加される元素である。Ｓｉの含有量が０．０１％未満では脱酸が不十分となり、一方、１．５％を超えると成形性が低下する。よって、Ｓｉは０．０１〜１．５％の範囲で含有することが望ましい。
【００２４】
Ｍｎ：０．０１〜２．５％
Ｍｎは鋼中のＳをＭｎ系の硫化物として固定する作用があり、熱間加工性を改善する効果がある。また、オーステナイト系ステンレス鋼材では、Ｍｎはオーステナイト相の安定化に寄与する。一方、Ｍｎの含有量が２．５％を上回ってもそれ以上の効果は望めない。よって、Ｍｎは０．０１〜２．５％の範囲で含有することが望ましい。なお、フェライト系ステンレス鋼剤の場合には、Ｍｎの含有量は１．５％以下で充分である。
【００２５】
Ｐ：０．０３５％以下
Ｐは不純物元素であり０．０３５％以下とするのが望ましい。
【００２６】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、Ｍｎ系硫化物、Ｃｒ系硫化物、Ｆｅ系硫化物、あるいは、これらの複合硫化物および酸化物との複合非金属介在物としてほとんどが析出する。いずれの組成の非金属介在物も腐食の起点として作用し、不動態被膜の維持と腐食溶出抑制に有害である。この観点から、Ｓの含有量は０．０１％以下に規制することが望ましい。
【００２７】
Ａｌ：０．００１〜０．２％
Ａｌは、脱酸剤として溶鋼段階で添加される。Ｂは溶鋼中酸素との結合カが強い元素であるので、Ａｌ脱酸により酸素濃度を下げておく必要がある。そのため、０．００１〜０．２％の範囲で含有させるのがよい。
【００２８】
Ｎ：０．３％以下または０．０３５％以下
オーステナイト系ステンレス鋼材においては、Ｎはオーステナイト形成元素としてオーステナイト相のバランス調整に有効な元素である。しかし、加工性を劣化させないために上限を０．３％とするのがよい。一方、フエライト系ステンレス鋼材におけるＮは不純物である。Ｎは常温靭性を劣化させるので上限を０．０３５％とするのがよい。
【００２９】
Ｎｉ：７〜５０％または０〜５％
オーステナイト系ステンレス鋼材においてＮｉは、オーステナイト相安定のために重要な合金元素である。Ｎｉの含有量が７％未満ではそのような作用が不充分となり、一方、５０％を超えると製造が困難となる。よって、オーステナイト系ステンレス鋼材の場合には、Ｎｉの含有量は７〜５０％とするのが望ましい。
【００３０】
また、Ｎｉは、フエライト系ステンレス鋼材においても耐食性および靭性を改善する効果がある。一方、Ｎｉの含有量が５％を超えると、フエライト及びオーステナイトの２相組繊となり、その結果、薄板成形に方向性が生じ充分な加工性を確保することができなくなる。よって、フエライト系ステンレス鋼材の場合には、Ｎｉは０〜５％の範囲で含有することが望ましい。
【００３１】
Ｍｏ：０〜７％
Ｍｏは、Ｃｒに比べて少量で耐食性を改善する効果がある。Ｍｏは、７％以下の量で必要により含有させるのがよい。７％を超えて含有させると、材料を脆化させるシグマ相等の金属間化合物が析出し易くなる。よって、Ｍｏは０〜７％の範囲で含有することが望ましい。
【００３２】
Ｃｕ：０〜３％または０〜１％
Ｃｕはオーステナイト相安定化元素であり、不動態保持に際して有効な働きをする。一方、Ｃｕの含有量が３％を超えると、熱間での加工性が低下して量産性の確保が難しくなる。よって、オーステナイト系ステンレス鋼材では、Ｃｕを０〜３％の範囲で含有することが望ましい。また、フエライト系ステンレス鋼材でもＣｕは同等の作用を奏するが、上限値は１％とすることが望ましい。
【００３３】
次に、良好な不動態被膜を生成するために、酸化性の酸は、２〜３０％の硝酸を含むことが望ましい。また、良好な腐食を行って導電性介在物を不動態被膜から確実に突出させるために、酸性水溶液は、フッ化水素酸を２〜２０％、硝酸を５〜２０％含むことが望ましい。
【００３４】
次に、表層での脱Ｂ層形成を減少させるための光輝焼鈍処理の条件としては、非酸化性雰囲気で、露点温度で−５５〜−３５℃が好ましい。非酸化性雰囲気とは、例えばアンモニアガス、窒素−水素雰囲気、水素雰囲気であり、好ましいのは窒素−水素雰囲気である。また、焼鈍条件としては、１０５０〜１１２０℃で、２０秒間保持することが好ましい。
【実施例】
【００３５】
以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
Ａ．試料の作製
表１に示す成分組成のオーステナイト系ステンレス鋼材を真空溶解炉で溶解し、インゴットに造塊して熱間圧延、冷間圧延および窒素−水素雰囲気で１０８０℃加熱で２０秒間保持する光輝焼鈍処理を経て板厚０．１５ｍｍの試料を作製した。この試料を９０℃に保持した５％硝酸溶液からなる酸化性の酸に１０分間浸漬し、不動態被膜を生成した。次いで、この試料を６０℃に保持した１０％硝酸溶液と４％のフッ化水素酸からなる酸性水溶液に２分間浸漬し、試料の表面を腐食した。次いで、この試料を９０℃に保持した８％硝酸溶液からなる酸化性の酸に１０分間浸漬し、不動態被膜を生成した。その後、試料を水洗し乾燥した。
【００３６】
【表１】
0004091425.tif 000002
【００３７】
また、比較のために本発明者等が先に検討した最初に酸性水溶液で表面を腐食する表面処理方法（従来例と称する）を表１に示すオーステナイト系ステンレス鋼材に対して行った。すなわち、上記の本発明例と同一の試料を作製し、この試料を６０℃に保持した１０％硝酸溶液と４％のフッ化水素酸からなる酸性水溶液に２分間浸漬し、試料の表面を腐食した。次いで、この試料を９０℃に保持した８％硝酸溶液からなる酸化性の酸に１０分間浸漬し、不動態被膜を生成した。
【００３８】
Ｂ．特性の測定
上記試料につき、接触抵抗と、０．９Ｖ時の不動態保持電流密度を測定した。その測定結果を第５図に示す。なお、接触抵抗は２枚重ねたセパレータ（アノード側とカソード側）に面圧５ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重をかけ、抵抗計を用いて測定した貫通抵抗である。また、不動態保持電流密度とは、母材のステンレス鋼が酸化物になる酸化物生成速度と、表面酸化被膜が溶けてイオン化する速度が等しくなったとき、すなわち酸化被膜の厚さが変化しなくなったときの腐食速度に対応した電流密度を言うもので、定電位分極試験にてその電流密度を測定した。第５図から明らかなように、本発明の表面処理方法を施した試料では、従来例よりも接触抵抗が格段に小さく、また、０．９Ｖ時の不動態保持電流密度も大きい。
【００３９】
次に、上記試料をセパレータとして燃料電池の単位セルを構成し、この単位セルを１０個積層して燃料電池スタックを構成した。この燃料電池スタックを加振装置に取り付け、実車と同等の振動モード（１．１Ｇ、３０Ｈｚ）での接触抵抗の推移を調べた。その結果を第６図に示す。第６図から判るように、本発明例では接触抵抗が低く、しかも３０００時間まで全く変化が無い。それに対して、従来例では接触抵抗が高く、しかも時間の経過とともに増加している。これは、導電性介在物が振動で脱落しためである。
【００４０】
次に、上記燃料電池を発電させ、発電開始から３０００時間までの単位セルの０．７Ｖ発電時の電流密度を測定した。その測定結果を第７図に示す。第７図から判るように、発電開始直後は本発明例と従来例では電流密度は殆ど同じである。しかしながら、本発明例では３０００時間経過後も電流密度が全く変わらないのに対し、従来例では発電開始してから電流密度が急減し、時間の経過とともに徐々に低下している。これも導電性介在物の脱落によるものと考えられる。
【００４１】
表２に示すフェライト系ステンレス鋼材を用いて上記と同じ試料を作製し、同様の試験を行ったところ、上記と同等の結果が得られた。
【００４２】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ＡおよびＢは、最初に酸性水溶液で表面を腐食する表面処理方法を施した燃料電池用ステンレス鋼材の表面の電子顕微鏡写真である。
【図２】ＡおよびＢは、本発明の表面処理方法を施した燃料電池用ステンレス鋼材の表面の電子顕微鏡写真である。
【図３】第１図に示す導電性介在物を模式的に示す断面図である。
【図４】第２図に示す導電性介在物を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施例における接触抵抗と０．９Ｖ時の不動態保持電流密度を示す線図である。
【図６】本発明の実施例における加振耐久時間と接触抵抗との関係を示す線図である。
【図７】本発明の実施例における発電時間と接触抵抗との関係を示す線図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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