(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０％超〜０．０２％、Ｎ：０％超〜０．０２％、Ｓｉ：０％超〜０．２５％、Ｍｎ：０％超〜０．２％、Ｐ：０％超〜０．０４％、Ｓ：０％超〜０．０２％、Ｃｒ：２５〜３４％、Ｔｉ：０％超〜０．５％、Ｎｂ：０％超〜０．５％、Ｓｎ：０％超〜０．６％、を含み、残部がＦｅおよびその他不可避不純物からなり、不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＸおよびＳｎの原子比に関する式（１）の値が０．００１以上であり、
ＣｒおよびＳｎの含量に関する式（２）で定義される接触抵抗指数が２５以上であり、不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＳｎおよびＣｒの原子比に関する式（３）の値が０．００１以上であることを特徴とする接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼。
Ｘ／Ｓｎ    −−−−−−式（１）
Ｃｒ＋１０Ｓｎ    −−−−−−式（２）
（１０＊Ｓｎ）／Ｃｒ    −−−−−−式（３）
ここで、ＸはＣｌまたはＦであり、Ｃｒ、ＳｎはＣｒおよびＳｎの含有量である。
【請求項２】
前記式（３）の値が０．００４以上であることを特徴とする請求項１に記載の接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼。
【請求項３】
前記ステンレス鋼の接触抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載の接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼。
【請求項４】
前記不動態皮膜の厚さは３．５ｎｍ以下（０を除く）であることを特徴とする請求項１に記載の接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼。
【請求項５】
前記不動態皮膜の腐食電位は０．３Ｖ（ＳＣＥ）以上であることを特徴とする請求項１に記載の接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼。
【請求項６】
Ｃｕ：０％超〜０．６％、Ｖ：０％超〜０．６％およびＭｏ：０．０５〜２．５％からなるグループから選択されるいずれか一つ以上をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼。
【請求項７】
質量％で、Ｃ：０％超〜０．０２％、Ｎ：０％超〜０．０２％、Ｓｉ：０％超〜０．２５％、Ｍｎ：０％超〜０．２％、Ｐ：０％超〜０．０４％、Ｓ：０％超〜０．０２％、Ｃｒ：２５〜３４％、Ｔｉ：０％超〜０．５％、Ｎｂ：０％超〜０．５％、Ｓｎ：０％超〜０．６％、を含み、残部がＦｅおよびその他不可避不純物からなるステンレス鋼を熱間圧延および冷間圧延して冷延薄板を製造する段階、および
前記冷延薄板をＣｌまたはＦのうちいずれか一つ以上を含む酸溶液に浸漬する段階を含み、前記ステンレス鋼は、ＣｒおよびＳｎの含量に関する式（２）で定義される接触抵抗指数が２５以上であり、
前記ステンレス鋼は、不動態皮膜を含み、該不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＳｎおよびＣｒの原子比に関する式（３）の値が０．００１以上であり、
前記不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＸおよびＳｎの原子比に関する式（１）の値が０．００１以上であることを特徴とする接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。
Ｘ／Ｓｎ    −−−−−−式（１）
Ｃｒ＋１０Ｓｎ    −−−−−−式（２）
（１０＊Ｓｎ）／Ｃｒ    −−−−−−式（３）
ここで、ＸはＣｌまたはＦであり、Ｃｒ、ＳｎはＣｒおよびＳｎの含有量である。
【請求項８】
前記酸溶液は塩酸またはフッ酸を含むことを特徴とする請求項７に記載の接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼およびその製造方法に係り、より詳しくは、コーティングなどの付加的な表面処理がなくても接触抵抗を低くすることができる接触抵抗が優秀な高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池は水素イオン交換特性を有する高分子膜を電解質として使う燃料電池であって、他の形態の燃料電池と比べて８０℃程度と作動温度が低く効率が高い。また、始動が早く出力密度が高く、さらに電池本体の構造が簡単であるため自動車用、家庭用などに使用が可能である。
【０００３】
高分子電解質型燃料電池は、電解質とアノード（ａｎｏｄｅ）およびカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）電極からなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両側に気体拡散層と分離板が積層された単位電池構造で形成されており、このような単位電池が複数個直列に連結されて構成されたものを燃料電池スタックという。
【０００４】
分離板は燃料電池電極にそれぞれ燃料（水素あるいは改質ガス）と酸化剤（酸素と空気）を供給し、電気化学反応物である水を排出するための流路が形成されており、膜電極集合体と気体拡散層を機械的に支持する機能と隣接した単位電池との電気的連結機能を遂行する。
【０００５】
このような分離板の素材として従来には黒鉛素材を使っていたが、最近では製作費用、重さなどを考慮してステンレス鋼を多く適用している。適用されるステンレス鋼素材は、燃料電池の作動環境である強い酸性環境内において腐食性が優秀でなければならず、軽量化、小型化、量産性の観点で耐食性および伝導性が優秀なステンレス鋼を使わなければならない。
【０００６】
しかし、既存のステンレス鋼は表面に形成された不動態皮膜によって高い抵抗値を示して燃料電池性能において抵抗損失を引き起こし得るため、さらに金（Ａｕ）や炭素、窒化物（ｎｉｔｒｉｄｅ）等の伝導性物質をコーティングする工程が提案されてきた。
【０００７】
しかし、このような方法は貴金属またはコーティング物質をコーティングするための追加工程によって製造費用および製造時間が増加するため、生産性が増加する問題点を有していた。
【０００８】
また、このような問題を解決するために表面改質による接触抵抗を下げることに関して研究が進行中である。
【０００９】
特許文献１では、表面改質工程を制御して低い界面接触抵抗と高い腐食電位を有する分離板用ステンレス鋼が提示されている。特許文献２では、Ｃｒ  １７〜２３％を含有したステンレス鋼を［ＨＦ］≧［ＨＮＯ３］溶液に浸漬して耐食性と接触抵抗が向上したステンレス鋼を製造する方法が提示されている。特許文献３では、Ｃｒ  １５〜４５％、Ｍｏ  ０．１〜５％を有するステンレス鋼の不動態皮膜に含まれるＣｒ、Ｆｅ原子数比が１以上のものにして接触抵抗が小さいステンレス鋼が提示されている。
【００１０】
しかし、このような方法は数ｎｍ領域内での不動態皮膜のＣｒ／Ｆｅ原子数比のみを調整するための方法であって、Ｃｒ、Ｆｅ原子比の制御だけでは強酸の環境内で長時間寿命が必要な燃料電池の作動環境内でステンレス鋼の接触抵抗を低くするには限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】韓国公開特許公報第１０−２０１４−００８１１６１号
【特許文献２】韓国公開特許公報第１０−２０１３−００９９１４８号
【特許文献３】特開第２００４−１４９９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が目的とするところは、ステンレス鋼の表面に形成された非伝導性皮膜を除去し、新しい伝導性皮膜を形成して耐食性を改善するとともに、ステンレス鋼の数ｎｍ領域の不動態皮膜のＣｒおよびＳｎ、Ｃｌ、Ｆ微量合金元素比を制御することによって、別のコーティングなどの付加的な表面処理がなくても接触抵抗を低くすることができる高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼を提供することである。
また、前記高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０％超〜０．０２％、Ｎ：０％超〜０．０２％、Ｓｉ：０％超〜０．２５％、Ｍｎ：０％超〜０．２％、Ｐ：０％超〜０．０４％、Ｓ：０％超〜０．０２％、Ｃｒ：２５〜３４％、Ｔｉ：０％超〜０．５％、Ｎｂ：０％超〜０．５％、Ｓｎ：０％超〜０．６％、残部がＦｅおよびその他不可避不純物からなり、不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＸおよびＳｎの原子比に関する式（１）の値が０．００１以上であることを特徴とする。
Ｘ／Ｓｎ  −−−−−−式（１）
ここで、ＸはＣｌまたはＦである。
【００１４】
また、ＣｒおよびＳｎの含量に関する式（２）で定義される接触抵抗指数が２５以上であり、不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＳｎおよびＣｒの原子比に関する式（３）の値が０．００１以上である。
Ｃｒ＋１０Ｓｎ  −−−−−−式（２）
（１０＊Ｓｎ）／Ｃｒ  −−−−−−式（３）
また、前記式（３）の値が０．００４以上である。
また、前記ステンレス鋼の接触抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ２以下である。
また、Ｃｕ：０％超〜０．６％、Ｖ：０％超〜０．６％およびＭｏ：０．０５〜２．５％からなるグループから選択されるいずれか一つ以上をさらに含むことができる。
【００１５】
本発明の一実施例に係る高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼の製造方法によると、質量％で、Ｃ：０％超〜０．０２％、Ｎ：０％超〜０．０２％、Ｓｉ：０％超〜０．２５％、Ｍｎ：０％超〜０．２％、Ｐ：０％超〜０．０４％、Ｓ：０％超〜０．０２％、Ｃｒ：２５〜３４％、Ｔｉ：０％超〜０．５％、Ｎｂ：０％超〜０．５％、Ｓｎ：０％超〜０．６％、残部がＦｅおよびその他不可避不純物からなるステンレス鋼を熱間圧延および冷間圧延して冷延薄板を製造する段階および前記冷延薄板をＣｌまたはＦのうちいずれか一つ以上を含む酸溶液に浸漬する段階を含む。
また、前記酸溶液は塩酸またはフッ酸を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、ステンレス鋼の表面に形成された非伝導性皮膜を除去し、新しい伝導性皮膜を形成して耐食性を改善するとともに、ステンレス鋼の不動態皮膜のＣｒおよびＳｎ、Ｃｌ、Ｆ微量合金元素比を制御することによって、別のコーティングなどの付加的な表面処理がなくても接触抵抗を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一般的な高分子燃料電池を説明するための単位電池の断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るステンレス鋼の成分の含量、不動態皮膜内の原子比および接触抵抗の相関関係を説明するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施例に係る高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０％超〜０．０２％、Ｎ：０％超〜０．０２％、Ｓｉ：０％超〜０．２５％、Ｍｎ：０％超〜０．２％、Ｐ：０％超〜０．０４％、Ｓ：０％超〜０．０２％、Ｃｒ：２５〜３４％、Ｔｉ：０％超〜０．５％、Ｎｂ：０％超〜０．５％、Ｓｎ：０％超〜０．６％、残部がＦｅおよびその他不可避不純物からなり、不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＸおよびＳｎの原子比に関する（数１）の値が０．００１以上であることを特徴とする。
Ｘ／Ｓｎ  −−−−−−式（１）
ここで、ＸはＣｌまたはＦである。
【００１９】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明はここで提示した実施例にのみ限定されず、他の形態で具体化されてもよい。図面は本発明を明確にするために説明と関係のない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素の大きさを多少誇張して表現することができる。
【００２０】
図１は、一般的な高分子燃料電池を説明するための単位電池の断面図である。
図１に示す通り、高分子電解質型燃料電池は、電解質とアノード（ａｎｏｄｅ）およびカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）電極からなる膜電極接合体２１の両側に気体拡散層２２、２３と分離板１０が積層された単位電池構造で形成されている。
分離板１０は燃料電池電極にそれぞれ燃料（Ｈ２）と酸化剤（Ａｉｒ）を供給し、電気化学反応物である水を排出するための流路が形成されている。分離板１０は膜電極集合体２１と気体拡散層２２、２３を機械的に支持する機能と隣接した単位電池との電気的連結機能を遂行する。
【００２１】
分離板１０の流路は燃料あるいは酸化剤が通るチャネル（Ｃｈａｎｎｅｌ）および気体拡散層と接して電気的通路の役割をするランド（ｌａｎｄ）で構成され、円滑な反応物の供給と生成物の排出のために流路の形状および表面状態の制御が大変重要である。
分離板１０に適用される素材は、燃料電池の作動環境である強い酸性環境内において腐食性が優秀でなければならず、軽量化、小型化、量産性の観点で耐食性および伝導性が優秀なステンレス鋼を使わなければならない。
したがって、分離板１０はステンレス鋼を含む。
【００２２】
前記ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０％超〜０．０２％、Ｎ：０％超〜０．０２％、Ｓｉ：０％超〜０．２５％、Ｍｎ：０％超〜０．２％、Ｐ：０％超〜０．０４％、Ｓ：０％超〜０．０２％、Ｃｒ：２５〜３４％、Ｔｉ：０％超〜０．５％、Ｎｂ：０％超〜０．５％、Ｓｎ：０％超〜０．６％、を含み、残部がＦｅおよびその他不可避不純物からなる。
【００２３】
以下、本発明に係る実施例での成分含量の数値限定の理由について説明する。以下では特に言及しない限り単位は質量％である。
Ｃ：０％超〜０．０２％、Ｎ：０％超〜０．０２％
ＣとＮは鋼の中でＣｒ炭窒化物を形成し、その結果Ｃｒが欠乏した層の耐食性が低下するため、両元素はその含量が低いほど好ましい。したがって、本発明ではＣ：０．０２％以下（０除外）、Ｎ：０．０２％以下（０除外）にその組成比を制限することが好ましい。
Ｓｉ：０％超〜０．２５％
Ｓｉは脱酸に有効な元素であるが靭性および成形性を抑制することはもちろん、焼鈍工程中に生成されるＳｉＯ２酸化物が製品の伝導性を低下させるところ、本発明ではＳｉの組成比を０．２５％以下に制限することが好ましい。
【００２４】
Ｍｎ：０％超〜０．２％
Ｍｎは脱酸を増加させる元素であるが、介在物であるＭｎＳは耐食性を減少させるため、本発明ではＭｎの組成比を０．２％以下に制限することが好ましい。
Ｐ：０％超〜０．０４％
Ｐは耐食性だけでなく靭性を減少させるため、本発明ではＰの組成比を０．０４％以下に制限することが好ましい。
Ｓ：０％超〜０．０２％
ＳはＭｎＳを形成し、このようなＭｎＳは腐食の起点となって耐食性を減少させるため、本発明ではこれを考慮してＳの組成比を０．０２％以下に制限することが好ましい。
Ｃｒ：２５〜３４％
燃料電池が作動する酸性の雰囲気で耐食性を増加させる元素であるが、過多に添加される場合、靭性を減少させるため、本発明ではこれを考慮してＣｒの組成比を２５〜３４％に制限することが好ましい。
【００２５】
Ｔｉ：０％超〜０．５％、Ｎｂ：０％超〜０．５％
ＴｉとＮｂは鋼中のＣおよびＮを炭窒化物に形成するのに有効な元素であるが、靭性を低下させるため、本発明ではこれを考慮してそれぞれの組成比を０．５％以下に制限することが好ましい。
Ｓｎ：０％超〜０．６％
Ｓｎは表面の不動態皮膜内の固溶によって接触抵抗を低くする元素であるが、過剰に添加すると熱間加工性を阻害するため、上限を０．６％に制限することが好ましい。
本発明でＣｒとＳｎは素材の接触抵抗に寄与する元素であって、接触抵抗指数で表現されるＣｒ＋１０＊Ｓｎが質量％で２５以上であるときに接触抵抗を低下させるのに寄与することを発見したのであり、これについては詳細に後述する。
【００２６】
本発明のステンレス鋼は、Ｃｕ：０％超〜０．６％、Ｖ：０％超〜０．６％およびＭｏ：０．０５〜２．５％からなるグループから選択されるいずれか一つ以上をさらに含む。
Ｃｕ：０％超〜０．６％、Ｎｉ：０％超〜０．６％
Ｃｕは固溶強化によって成形性が低下し得る元素であり、Ｎｉは微量添加時にかえって溶出および成形性が低下し得る元素であるところ、ＣｕとＮｉは本発明では不純物として管理する。
Ｖ：０％超〜０．６％
バナジウム（Ｖ）は燃料電池が作動する環境でＦｅの溶出を低くするのに効果的であり、過多に添加される場合、靭性を阻害するため、本発明ではこれを考慮してＶの組成比を０％超〜０．６％に制限することが好ましい。
Ｍｏ：０．０５〜２．５％
Ｍｏは前記ステンレス鋼の耐食性を増加させるための組成であって、追加的に添加され得、過量添加される場合、靭性および親水性が多少低下し得るところ、本発明ではこれを考慮してＭｏの組成比を０．０５〜２．５％に制限することが好ましい。
【００２７】
本発明の高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼は、ＣｒおよびＳｎの含量に関する式（１）で定義される接触抵抗指数が２５以上である。
Ｃｒ＋１０Ｓｎ  −−−−−−式（１）
ＣｒおよびＳｎは燃料電池の作動電位において不動態皮膜の成長を抑制する有利な元素として作用する。したがって、式（１）による接触抵抗指数が２５未満の場合には、接触抵抗の耐久性が劣位となる問題点がある。
例えば、前記ステンレス鋼は、不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＳｎおよびＣｒの原子比に関する式（２）の値が０．００１以上である。
（１０＊Ｓｎ）／Ｃｒ  −−−−−−式（２）
【００２８】
ＣｒおよびＳｎは不動態皮膜内のＣｒ酸化物内にＳｎ酸化物が形成されることによって、薄膜の不動態皮膜を通じて電子の通過を容易とさせる役割をし、不動態皮膜の絶縁性気孔および絶縁性酸化物の形成を抑制させ、厚さを薄膜化させる役割をする。したがって、式（２）の値が０．００１未満の場合には、接触抵抗を十分に低くすることはできない。
したがって、前記ステンレス鋼は１４０Ｎ／ｃｍ２の接触圧力で界面接触抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ２以下である。
式（２）の値が０．００４以上であることがさらに好ましい。これに伴い、前記ステンレス鋼の接触抵抗が１５ｍΩ・ｃｍ２以下である。
【００２９】
図２は、本発明の一実施例に係るステンレス鋼の成分の含量、不動態皮膜内の原子比および接触抵抗の相関関係を説明するための図面である。
図２に示す通り、本発明のステンレス鋼のＣｒ＋１０Ｓｎおよび（１０＊Ｓｎ）／Ｃｒ値を示したものであり、これらの接触抵抗を測定した結果を示したものである。これに伴い、式（１）および式（２）を満足するステンレス鋼は接触抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ２以下の優秀な特性を示し、その他の領域では２０ｍΩ・ｃｍ２超過の劣位な性能を有することが分かる。
また、例えば、不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＸおよびＳｎの原子比に関する式（３）の値が０．００１以上である。
Ｘ／Ｓｎ  −−−−−−式（３）
ここで、ＸはＣｌまたはＦである。
【００３０】
前記ステンレス鋼の不動態皮膜はＳｎ酸化物を含むが、前記ステンレス鋼の製造工程中にＣｌまたはＦのうちいずれか一つ以上を含む酸溶液に浸漬する段階を経ることによって、前記Ｓｎ酸化物にＣｌまたはＦイオンがドーピングされ、これに伴い、ステンレス鋼の接触抵抗をさらに低くすることができる。
これに伴い、前記ステンレス鋼の接触抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ２以下である。好ましくは、前記ステンレス鋼の接触抵抗を１０ｍΩ・ｃｍ２以下に管理することができ、これに伴い、燃料電池分離板の商用化目標以下値を達成することができる。
【００３１】
例えば、前記不動態皮膜の厚さは３．５ｎｍ以下（０除外）である。一般的なステンレス冷延薄板は、その表面に形成された数ｎｍ厚さの不動態皮膜によって界面接触抵抗が増加することになる。本発明の一実施例に係るステンレス鋼の不動態皮膜が３．５ｎｍ以下に薄膜化がなされたことによって、通常の絶縁性に近い半導体的な特性を有する不動態皮膜を薄膜化して接触抵抗を減少させることができる効果がある。
例えば、前記不動態皮膜の腐食電位は０．３Ｖ（ＳＣＥ）以上である。腐食電位の評価は、製造された０．１mm厚さの鋼板素材をｃｍ２面積で切断し、燃料電池の作動環境である１モル濃度の硫酸と２ｐｐｍフッ酸溶液の混合溶液内で７０℃で浸漬し、基準電極である飽和カロメル電極（ｓａｔｕｒａｔｅｄ  ｃａｌｏｍｅｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ、ＳＣＥ）対比素材の電位を評価した。すなわち、本発明のステンレス鋼は腐食電位が基準電極である飽和カロメル電極（ｓａｔｕｒａｔｅｄ  ｃａｌｏｍｅｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ、ＳＣＥ）対比０．３Ｖ（ＳＣＥ）以上を確保することができる。
【００３２】
すなわち、本発明の高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼は、伝導性、耐食性そして低接触抵抗を有する不動態皮膜を含む。
前記高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼は、熱間圧延、冷間圧延を経て冷延薄板に製造される。
冷延薄板は、質量％で、Ｃ：０％超〜０．０２％、Ｎ：０％超〜０．０２％、Ｓｉ：０％超〜０．２５％、Ｍｎ：０％超〜０．２％、Ｐ：０％超〜０．０４％、Ｓ：０％超〜０．０２％、Ｃｒ：２５〜３４％、Ｔｉ：０％超〜０．５％、Ｎｂ：０％超〜０．５％、Ｓｎ：０％超〜０．６％、残部がＦｅおよびその他不可避不純物からなり、この各構成についての説明は前述の通りである。
【００３３】
冷延薄板は、式（１）のＣｒ＋１０Ｓｎ値が２５以上であり、式（２）の（１０＊Ｓｎ）／Ｃｒ値が０．００１以上であり、したがって、前記ステンレス鋼は１４０Ｎ／ｃｍ２の接触圧力で界面接触抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ２以下を有して接触抵抗が優秀である。
前記ステンレス鋼の不動態皮膜はＳｎ酸化物を含むが、前記ステンレス鋼の製造工程中に前記冷延薄板をＣｌまたはＦのうちいずれか一つ以上を含む酸溶液に浸漬する段階をさらに遂行することによって、前記Ｓｎ酸化物にＣｌまたはＦイオンがドーピングされ、これに伴い、ステンレス鋼の接触抵抗をさらに低くすることができる。
すなわち、このように酸溶液に浸漬する段階を遂行した前記ステンレス鋼冷延薄板の接触抵抗を１０ｍΩ・ｃｍ２以下に管理することができ、これに伴い、燃料電池分離板の商用化目標以下値を達成することができる。
例えば、前記酸溶液は塩酸またはフッ酸を含むことができる。
【００３４】
前記酸溶液は塩酸またはフッ酸を単独でその他の酸溶液と混合して使うことができる。例えば、前記酸溶液は５〜２０質量％の塩酸を使うことができ、または５〜２０質量％の硝酸および１〜５質量％のフッ酸を混合した混酸液を使うことができる。
例えば、前記冷延薄板を７０℃以下の前記酸溶液に３０〜６００秒の間浸漬することができる。
【００３５】
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。
実施例
本発明に係る発明鋼１〜１０および比較鋼１〜３は表１の成分を含み、５０ｋｇインゴットキャスティングを通じて生産した。インゴットを１，２００℃で３時間加熱後、４ｍｍ厚さに熱間圧延を実施した。熱延材は最終冷間圧延厚さ０．２ｍｍに冷間圧延を実施した後、９６０℃で焼鈍を実施した。その後、最終冷延焼鈍材を＃１，２００まで研磨して５０℃で５質量％硝酸水溶液に浸漬後、共試材を製造して接触抵抗および表面分析を実施した。
【００３６】
【表１】
0006898451.tif 000002
【００３７】
表面分析はＸ線光電子分光分析器（ＸＰＳ）を利用して分析した。分析は表面から２．９ｎｍ領域で分析されるＣｒ酸化物およびＳｎ酸化物ピークのうちでＣｒ、Ｓｎ原子比を算定した。
接触抵抗の評価は、製造された０．２ｍｍ素材２枚を準備し、カーボンペーパー（ＳＧＬ−１０ＢＡ）を前記２枚の間に配置し、接触圧力１４０Ｎ／ｃｍ２で界面接触抵抗を４回評価後にその平均値を計算した。接触抵抗の評価は、＃１，２００まで研磨して５０℃で５質量％硝酸水溶液に浸漬後に共試材の接触抵抗を初期接触抵抗として評価したし、８０℃、１Ｍ  Ｈ２ＳＯ４＋２ｐｐｍ  ＨＦ溶液で０．７Ｖ  ｖｓ．  ＳＣＥ静電位１００時間印加後に接触抵抗を評価した。
【００３８】
接触抵抗耐久性の良好、不適合判定は、初期接触抵抗および８０℃、１Ｍ  Ｈ２ＳＯ４＋２ｐｐｍ  ＨＦ溶液で０．７Ｖ  ｖｓ．  ＳＣＥ静電位１００時間印加後に接触抵抗を評価して、いずれも２０ｍΩ・ｃｍ２以下を満足した時を良好（Ｏ）とし、そうでない場合を不適合（Ｘ）とした。
【表２】
0006898451.tif 000003
【００３９】
図２は、本発明のステンレス鋼の成分の含量、不動態皮膜内の原子比および接触抵抗の相関関係を説明するための図面である。
表２および図２に示す通り、式（１）によるＣｒ＋１０Ｓｎ値が２５以上、式（２）による（１０＊Ｓｎ）／Ｃｒ値が０．００１以上を満足するステンレス鋼は、接触抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ２以下の優秀な特性を示し、その他の領域では２０ｍΩ・ｃｍ２超過の劣位な性能を有することが分かった。
以降、発明鋼１による最終冷延焼鈍材を表４のように、追加的な酸溶液に浸漬する段階を遂行し、これによる物性を再度評価した。
【００４０】
【表３】
0006898451.tif 000004
【００４１】
表３に示す通り、発明鋼１の最終冷延焼鈍材をさらに酸溶液に浸漬した結果、接触抵抗がより改善することが分かった。これは表面不動態皮膜に存在するＳｎ酸化物にＣｌ、Ｆイオンがドーピングされ、これにより不動態皮膜の表面から３ｎｍ以内の領域でＸおよびＳｎの原子比に関するＸ／Ｓｎの値が０．００１以上を満足して接触抵抗が改善されることを確認することができた。本発明では塩酸、硝酸＋フッ酸を浸漬溶液として使ったが、追加としてＣｌやＦイオンを含有したその他の酸溶液の使用も可能である。
すなわち、本発明のステンレス鋼によると、高分子燃料電池分離板用ステンレス鋼の表面にコーティングなどの別の表面処理を遂行しなくても接触抵抗などを同時に確保することができる。
【００４２】
前述において、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、該当技術分野で通常の知識を有する者であれば、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を逸脱しない範囲内で多様な変更および変形が可能であることが理解できるはずである。
本発明の実施例に係るステンレス鋼は高分子燃料電池分離板の用途で適用可能である。
【図１】
0006898451.tif 000005
【図２】
0006898451.tif 000006