一种在316l不锈钢表面进行电化学改性的技术方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及不锈钢材料的表面改性技术方法，其表面改性处理目的主要用于提高不锈钢材料表面的耐蚀和导电性能。
【背景技术】
[0002]双极板作为质子交换膜燃料电池的关键组件，其性能优劣直接影响电池的输出功率和使用寿命。目前燃料电池中广泛使用的双极板材料主要是石墨板、复合双极板和金属材料。石墨双极板材料具有良好的导电和导热性、耐蚀性、并且易于加工、密度较低，可以获得有竞争力的电池比功率，但其缺点在于:(1)石墨板的石墨化温度通常高于2500°C，需按严格的升温程序进行，以避免石墨板收缩和弯曲等变形，控制过程复杂和制备时间长；
[2]石墨双极板切割加工周期长，并且对机械加工精度要求较高，成本高；(3)石墨易碎，强度低，组装比较困难；(4)石墨是多孔材料，须作堵孔处理，虽然材料的密度较低，但是组装成电池堆的体积较大。虽然高分子基复合材料质量轻，通过加工工艺能浇铸成任何形状，但高分子树脂类材料的导电性能较差，需要添加导电填充物质，譬如石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、金属等。相比较而言，金属材料如奥氏体不锈钢材料由于具有良好的导电和导热性能，而且易于加工薄板(可用冲压法等直接进行加工)，比强度高，可以有效阻碍气体渗透。但是其在电池工作环境中长时间工作不耐蚀，产生的钝化膜增加界面接触电阻从而一定程度上阻碍了它的应用。采用表面处理的技术方法可以有效解决不锈钢极板所面临的这些问题，本专利针对不锈钢双极板所面临的这些问题，采用电化学方面对不锈钢材料进行表面改性，获得良好的导电和耐蚀能力，同时通过这种表面改性处理方法可以使得不锈钢表面获得多功能膜，扩大不锈钢材料的应用范围，使得不锈钢材料增值。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的问题:由于目前对不锈钢表面进行改性以提高其耐蚀和导电的方法，大多采用离子镀、高温渗氮渗或者施加耐蚀导电涂层来提高其耐蚀性能和导电性能，但是这些方法存在的问题是工艺复杂、制备成本高等。为了克服以上技术的不足，本发明提供一种工艺简单、制备成本低的不锈钢表面改性方法。
[0004]本发明采用的技术方案具体过程如下:
[0005]在常温下首先将奥氏体不锈钢样品线切割成IcmXlcmX0.5cm，用环氧树脂进行封样，露出Icm2的表面，在预磨机上打磨去除氧化层，然后在丙酮清洗，乙醇去水。然后电化学表面改性采用三电极装置进行，工作溶液为硝酸和硝酸钾混合溶液，温度为20°C?25 0C，工作电极为316L奥氏体不锈钢，辅助电极为铂电极，参比电极为AgCl电极。最后待电路体系稳定后，采用恒电位，设定电压值范围为-0.7V?-1.0V,电化学处理时间2h?8h。处理结束后将改性处理好的样品用去离子水清洗，氮气吹干后测试导电和耐蚀性。
[0006]主要针对的是316L奥氏体不锈钢，其化学成分大致为:铬:16.0?18.0 ;镍:12.0 ?15.0 ;碳:彡 0.03 ;锰:^2.0 ;硅..( 1.0 ;硫:彡 0.03 ;磷:彡 0.045 ;钼:2.0 ?3.0，余量为铁。
[0007]处理溶液的PH值范围为5.5?6.5范围，采用KOH调整溶液的PH值，处理温度在20°C?25°C范围。溶液为硝酸和硝酸钾混合溶液，其中1^03与KNO 3的摩尔比为1: 5，硝酸的浓度为:0.66%，硝酸钾的浓度为:4.8%。
[0008]所述电化学改性溶液中硝酸和硝酸钾的摩尔比为1:5。电化学改性处理采用三电极装置，工作电极为316L不锈钢，辅助电极采用箔片，参比电极采用AgCl电极，采用恒电位法，电压设定范围值为-0.7V?-1.0V,时间为2h?8h。
[0009]本发明技术方法对316L不锈钢表面进行改性具有操作工艺简单方便、成本低。经过改性处理后的不锈钢接触电阻显著降低，导电性提高。不锈钢的腐蚀电位升高，腐蚀电流降低；改性处理后的不锈钢对基体可长期提供有效的防护。
【附图说明】
[0010]图1为316L奥氏体不锈钢电化学改性工艺流程图。
[0011]图2为316L奥氏体不锈钢同一时间下不同电位改性的动电位极化曲线。
[0012]图3为316L奥氏体不锈钢同一时间下不同电位改性的接触电阻。
[0013]具体实施方法:
[0014]316L奥氏体不锈钢表面电化学改性的方法具体实施过程如下:
[0015]将奥氏体不锈钢样品线切割成IcmX lcmX0.5cm，用环氧树脂进行封样，露出Icm2的表面，在预磨机上用400-1200#砂纸逐级打磨去除氧化层，然后丙酮清洗，乙醇去水。
[0016]实施例1:将0.1M HNO3溶于水500毫升的水中，经KOH调节溶液的PH值至6.0后加入0.5M KNO3溶液，其中硝酸与硝酸钾的摩尔比为1:5，溶液温度范围为20°C，此时选择不锈钢作为工作电极，箔片作为辅助电极，参比电极为AgCl电极，在电化学工作站上(CS530，武汉科思特电化学有限公司)，采用恒电位法对不锈钢表面进行改性，电压设定为-0.7V，处理时间为4h，处理结束后，将样品取出，用去离子水清洗，即可得到耐蚀性能高、导电性能好的316L奥氏体不锈钢。
[0017]实施例2:将0.1M HNO3溶于水500毫升的水中，经KOH调节溶液的PH值至6.0后加入0.5M KNO3溶液，其中硝酸与硝酸钾的摩尔比为1:5，溶液温度范围为20°C，此时选择不锈钢作为工作电极，箔片作为辅助电极，参比电极为AgCl电极，在电化学工作站上(CS530，武汉科思特电化学有限公司)，采用恒电位法对不锈钢表面进行改性，电压设定为-0.8V,处理时间为4h，处理结束后，将样品取出，用去离子水清洗，即可得到耐蚀性能高、导电性能好的316L奥氏体不锈钢。
[0018]实施例3:将0.1M HNO3溶于水500毫升的水中，经KOH调节溶液的PH值至6.0后加入0.5M KNO3溶液，其中硝酸与硝酸钾的摩尔比为1:5，溶液温度范围为20°C，此时选择不锈钢作为工作电极，箔片作为辅助电极，参比电极为AgCl电极，在电化学工作站上(CS530，武汉科思特电化学有限公司)，采用恒电位法对不锈钢表面进行改性，电压设定为-0.9V，处理时间为4h，处理结束后，将样品取出，用去离子水清洗，即可得到耐蚀性能高、导电性能好的316L奥氏体不锈钢。
[0019]实施例4:将0.1M HNO3溶于水500毫升的水中，经KOH调节溶液的PH值至6.0后加入0.5M KNO3溶液，其中硝酸与硝酸钾的摩尔比为1:5，溶液温度范围为20°C，此时选择不锈钢作为工作电极，箔片作为辅助电极，参比电极为AgCl电极，在电化学工作站上(CS530，武汉科思特电化学有限公司)，采用恒电位法对不锈钢表面进行改性，电压设定为-1.0V,处理时间为4h，处理结束后，将样品取出，用去离子水清洗，即可得到耐蚀性能高、导电性能好的316L奥氏体不锈钢。
[0020]实施例5:将0.1M HNO3溶于水500毫升的水中，经KOH调节溶液的PH值至6.0后加入0.5M KNO3溶液，其中硝酸与硝酸钾的摩尔比为1:5，溶液温度范围为20°C，此时选择不锈钢作为工作电极，箔片作为辅助电极，参比电极为AgCl电极，在电化学工作站上(CS530，武汉科思特电化学有限公司)，采用恒电位法对不锈钢表面进行改性，电压设定为-0.7V，处理时间为2h，处理结束后，将样品取出，用去离子水清洗，即可得到耐蚀性能高、导电性能好的316L奥氏体不锈钢。
[0021]实施例6:将0.1M HNO3溶于水500毫升的水中，经KOH调节溶液的PH值至6.0后加入0.5M KNO3溶液，其中硝酸与硝酸钾的摩尔比为1:5，溶液温度范围为20°C，此时选择不锈钢作为工作电极，箔片作为辅助电极，参比电极为AgCl电极，在电化学工作站上(CS530，武汉科思特电化学有限公司)，采用恒电位法对不锈钢表面进行改性，电压设定为-0.7V，处理时间为6h，处理结束后，将样品取出，用去离子水清洗，即可得到耐蚀性能高、导电性能好的316L奥氏体不锈钢。
[0022]实施例7:将0.1M HNO3溶于水500毫升的水中，经KOH调节溶液的PH值至6.0后加入0.5M KNO3溶液，其中硝酸与硝酸钾的摩尔比为1:5，溶液温度范围为20°C，此时选择不锈钢作为工作电极，箔片作为辅助电极，参比电极为AgCl电极，在电化学工作站上(CS530，武汉科思特电化学有限公司)，采用恒电位法对不锈钢表面进行改性，电压设定为-0.7V，处理时间为8h，处理结束后，将样品取出，用去离子水清洗，即可得到耐蚀性能高、导电性能好的316L奥氏体不锈钢。
【主权项】
1.一种316L奥氏体不锈钢表面电化学改性的方法，其工艺步骤为:在常温下首先将奥氏体不锈钢样品线切割成IcmXlcmX0.5cm，用环氧树脂进行封样，露出Icm2的表面，在预磨机上打磨去除氧化层，然后在丙酮清洗，乙醇去水。然后电化学表面改性采用三电极装置进行，工作溶液为硝酸和硝酸钾混合溶液，温度为20°C?25°C，工作电极为316L奥氏体不锈钢，辅助电极为铂电极，参比电极为AgCl电极。最后待电路体系稳定后，采用恒电位，设定电压值范围为-0.7V?-1.0V,电化学处理时间2h?8h。处理结束后将改性处理好的样品用去离子水清洗，氮气吹干后测试导电和耐蚀性。
2.根据权利要求书I中所述的不锈钢电化学表面改性方法，其特征在于:主要针对316L奥氏体不锈钢，其化学成分大致为:络:16.0?18.0 ;镲:12.0?15.0 ;碳0.03 ;锰2.0 ;娃1.0 ;硫0.03 ;磷0.045 ;钼:2.0 ?3.0，余量为铁。
3.根据权利要求书I中所述的不锈钢电化学表面改性方法，其特征在于:处理溶液的PH值范围为5.5?6.5范围，采用KOH调整溶液的PH值，处理温度在20°C?25°C范围。
4.根据权利要求书I中所述的奥氏体不锈钢电化学表面改性方法，其特征在于:所述的处理溶液为硝酸和硝酸钾混合溶液，其中1^03与KNO 3的摩尔比为1: 5，硝酸的浓度为:0.66%，硝酸钾的浓度为:4.8%。
5.根据权利要求书I中所述的奥氏体不锈钢电化学表面改性方法，其特征在于:电化学改性处理采用三电极装置，工作电极为316L不锈钢，辅助电极采用箔片，参比电极采用AgCl电极，采用恒电位法，电压设定范围值为-0.7V?-1.0V,时间为2h?8h。
【专利摘要】本发明涉及一种对316L不锈钢进行电化学改性的方法，其具体过程：将经表面平整清洁后的奥氏体不锈钢作为工作电极，处理装置采用三电极体系，然后置于硝酸和硝酸钾摩尔比为1:5的溶液中并用KOH调节溶液PH值在5.5～6.5范围；采用-0.7V～-1.0V下恒电位极化，时间为2h～8h。电化学处理后有效提高了316L不锈钢的耐蚀性和导电性能。本发明不需要在高温下进行，设备简单可控，工艺重复性好，制备成本低，具有很高的工业应用价值。
【IPC分类】C22C38-44, C25D11-34, C22C38-58
【公开号】CN104746123
【申请号】CN201510170993
【发明人】潘太军, 左小伟, 陈杨, 陈婧
【申请人】常州大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月11日