CN110093649A - 铝合金端板涂层及其制备方法、含其的端板和燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铝合金端板涂层及其制备方法、含其的端板和燃料电池。本发明的铝合金端板涂层的制备方法,包括将所述铝合金端板进行喷砂处理、清洗、阳极氧化、封孔处理的步骤,采用铬酸、或者硼酸与硫酸的混合溶液、或者己二酸与硫酸的混合溶液为电解液,在电解液中添加混合添加剂,控制阳极氧化的温度为‑5~15℃,氧化时间为15~40min,工作电压为15~25V,电流密度为1.5~4.5A/dm2,制备获得的端板涂层显微硬度最高值可达到245.2Hv,结合强度超过100MPa,可有效避免电堆装配过程中端板表面出现损坏,确保铝合金端板在服役过程中不会出现腐蚀,提高电堆的稳定性,延长电堆使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金端板涂层及其制备方法、含其的端板和燃料电池。
背景技术
质子交换膜燃料电池以氢气为燃料,通过电化学方法将化学能转化成电能,反应产物为水,对环境无污染。质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高(50-80%)、低温下快速启动、功率密度高等优点,可应用于新能源汽车、分布式能源和便携式小型电源等,目前受到各国政府和能源、汽车企业的广泛关注。
电堆是质子交换膜燃料电池发电***的核心模块,常规燃料电池主要由膜电极、阳极板、阴极板、绝缘板、集流板、端板和密封层等部件组成。端板作为电堆的关键部件之一,通过紧固部件连接各电池组件,形成稳固的电堆结构,并将预紧力均匀分配到电堆内部各组件,因此,端板材料需要具备一定的强度。由于质子交换膜燃料电池一般在80℃的温度下运行,端板在此温度下需要保持一定的强度,不能发生软化变形。此外,在燃料电池运行过程中,进气口需要增湿,反应生成的水随气体一起排出,故进出口处是高湿度气体或者气液两相流,电池内部呈现弱酸性,这就要求端板耐酸腐蚀。为了提高整个电池组的重量比功率和体积比功率,端板在保持足够强度的同时,需要尽可能降低其密度。因此,能够应用于质子交换膜燃料电池组的端板需要具备绝缘性好、耐腐蚀、密度小、强度高等性能。
目前常用的端板材料主要包括金属、工程塑料、聚砜材料,其中金属钛板、不锈钢板等金属材料强度高,但是需要在集流板和端板之间加入绝缘板(工程塑料),这样就会使燃料电池***复杂化。工程塑料和聚砜材料的端板热稳定不够好,在电池组运行温度下易发生变形,并且该材质的端板由于需要保持一定的强度,设计时通常重量较大。
现有的质子交换膜燃料电池端板存在以下问题:
1、质子交换膜燃料电池电堆的集流板和端板都采用金属材料,需要在这两者之间增加绝缘板,这不仅增加了部件,还会增加密封的难度以及装配电堆的复杂性。
2、采用现有恒定电流密度的阳极氧化工艺,涂层强度无法达到高性能燃料电池的要求,并且氧化膜材料的种类受到很大限制。采用现有恒定电压的阳极氧化工艺,然后在沸水中封闭,氧化层内部存在缺陷,在电池组运行过程中会发生腐蚀,不能满足燃料电池对端板性能的要求。
3、采用金属材料作为燃料电池端板材料,由于需要在端板上开流体通孔,流体通过集电板上的通孔进入各单电池,由于流体长期冲刷集电板的通孔,导致集电板镀层出现腐蚀或者脱落,集电板表面也会发生腐蚀,集电板中金属离子会被大量带入燃料电池的阴极和阳极催化层,从而毒害催化剂,影响催化剂性能。
4、质子交换膜燃料电池电堆在装配过程中,通常只施加一次预压紧力,容易造成双极板断裂和端板表面的涂层出现损坏。
发明内容
本发明解决的技术问题在于:解决燃料电池轻量化、结构简化,避免电堆装配过程中端板表面出现损坏,提升耐磨损、硬度和结合强度,提升耐腐蚀性能,有效阻止金属离子进入催化层,避免金属离子对催化剂造成的毒害,提高电堆的稳定性,延长电堆使用寿命。
本发明提供了铝合金端板涂层的制备方法,包括将所述铝合金端板进行喷砂、清洗、阳极氧化、封孔处理。
其中,所述阳极氧化中的电解液为30~50g/L的铬酸;或者为5~10g/L硼酸与30~50g/L硫酸的混合溶液,所述硼酸和硫酸的混合体积比为1:0.5~3;或者为10~25g/L己二酸与30~50g/L硫酸的混合溶液,所述己二酸和硫酸的混合体积比为1:1~5。
其中,所述的铝合金端板为常规铝合金端板。铝合金端板可以从上海标凡机械配件有限公司采购获得。其中,进一步的,选用的铝合金端板可以为的弹性模量70GPa,泊松比0.33,抗拉强度100~300Mpa。
其中,所述电解液中添加混合添加剂,混合添加剂占总溶液的含量为0.1~3g/L。其中,进一步的,混合添加剂添加后占总溶液的含量为0.1~0.6g/L。其中,所述混合添加剂为HfOCl2和异丙醇,两者的物质量之比为1:3~5;或者,混合添加剂为TaCl5和乙醇,两者的物质量之比为1:3~5;或者,混合添加剂为WCl4和异丙醇,两者的物质量之比为1:8~12;或者,混合添加剂为ReCl3和乙醇,两者的物质量之比为1:3~5。
其中,控制所述阳极氧化的条件为,温度为-5~15℃,氧化时间为15~40min,工作电压为15~25V,电流密度为1.5~4.5A/dm2。
其中,进一步的,控制所述阳极氧化的条件为,温度为5~10℃,氧化时间为15~40min,工作电压为15~20V,电流密度为1.5~4.5A/dm2。
其中,进一步的,选用高纯铅板或石墨板作为阴极材料。
其中,进一步的,所述端板喷砂前采用酒精清洗端板表面。
其中,进一步的,所述喷砂处理为在0.5-1MPa空气压力下,选用10-25目刚玉砂对端板进行喷砂处理。其中,更进一步的,喷砂后,表面清洁度达到Sa2级以上。
其中,进一步的,所述喷砂后清洗处理选用15~35g/L NaOH和20~30g/L NaCO3的混合溶液或者中性有机溶剂作为除油剂,在20~45℃下清洗端板1~5min,然后选用300~400g/L HNO3的溶液作为酸洗剂,在20~25℃下清洗端板1~5min;其中,更进一步的,所述NaOH和NaCO3的配比为1:2~5。其中,更进一步的,所述中性有机溶剂为丙酮。
其中,在所述阳极氧化后再次清洗端板。其中,进一步的,所述清洗选用去离子水清洗。
其中,所述封孔处理采用将端板浸入重铬酸钾溶液进行。重铬酸钾溶液可以从上海阿拉丁生化科技股份有限公司购买,规格为1/24mol/L(0.25N)。控制封孔处理中重铬酸钾溶液浓度为40~75g/L,pH为5~7,温度为80~95℃,时间为20~45min。
本发明提供了通过上述制备方法制备得到的涂层,所述涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间。其中,表面层中具有微孔层。
其中,所述阻挡层厚度为0.01~10μm,表面层厚度为10~100μm,封闭层厚度为1~20μm。其中,所述涂层孔隙率为1~5%。
其中,进一步的,所述阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm。其中,所述涂层孔隙率为3~5%。
其中,进一步的,所述涂层为类等轴晶结构,所述表面层与微孔层相互平行。
本发明采用显微硬度仪测试硬度,SEM照片测试孔隙率。
本发明提供了包含有上述涂层的铝合金端板。
本发明提供了包含有上述铝合金端板的质子交换膜燃料电池,包括铝合金端板、集流板、阳极板、阴极板和密封层。
显微硬度测试:显微显微硬度测试,选择单件试样的5个不同位置测试;D1和D2为两压痕对角线长度,一般测试两个值取平均值;HV为维氏硬度,HRC为洛氏硬度,HB为布氏硬度;硬度值越高,耐磨性能越好。
结合强度测试:使用高强度胶胶粘在定制接头上,采用材料试验机测试将镀层从基底金属上剥离所需要的力,按接头的接触面积来计算涂层与铝合金端板的结合强度。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:
1、本发明采用铝合金作为端板,在端板表面原位形成一层绝缘层,无需在集电板和端板之间额外增加绝缘层,将端板和集流板进行整合,简化了电堆结构,实现了轻量化的要求。
2、采用阳极氧化制备端板涂层,提高耐磨损和较高的硬度和结合强度,显微硬度的最高值可达到245.2Hv,结合强度超过100MPa,可有效避免电堆装配过程中端板表面出现损坏。
3、采用阳极氧化制备端板涂层形成了阻挡层,且涂层致密,耐腐蚀性好,制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效,能够确保端板在服役过程中不会出现腐蚀,可有效阻止金属离子进入催化层,避免金属离子对催化剂造成的毒害,提高电堆的稳定性,延长电堆使用寿命。
附图说明
图1为实施例1~实施例10制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
图2为实施例1~实施例10制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
图3为实施例1的端板涂层的结合力测试结果。
图4为实施例2的端板涂层的结合力测试结果。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
实施例1
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用35g/L铬酸作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂为HfOCl2和异丙醇,物质量之比为1:4,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.5g/L。控制所述阳极氧化的条件为,温度为5℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为1.5A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
表1显示了实施例1的显微硬度测试数据。
表1
图3为实施例1的端板结合力测试结果,由测试结果可知,端板的结合力为30~32N,按照金刚石接头直径为0.2mm的接触面来计算,得到涂层的结合强度均超过100MPa,属于结合强度较高的涂层。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例2
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用体积比为1:5的10g/L己二酸与35g/L硫酸的混合溶液作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂为HfOCl2和异丙醇,物质量之比为1:5,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.5g/L。控制所述阳极氧化的条件为,温度为5℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为4.5A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
图4为实施例2的端板结合力测试结果,由测试结果可知,端板的结合力为26~29N,按照金刚石接头直径为0.2mm的接触面来计算,得到涂层的结合强度均超过100MPa,属于结合强度较高的涂层。
制备的涂层为类等轴晶结构,表面涂层与微孔层相互平行。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例3
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用体积比为1:1的6g/L硼酸和40g/L硫酸的混合溶液作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂TaCl5和乙醇,物质量之比为1:5,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.25g/L。控制所述阳极氧化的条件为,温度为8℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为2A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例4
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L和HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用体积比为1:3的6g/L硼酸和30g/L硫酸的混合溶液作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂WCl4和异丙醇,物质量之比为1:8,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.55g/L。控制所述阳极氧化的条件为,温度为8℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为2.5A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例5
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用体积比为1:1的6g/L硼酸和40g/L硫酸的混合溶液作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂ReCl3和乙醇,物质量之比为1:3,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.3g/L,控制温度为8℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为2.5A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例6
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用45g/L铬酸作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂为HfOCl2和异丙醇,物质量之比为1:3,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.2g/L。控制所述阳极氧化的条件为,温度为5℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为1.5A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例7
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用体积比为1:1的6g/L硼酸和40g/L硫酸的混合溶液作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂TaCl5和乙醇,物质量之比为1:3,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.6g/L。控制所述阳极氧化的条件为,温度为8℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为2A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例8
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L和HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用体积比为1:3的6g/L硼酸和30g/L硫酸的混合溶液作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂WCl4和异丙醇,物质量之比为1:12,添加含量为添加后占总溶液的0.15g/L。控制所述阳极氧化的条件为,温度为8℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为2.5A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例9
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用体积比为1:1的6g/L硼酸和40g/L硫酸的混合溶液作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂ReCl3和乙醇,物质量之比为1:5,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.55g/L,控制温度为8℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为2.5A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
实施例10
选取铝合金作为端板材料,用酒精清洗器表面,在0.5MPa压力下采用20目刚玉砂对端板表面进行喷砂处理,采用20g/L NaOH和25g/L NaCO3的混合溶液,在25℃清洗端板3min;采用300g/L HNO3作为酸洗剂,在25℃清洗端板1min;在铝合金表面进行阳极氧化处理,采用体积比为1:1的10g/L己二酸与35g/L硫酸的混合溶液作为阳极氧化中的电解液;添加混合添加剂为HfOCl2和异丙醇,物质量之比为1:5,添加含量为混合添加剂占总溶液的0.2g/L。控制所述阳极氧化的条件为,温度为5℃,时间为30min,工作电压为15V,电流密度为4.5A/dm2,阴极材料为高纯铅板。制备得到的未进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图1所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
采用45g/L重铬酸钾进行封孔处理,温度为80℃,时间为35min,pH为5.2。制备得到的进行封孔处理的带有涂层的端板的示意图如图2所示,其中,1为阻挡层,2为表面层,3为封闭层,4为铝合金端板。其中,表面层中具有微孔层。
制备的涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,阻挡层厚度为8~10μm,表面层厚度为40~50μm,封闭层厚度为2~3μm,涂层孔隙率为3~5%。
制备的涂层在服役过程中未出现脱落和失效。
Claims (10)
1.铝合金端板涂层的制备方法,其特征在于,包括将所述铝合金端板进行喷砂处理、清洗、阳极氧化、封孔处理;
所述阳极氧化中的电解液为30~50g/L的铬酸;或者为5~10g/L硼酸与30~50g/L硫酸的混合溶液,所述硼酸和硫酸的混合体积比为1:0.5~3;或者为10~25g/L己二酸与30~50g/L硫酸的混合溶液,所述己二酸和硫酸的混合体积比为1:1~5;
所述电解液中添加混合添加剂,混合添加剂占总溶液的含量为0.1~3g/L;所述混合添加剂为HfOCl2和异丙醇,两者的物质量之比为1:3~5;或者,所述混合添加剂为TaCl5和乙醇,两者的物质量之比为1:3~5;或者,所述混合添加剂为WCl4和异丙醇,两者的物质量之比为1:8~12;或者,所述混合添加剂为ReCl3和乙醇,两者的物质量之比为1:3~5。
2.按权利要求1所述的制备方法,其特征在于,控制所述阳极氧化的条件为,温度为-5~15℃,氧化时间为15~40min,工作电压为15~25V,电流密度为1.5~4.5A/dm2;和/或,选用高纯铅板或石墨板作为阴极材料;和/或,所述喷砂处理前采用酒精清洗端板表面;和/或,所述喷砂处理为在0.5-1MPa空气压力下,选用10-25目刚玉砂进行;和/或,所述硼酸和硫酸的混合体积比为1:1;和/或,所述己二酸和硫酸的混合体积比为1:3。
3.按权利要求2所述的制备方法,其特征在于,控制阳极氧化温度为5~10℃,氧化时间为15~40min,工作电压为15~20V,电流密度为1.5~4.5A/dm2。
4.按权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述喷砂处理后清洗选用15~35g/L的NaOH和20~30g/L的NaCO3的混合溶液或者中性有机溶剂作为除油剂,在20~45℃下清洗端板1~5min,然后选用300~400g/L HNO3的溶液作为酸洗剂,在20~25℃下清洗端板1~5min。
5.按权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述NaOH和NaCO3的配比为1:2~5。
6.按权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于其中,阳极氧化后再次清洗端板后进行封孔处理,所述清洗选用去离水;和/或,所述封孔处理采用将端板浸入重铬酸钾溶液进行,控制封孔处理中重铬酸钾溶液浓度为40~75g/L,pH为5~7,温度为80~95℃,时间为20~45min。
7.按权利要求1~6任一项所述的制备方法获得的涂层。
8.按权利要求7所述的涂层,其特征在于,所述涂层包括阻挡层、表面层和表面层上的封闭层,阻挡层位于表面层和端板之间,表面层中具有微孔层,表面层厚度为10~100μm,阻挡层厚度为0.01~10μm,封闭层厚度为1~20μm,孔隙率为1~5%。
9.包含按权利要求7或8所述涂层的铝合金端板。
10.包含按权利要求9所述铝合金端板的质子膜燃料电池。
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