雙極板又稱集流板，是目前燃料電池的重要部件之一。其主要作用是提供氣體流道，防止電池氣室中的氫氣與氧氣串通，并在串聯(lián)的陰陽兩極之間建立電流通路[1?2]?，F(xiàn)流行的雙極板材料主要有金屬、石墨及復(fù)合材料3種，其中金屬雙極板材料主要有不銹鋼、鋁、鈦及鈦合金幾種，鈦金屬因其具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性強(qiáng)等優(yōu)異特性具有很廣的應(yīng)用領(lǐng)域[3]。
目前已有研究表明：從重量、強(qiáng)度及涂層后的電阻率、耐蝕性等綜合性能比較，相比不銹鋼和鋁，鈦更適合作為燃料電池雙極板的基體材料[4]。
1. 實驗材料與方法
實驗采用普通TA1冷軋鈦帶，規(guī)格：0.55 mm×260 mm，采用兩軋程軋制。第一軋程在二十輥冷軋機(jī)上軋至0.25 mm厚，軋后在氬氣作為保護(hù)氣氛的連續(xù)退火爐中，在680 °C下以4 m/min速度進(jìn)行中間退火，退火后再進(jìn)行第二軋程，軋至0.12 mm厚，切邊后成品寬度為240 mm。然后取樣，分別在700、725、750、780 °C溫度下，以4 m/min進(jìn)行熱處理實驗，并制備金相組織照片。實驗所用鈦帶主要化學(xué)成分見表1。
鐵、氧元素在鈦材中作為雜質(zhì)元素，會產(chǎn)生晶格畸變，增高鈦材強(qiáng)度，使鈦材軋制抗力較大，因此極薄鈦材的軋制選取低鐵、低氧的母卷鈦材生產(chǎn)。
2. 軋制及道次變形量
工業(yè)純鈦的屈強(qiáng)比較高，在冷變形時有產(chǎn)生裂紋的傾向，彈性模量小，約為鐵的一半，冷成形時回彈大，成形困難，因此軋制時應(yīng)以遵循“多道次，小變形”的原則。同時由于鈦的導(dǎo)熱率低，相比不銹鋼，在軋制冷卻液濃度不變的情況下，應(yīng)適當(dāng)降低軋制速度，以免軋制溫度過高而發(fā)生粘輥現(xiàn)象[5]，此外，降低軋制速度還有利于軋制過程中的板形控制。實驗中兩個軋程基本都采用了初始道次較大變形量，成品道次小變形的壓下設(shè)計，具體見表2。
3. 結(jié)果與分析
3.1 室溫力學(xué)性能對比
鈦在高溫條件下性質(zhì)比較活潑，特別容易氧化，因此，鈦的退火一般是在真空或惰性氣體保護(hù)氣氛中進(jìn)行。目前，鈦帶的連續(xù)退火普遍采用氬氣作為保護(hù)氣氛，本實驗熱處理均在氬氣保護(hù)條件下，且爐內(nèi)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.003%。表3是不同熱處理溫度下鈦帶的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。
從表3可以看到：隨著退火溫度的升高，鈦帶的橫、縱向抗拉和屈服強(qiáng)度總體呈下降趨勢，而延伸率在750 °C退火達(dá)到最好。杯突主要用來反映雙極板用鈦帶的沖壓性能，以上所測不同退火溫度下的杯突值均滿足客戶技術(shù)要求。
鈦帶板形表面質(zhì)量總體良好，厚度0.115~0.120 mm，滿足GB/T3622—2012《鈦及鈦合金帶、箔材》標(biāo)準(zhǔn)要求，低鐵、低氧的化學(xué)成分有助于實現(xiàn)相對較低的強(qiáng)度與較高延伸率的匹配，符合雙極板的沖壓成型要求。
3.2 微觀組織對比
圖1是橫向試樣分別在700、725、750和780 °C溫度下以4 m/min退火后的金相組織照片。
