[发明专利]一种具备双极板基材力学性能的超薄钛带材的制备方法

说明书

本发明涉及钛金属材料加工技术领域，具体涉及一种具备双极板基材力学性能的超薄钛带材的制备方法，具体包括：以海绵钛为原料进行熔炼、进行热加工、机械加工、表面精整、热轧处理、退火后抛丸、酸洗处理，得到表面洁净的热轧退火态钛带卷；然后通过冷轧成型；冷轧完成后脱脂清洗，对卷带进行拉弯矫直，最后在气氛保护下进行连续退火，获得厚度为δ0.10～0.15mm冷轧钛带；本发明整体工艺设计合理，利用本发明所制备的δ0.10～0.15mm超薄钛带产品力学性能及批次稳定性均能够满足氢燃料电池钛双极板工程化应用的需求。

技术领域

本发明涉及钛金属材料加工技术领域，具体地涉及一种具备双极板基材力学性能的超薄钛带材的制备方法。

背景技术

氢作为二次能源具有可再生、零碳、高发热值等特性成为世界公认的清洁能源被广泛研究开发。而氢燃料电池的开发可替代传统内燃机及锂离子动力电池成为新一代清洁动力源，双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件，其质量占整个电池堆的70％左右，成本约占其40％。最新研发的双极板材料主要分为3类，分别为石墨双极板、复合材料双极板和金属双极板。相比之下钛双极板厚度薄(δ≤0.15mm)，机械强度高且气体隔绝性好，有利于电池比功率密度的提升，此外金属材料加工工艺成熟，可利用冲压、模压和激光成型等方式在超薄钛带材上加工出高精度复杂的流场，容易实现极板的量化生产，已成为氢燃料电池的主流双极板材料，但其成型工艺要求双极板基材需要有较高的尺寸精度、板型，良好的强塑性配比以及较低的屈强比，以保证基材在模压和冲压过程中变形均匀、不起皱、不撕裂、回弹小。

目前国内仅能实现厚度不小于δ0.3mm钛带的批量化生产，厚度δ0.1-0.15mm高精度超薄钛带仍处于中、小批量试制中，产品力学性能及批次稳定性均难以满足氢燃料电池钛双极板工程化应用的需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种具备双极板基材力学性能的超薄钛带材的制备方法。

本发明的技术方案为：一种具备双极板基材力学性能的超薄钛带材的制备方法，具体包括：

S1、铸锭熔炼

以海绵钛为原料进行熔炼得到纯钛铸锭；

S2、板坯锻造

对纯钛铸锭进行热加工、机械加工、表面精整处理后得到纯钛板坯；

S3、热轧

对纯钛板坯进行热轧处理直至得到厚度δ3.0mm的钛带卷，然后再对钛带卷进行退火后抛丸、酸洗处理，得到表面洁净的热轧退火态钛带卷；

S4、冷轧

对热轧退火态钛带卷通过冷轧成型；冷轧成型共包含两轧程，一轧程总变形率为75～80％，分配8～13道次，二轧程总变形率为75～80％，分配6～10道次；

各轧程首道次和末道次变形率分别控制在5～10％，中间各道次变形率呈均匀递减方式分配，各道次变形率为5～25％；张力为0.4～0.8σ，前张力为后张力的1～1.5倍，且随着钛带变薄相应降低；轧制速度50～120m/min，轧制力为200～1300KN；

冷轧完成后脱脂清洗，对卷带进行拉弯矫直，最后在气氛保护下进行连续退火，获得厚度为δ0.10～0.15mm冷轧钛带。

进一步地，所述S1具体包括：

S1-1、配料：采用0级小颗粒海绵钛为原材料进行配料得到混料；且海绵钛中Fe≤0.015％，O≤0.035％，布氏硬度HBW≤90N/mm²；为了保证成品钛带的可成型性，原材料采用0级小颗粒海绵钛；

S1-2、电极制备：将混料进行单块电极压制后在真空焊箱内通过组焊的方式焊接成电极；