一种金属双极板超塑性扩散连接夹具及工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105328328A(43)申请公布日2016.02.17(21)申请号201510654586.8(22)申请日2015.10.12(71)申请人中国石油大学（华东）地址266580山东省青岛市黄岛区长江西路66号(72)发明人徐书根王冲王胜昆韦洋(51)Int.Cl.B23K20/26(2006.01)B23K20/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种金属双极板超塑性扩散连接夹具及工艺(57)摘要本发明涉及一种将具有超塑性能的材料制金属单极板扩散连接为双极板的夹具及工艺。本夹具由上压板、下压板、螺栓和螺母组成。用本夹具进行双极板超塑性连接的工艺是：(1)将两块金属单极板放置于上下压板之间，并通过紧固螺母使上下压板压紧金属双极板待连接部位；(2)将夹具及被固定好的两块金属单极板放入真空加热炉中，在扩散连接温度下保温一定时间，两块金属单极板即被连接成为一块金属双极板；(3)将夹具及金属双极板从真空加热炉中取出，冷却至炉内温度低于50℃后，卸开螺母，取出双极板。本技术通过一次加热和加压过程连接超塑性材料制金属双极板，接头质量高，连接区域平整。CN105328328ACN105328328A权利要求书1/1页1.一种金属双极板超塑性扩散连接夹具，其特征为：由上压板、下压板、螺栓和螺母构成；上压板和下压板结构相同，内侧为中空的矩形框，外侧为矩形薄板凸缘，压板矩形框的外侧边界与金属双极板的外侧边界重合，矩形框形状及大小与双极板待连接部位相同，压板凸缘的四角开有四个大小相同的圆孔，圆孔关于压板中心对称，上压板和下压板上下对称放置，上压板置于上极板上侧，下压板置于下极板下侧；四个螺栓放置于压板凸缘的四个圆孔中，通过螺母将上压板和下压板连接在一起。2.应用如权利要求1所述的一种金属双极板超塑性扩散连接夹具实施的超塑性扩散连接工艺，包括以下步骤：(1)根据超塑性连接的表面平整度和粗糙度要求对上极板和下极板待连接面进行预处理；(2)将上压板和下压板的矩形框对准上极板和下极板的待连接部位，通过螺栓和螺母将上下压板连接在一起，调节螺母的预紧力矩，使上极板和下极板的待连接部位达到超塑性扩散连接所需的压力；(3)打开真空加热炉炉门，将夹具及固定好的上极板和下极板放入真空加热炉中，然后关闭炉门；根据超塑性扩散连接的条件要求，确定加热温度、保温时间和真空度，并将该加热温度、保温时间和真空度输入到真空加热炉的控制系统中；(4)启动真空加热炉的抽真空装置，至炉内真空度达到设定的真空度时停止；(5)启动加热系统，真空加热炉内达到设定的温度后，启动保温程序；达到预设保温时间后，停止保温；(6)打开真空加热炉炉门，自然冷却至炉内温度低于50℃时，取出夹具及连接好的上极板和下极板；松开夹具，即获得由超塑性扩散连接加工完毕的金属双极板。2CN105328328A说明书1/3页一种金属双极板超塑性扩散连接夹具及工艺一、技术领域[0001]本发明涉及金属单极板连接技术领域，具体是一种金属双极板超塑性扩散连接夹具及工艺。二、背景技术[0002]质子交换膜燃料电池是一种将氢能直接转化成电能的清洁能源技术，具有高能量转换效率、结构简单、低排放、低噪音等优点，可广泛应用于车用动力、移动电源及通信基站备用电源等领域。双极板又是其中的重要部件，它在电池内分配燃料与氧化剂、串联电池堆中的单个电池、收集电流和支撑膜电极。双极板是燃料电池的核心部件，占据电池堆重量和成本的绝大部分，其制作材料及加工费用是燃料电池成本高的主要原因之一。近年来金属材料由于其导电导热性能好、机械强度高等优点，已经成为了燃料电池双极板的主要材料。[0003]相对于石墨双极板，金属双极板由两块冲压成形的金属单极板连接而成。双极板对密封性能要求很高，若密封性不好则反应物质和冷却液可能会渗漏，将使电池性能下降或失去工作能力。例如，质子交换膜燃料电池中的氢气渗漏还可能引发危险事故。[0004]超塑性扩散连接技术是一种利用原子扩散实现连接的先进固相连接技术。它是指超塑性材料相互接触的表面，在高温和压力的作用下，被连接件表面相互靠近，局部发生塑性变形，经一定时间后结合层原子间相互扩散，最终实现接头的冶金结合。利用超塑性扩散特性连接而成的构件，残余应力和变形较小，加工精度较高。[0005]经检索国内外发明专利，中国国家知识产权局于2007年12月26日公开了公开号为CN101094744A，名称为“带传导涂层的双极板的激光焊接”；该发明考虑将已经在其上具有传导涂层的单个金属板激光焊接在一起，以形成用于燃料电池的双极板。中国国家知识产权局于2012年07月18日公开了公开号为CN102581487A，名称为“一种燃料电