[发明专利]一种质子交换膜燃料电池钛合金双极板纳米晶Zr涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池钛合金双极板纳米晶Zr涂层，其特征在于，所述纳米晶Zr涂层由外层的Zr沉积层和内层的扩散层组成，所述Zr沉积层由等轴的、平均尺寸约为15 nm的纳米晶Zr组成，所述扩散层是由Zr沉积层与钛合金双极板的合金元素互扩散形成，扩散层中合金元素呈梯度分布。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池钛合金双极板纳米晶Zr涂层，其特征在于，所述纳米晶Zr涂层的厚度为20～50μm。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池钛合金双极板纳米晶Zr涂层，其特征在于，所述Zr沉积层中Zr的质量份数大于98%。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池钛合金双极板纳米晶Zr涂层，其特征在于，所述钛合金双极板为Ti-6A1-4V双极板。

5.一种质子交换膜燃料电池钛合金双极板纳米晶Zr涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）采用超声波清洗砂纸精磨后的钛合金双极板；

（2）将超声清洗处理后的钛合金双极板作为工件放入双阴极等离子溅射沉积炉内，将其与一个可控阴极装置连接；将溅射靶材与另一个可控阴极装置连接；靶材与工件的间距为8~15 mm；所述溅射靶材为纯度99.99%的Zr烧结板；

（3）将双阴极等离子溅射沉积炉抽真空，再向炉内通氩气，使炉内气压保持在30~45Pa；

（4）开启与靶材和工件相连接的阴极，分别将两个阴极电压控制在如下范围：靶材电压600~850 V，靶材电流0.5~1.5A，工件电压200~350 V，工件电流0.3~1.2，沉积温度为600~800℃，沉积时间为2~4小时，得到钛合金双极板纳米晶Zr涂层。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金双极板为Ti-6A1-4V双极板。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述靶材与工件的间距为10~12mm；所述炉内气压保持在35~40Pa，所述靶材电压700~830 V，所述工件电压300~350 V，沉积温度为730℃~800℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述双阴极等离子溅射沉积炉的真空度为5×10^-3 Pa。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氩气的气体流量为40sccm~50sccm。