[发明专利]一种质子交换膜燃料电池金属双极板纳米晶ZrBN/Zr复合涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池金属双极板纳米晶ZrBN/Zr复合涂层，其特征在于，所述纳米晶ZrBN/Zr复合涂层由外层的ZrBN沉积层、内层的Zr沉积层和扩散层组成，所述ZrBN沉积层由等轴的、平均晶粒尺寸约为10~20 nm的纳米晶ZrBN组成，所述扩散层是由Zr沉积层与金属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金属双极板纳米晶ZrBN/Zr复合涂层，其特征在于，所述ZrBN沉积层的厚度为10～15μm。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池金属双极板纳米晶ZrBN/Zr复合涂层，其特征在于，所述Zr沉积层的厚度为5～10μm。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池金属双极板纳米晶ZrBN/Zr复合涂层，其特征在于，所述ZrBN沉积层中ZrBN的质量份数大于98%，Zr沉积层中Zr的质量份数大于98%。

5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池金属双极板纳米晶ZrBN/Zr复合涂层，其特征在于，所述金属双极板为钛合金双极板。

6.一种质子交换膜燃料电池金属双极板纳米晶ZrBN/Zr复合涂层的制备方法，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金属双极板；

（2）将超声清洗处理后的金属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10~20mm；

（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30~40Pa；

（4）以纯度99.99%的Zr烧结板为溅射靶材，开启与靶材和工件相连接的阴极，Zr烧结板的溅射沉积条件为：靶材电压600~800 V，靶材电流0.6~1.5A，工件电压200~350 V，工件电流0.3~1.2，沉积温度为750~800℃，沉积时间为0.5~1.5小时，得到金属双极板Zr沉积层；

（5）将溅射靶材换成ZrB烧结板，在Zr沉积层上进一步溅射ZrB沉积层，ZrB烧结板的溅射沉积条件：靶材电压650~750 V，靶材电流0.5~1.1A，工件电压250~320 V，工件电流0.5~0.9，沉积温度为650~750℃，沉积时间为1~2小时，得到金属双极板ZrB/Zr复合涂层；

（6）将金属双极板ZrB/Zr复合涂层进行离子氮化，工艺参数如下：工件电压650~850V，氮化温度450~600℃，工作气压20~45Pa，氮分压0.1~1 Pa，离子氮化1~2小时，得到金属双极板纳米晶ZrBN/Zr复合涂层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述金属双极板为钛合金双极板。

8.根据权利要求6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6所述的制备方法，其特征在于，所述氩气的气体流量为30sccm~40sccm。