[发明专利]一种Ag-Me共掺杂类石墨碳涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ag‑Me共掺杂类石墨碳涂层及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将经前处理的基体置于装有C靶、Ag靶和一种非Ag金属靶的真空腔内进行等离子体清洗；(2)以非Ag金属靶为蒸发源，以氩气为工作气体，在真空条件下采用离子镀工艺在经步骤(1)处理后的基体上沉积一层非Ag金属缓冲层；(3)以C靶、Ag靶和一种非Ag金属靶为蒸发源，以氩气为工作气体，在真空条件下采用离子镀工艺在步骤(2)所得的非Ag金属缓冲层上沉积一层Ag‑Me共掺杂类石墨碳涂层，使类石墨碳涂层中的银颗粒与非Ag金属直接化合形成合金相。该方法可抑制类石墨碳涂层中银的自发逸出。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，尤其涉及一种无银逸出至表面的Ag-Me共掺杂类石墨碳涂层及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有转化效率高、无污染、启动快等优点而被认为是新能源汽车的终端动力。但由于传统的PEMFC双极板多为单板厚度2mm的石墨板，致使难以满足车用电池组的小体积、高能密度要求。因此，以0.5mm以下厚度的金属极板替代2mm厚的石墨板是实现车用燃料电池体积缩减的有效途径。但由于不锈钢、铝等金属的表面易钝化特性而致其接触电阻增大。故，在金属极板表面制备一层电导率和接触电阻与石墨极板相当、甚至小于石墨极板的导电涂层便成为燃料电池极板金属化需要解决的难点问题。

于金属极板表面制备类石墨涂层虽然可以显著降低接触电阻，但即使在1.5MPa的接触压力下，其接触电阻值仍较纯石墨极板的接触电阻(7-10mΩ·cm2)大许多。其原因是由于磁控溅射方法制备的类石墨涂层均含有sp2和sp3两种碳的杂化方式，其中sp3碳杂化方式的存在降低了类石墨涂层的电导率。掺入金属银可以提高类石墨涂层的电导率，但是由于银的自发逸出行为限制了通过增加银于类石墨碳涂层中的掺杂量来提高电导率这一方法的应用。因此，研究抑制类石墨碳涂层中银自发逸出的方法，对燃料电池极板金属化具有重要的科学意义和工程价值，为后续燃料电池极板开发提供了理论和实验支持。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可抑制类石墨碳涂层中银自发逸出的Ag-Me共掺杂类石墨碳涂层的制备方法，还相应提供该方法制得的Ag-Me共掺杂类石墨碳涂层。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种Ag-Me共掺杂类石墨碳涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将经前处理的基体置于装有C靶、Ag靶和非Ag金属靶的真空腔内进行等离子体清洗；

(2)以非Ag金属靶为蒸发源，以氩气为工作气体，在真空条件下采用离子镀工艺在经步骤(1)处理后的基体上沉积一层非Ag金属缓冲层；

(3)以C靶、Ag靶和非Ag金属靶为蒸发源，以氩气为工作气体，在真空条件下采用离子镀工艺在步骤(2)所得的非Ag金属缓冲层上沉积一层Ag-Me共掺杂类石墨碳涂层，使类石墨碳涂层中的银颗粒与非Ag金属直接化合形成合金相。

优选的，所述非Ag金属靶为Cr靶、Ti靶、Al靶中的一种。

优选的，所述步骤(1)中，等离子清洗的工作条件为：抽真空≤3.0×10-3Pa，C靶和Ag靶电流均为0.1A，非Ag金属靶电流0.3A，样品偏压为-400V。

优选的，所述步骤(2)中，真空腔内气压为0.1～0.5Pa，工件架转速为5～8r/min，非Ag金属靶电流为1.5～2A、样品偏压为-120～-90V，沉积时间为3～10min。

优选的，所述步骤(3)中，真空腔内气压为0.1～0.5Pa，工件架转速为5～8r/min，C靶电流为1.5～2A，Ag靶电流为0.01～0.05A，非Ag金属靶电流为0.5A～2A，基体偏压为-90～-60V，沉积时间60～180min。