[发明专利]一种在双极板表面制备CrMoTiN氮化膜纳米涂层的制备方法

说明书

一种在双极板表面制备CrMoTiN氮化膜纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：1)用SiC砂纸分别对316不锈钢双极板基体进行打磨，然后用金刚石抛光膏对研磨的基体抛光到镜面程度；2)在镀膜之前，去除表面油污，得到预处理基体；3)将预处理基体放入真空室腔体内，利用非平衡磁控溅射离子镀技术在其表面沉积四元氮化膜CrMoTiN来对不锈钢基体进行表面改性。本发明利用物理气相沉积技术在CrMoN涂层表面改性的双极板的基础上添加Ti元素，提供一种新的四元氮化物CrMoTiN涂层，通过Mo、Ti等元素参杂，进一步提高双极板材料的耐蚀性和保证导电性。

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池双极板材料上涂层的制备方法，即通过闭合场非平衡磁控溅射技术在双极板表面沉积CrMoTiN四元氮化膜来提高燃料电池双极板的耐蚀性和导电率，保证电池使用的可靠性能及延长使用寿命。

背景技术

质子交换膜燃料电池不但能量转换率高、环境友好，而且可以在室温快速启动、无电解流失、寿命长、比功率和比能量高。特别适合用来作为可移动动力源，是电动车和分散电站的理想电源之一，在替代传统化石能源方面有广泛的应用前景。

双极板是燃料电池的重要组件之一，它占电池堆总体积的80％、质量的70％，以及成本的30％。它具有集流、散热、均匀分散反应介质以及冷却作用，同时具有支撑膜电极、隔绝反应气体以及密封性的要求。所以理想的双极板材料应该具有良好的导电性、高气密性、高的机械强度、以及易于加工等特点。石墨及其复合物具有良好的导电性，易于加工，但是材料脆性大、机械性能差、加工成本较高，不利于大规模的商业应用。金属双极板材料具有高的机械强度、良好的导电性、易于加工、成本较低，可以大规模商用。然而在酸性的质子交换膜燃料电池环境中，金属双极板材料易被腐蚀，形成钝化膜，增大双极板与气体扩散膜之间的接触电阻，同时污染膜电极，损害电池堆。所以需要对不锈钢双极板进行表面改性来提高耐蚀性、导电性。

发明内容

为了克服已有双极板材料的耐腐蚀性较低和导电性较差的不足，本发明提供了一种在双极板表面制备CrMoTiN氮化膜纳米涂层的制备方法，利用物理气相沉积技术在CrMoN涂层表面改性的双极板的基础上添加Ti元素，提供一种新的四元氮化物CrMoTiN涂层,通过Mo、Ti等元素参杂，进一步提高双极板材料的耐蚀性和保证导电性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种在双极板表面制备CrMoTiN氮化膜纳米涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)用SiC砂纸对316不锈钢双极板基体进行打磨，然后用金刚石抛光膏对研磨的基体抛光到镜面程度；

2)在镀膜之前，去除表面油污，得到预处理基体；

3)将预处理基体放入真空室腔体内，关闭真空室门，抽真空至预设阈值，腔体中有两块对称放置的高纯Cr靶、一块高纯Mo靶以及一块高纯Ti靶，氩气作为保护性气体运行镀膜程序；

在-520V～-480V偏压和所有靶电流都设置为0.2～0.4A的情况下，离子溅射轰击预处理基体表面25～35min；

Cr靶电流提升至3～5A，Mo靶和Ti靶电流相应微小提升至0.4～0.6A，沉积3～8min得到Cr过渡层以增加膜基结合力；

通入氮气作为反应气体在Cr层表面沉积10～20min，得到CrN膜；

调节Mo靶电流至3～5A，沉积10～20min，得到CrMoN膜；

最后沉积CrMoTiN膜，Ti靶电流范围为0.3A-6A，沉积时间为40～80min，以得到含Ti的CrMoTiN涂层。