[发明专利]一种航天用燃料电池三维收缩孔流场的双极板与制备方法

权利要求书

1.一种航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板，包括基板，其特征在于：所述基板上设置有三维蛇形流场，所述三维蛇形流场包括反应气进口、反应气出口、气体流道和n条以上平行设置的脊，n为大于等于2的偶数，从反应气进口方向开始计算的奇数脊上皆设置有用于连通相邻气体流道的三维收缩孔，所述三维收缩孔对应所述反应气进口的一端为进口端，另一端为出口端，所述进口端大于所述出口端。

2.根据权利要求1所述的一种航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板，其特征在于：从反应气进口方向开始计算的偶数脊对应所述出口端的一侧皆设置有脊背斜面，所述脊背斜面自脊背端至基板端向反应气出口方向倾斜。

3.根据权利要求2所述的一种航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板，其特征在于：所述脊背斜面与基板之间的倾斜角度为60°～ 80°。

4.根据权利要求2所述的一种航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板，其特征在于：从反应气出口方向开始计算的第1条至第y条脊上不设置三维收缩孔和脊背斜面，2≤ y ≤4，y为整数。

5.根据权利要求1所述的一种航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板，其特征在于：所述三维收缩孔包括第一通孔和第二通孔，所述第二通孔的出口端小于所述第一通孔的出口端，所述第一通孔设置于从反应气进口方向开始计算的4x-3的脊上，所述第二通孔设置于从反应气进口方向开始计算的4x-1的脊上，x为大于等于1的整数。

6.根据权利要求5所述的一种航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板，其特征在于：所述第一通孔和第二通孔错列布置。

7.根据权利要求5所述的一种航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板，其特征在于：所述第二通孔的出口端大小为所述第一通孔的出口端的 25% ～ 50%。

8.一种用于制备如权利要求1至7中任意一项所述的航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤，步骤1，使用专业三维建模软件对极板整体三维模型进行设计，再将三维模型导入专业3D切片软件进行合理切片处理，导入激光加工设备；步骤2，选择TC4钛合金材料，将TC4粉末置于烘箱内在60℃的环境中保温6h；步骤3，将成形室成形平台进行预热，通入惰性气氛，并检测氧气含量，设置每层铺粉厚度；步骤4，采用分层快速扫描方法，对粉末进行选区激光熔化技术制备，加工设备激光功率为200W～ 250W，扫描速度为275～ 500mm/s,扫描间距为0.13～ 0.16mm，铺粉厚度30～ 50μm，光斑直径70～ 87μm，从而制得双极板；步骤5，对双极板进行化学抛光后，再通过激光抛光技术对双极板进行复合抛光；步骤6，采用非平衡磁控溅射镀膜技术对极板表面镀TiCrC镀层。

9.根据权利要求8所述的一种用于制备航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板的制备方法，其特征在于：所述步骤5包括如下步骤：步骤51，前期预处理，将双极板放置于丙酮溶液中进行超声波清洗除油1～ 10min，之后用去离子水对极板进行清洗5～ 10min并且烘干；步骤52，将预处理后的极板置于25℃的HNO₃-HF化学溶液中进行化学抛光，抛光时间为8～ 12min；步骤53，化学抛光完成后，取出极板用去离子水冲洗5～ 10min；步骤54，基板抛光采用平顶光束光纤红外连续激光，激光功率为300-1000W，光斑大小为0.08-0.15mm，扫描路径首先沿脊背逐圈循环扫描，然后调整激光焦距，沿蛇形流道对流道底面进行精抛光。

10.根据权利要求9所述的一种用于制备航空用燃料电池三维收缩孔流场的双极板的制备方法，其特征在于：所述步骤6包括如下步骤：步骤61，将清洗干燥后的TC4钛合金极板置于非平衡磁控溅射镀膜的镀膜室内的旋转工作台；步骤62，在溅射靶材安装处分别安装纯度为99.99%的铬靶、钛靶和碳靶，关闭镀膜室，用真空设备将镀膜室内的气体抽出，使镀膜室达到真空状态，其真空度为5～ 8×10^-3Pa；步骤63，通入高纯度氩气保持镀膜室的气压在1.5～ 5.0×10^-1Pa，制备TiCrC镀层时，铬靶、钛靶和碳靶的电流均为2～ 6A，基体偏压保持为-50～ -150V，氩气流量保持在15～ 50sccm，工作台保持旋转，沉积时间为30～50min；步骤64，完毕后卸偏压、停气、停止工作台旋转，镀膜室冷却至温度小于40℃，释放真空取出钛合金极板。