[发明专利]氢燃料电池钛双极板表面功能涂层工艺

说明书

本发明公开了氢燃料电池钛双极板表面功能涂层工艺，该工艺按照以下步骤完成：步骤一：将工件放入超声清洗设备中依次进行超声除油清洗、纯水超声清洗、纯水漂洗、除水和碳氢溶剂真空超声清洗；之后真空加热干燥；步骤二：在工件的一侧或两侧表面制备改性层，得到改性不锈钢双极板，改性层材料可为钛、钒、铌、镍、铬和锆中的一种或多种，且此步骤在真空环境内完成，之后在改性层使用离子镀方式，对改性层形成表面涂层材料；通过钛、钒、铌、镍、铬和锆中的一种或多种覆盖于其上，降低了不锈钢与碳纸间的接触电阻和腐蚀电流，此外，改性层的厚度较于不锈钢板的厚度，显著减少，减轻了改性层的厚度，方法易得，方便量产，降低成本。

技术领域

本发明涉及双极板涂层技术领域，特别是涉及氢燃料电池钛双极板表面功能涂层工艺。

背景技术

双极板又称集流板，是燃料电池重要部件之一。双极板需要做适当的表面处理（保护层）为保证其高效性和长期使用的稳定性，进而提高燃料电池双极板的电功率密度。

目前双极板重量问题已得到有效改善，但采用轻量化设计的极板其基体材料多为不锈钢或钛合金这类表面容易钝化的材料，而且由于长时间的使用，双极板的表面可能会造成损耗较为严重，强度较低，因此容易导致其表面电阻在电池环境中迅速提升，从而达不到电池使用的标准，由此出现了大批量针对金属极板表面改性的涂层和改性技术。

发明内容

为了克服现有技术中由于长时间的使用，双极板的表面可能会造成损耗较为严重，强度较低，因此容易导致其表面电阻在电池环境中迅速提升的不足，本发明提供氢燃料电池钛双极板表面功能涂层工艺，不锈钢材料的基层，在其一侧或两侧先进行改性制备，通过钛、钒、铌、镍、铬和锆中的一种或多种覆盖于其上，降低了不锈钢与碳纸间的接触电阻和腐蚀电流，此外，改性层的厚度较于不锈钢板的厚度，显著减少，减轻了改性层的厚度，方法易得，方便量产，降低成本，通过在基层的表面通过PVD表面形成工艺的方法，将碳离子或钛离子对改性层进行覆盖，提高结构表面的耐腐蚀强度，较于现今技术中添加贵金属的方法，达到比现有技术更低的接触电阻和腐蚀电流密度。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：氢燃料电池钛双极板表面功能涂层工艺，该工艺按照以下步骤完成：

步骤一：将工件放入超声清洗设备中依次进行超声除油清洗、纯水超声清洗、纯水漂洗、除水和碳氢溶剂真空超声清洗；之后真空加热干燥；

步骤二：在工件的一侧或两侧表面制备改性层，得到改性不锈钢双极板，改性层材料可为钛、钒、铌、镍、铬和锆中的一种或多种，且此步骤在真空环境内完成，之后在改性层使用离子镀方式，对改性层形成表面涂层材料；

步骤三；使用PVD磁控溅射镀膜机在工件的一侧或两侧表面进行离子刻蚀；

步骤四：通过离子注入在刻蚀过的改性层表面形成包含该离子和游离态离子的过渡层，并在氩气气氛中完成；且工件从中部向外依次为基层、改性层和过渡层；

步骤五：将步骤四所得的过渡层上通过PVD沉积法形成耐腐蚀保护层，并通过PVD法形成表面形成工艺。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤一中的真空清洗度为100-200帕，且加热温度保持在100℃，持续20分钟，最后得到的工件干燥度为50-75帕。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤二所得的改性层厚度为10纳米-50纳米，其中的离子镀真空度为0.001帕-0.01帕。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤三和步骤四中进行的离子刻蚀可使用碳离子、钨离子和钛离子。

作为本发明的一种优选技术方案，所述PVD形成工艺中采用高纯度钨靶材（≥99.5%）、高纯度钛靶材（≥99.5%）和高纯度石墨靶材（≥99.5%）。

作为本发明的一种优选技术方案，所述离子镀的沉积时间为15-100分钟，电流强度20-150安。

作为本发明的一种优选技术方案，所述工件为不锈钢材料。