[发明专利]高导电耐蚀长寿命MAX相固溶复合涂层、其制法与应用

说明书

本发明公开了一种高导电耐蚀长寿命MAX相固溶复合涂层、其制法与应用。所述制备方法包括：采用高功率脉冲磁控溅射技术，在金属双极板基体表面交替沉积Ti‑Al‑C层和Ti‑Sn‑C层，从而形成Ti‑Al‑C/Ti‑Sn‑C交替叠层；对所述Ti‑Al‑C/Ti‑Sn‑C交替叠层进行真空热处理，从而形成Ti₂(Al_1‑xSn_x)C MAX相固溶复合涂层。本发明提供的MAX相固复合溶涂层具有高导电和优异的耐蚀特性，Ti₂(Al_1‑xSn_x)C MAX相固溶复合涂层腐蚀后形成的SnO₂钝化膜具有良好的导电性，将有效提高金属双极板材料长效的导电耐蚀性能。

技术领域

本发明属于金属表面涂层防护技术领域，涉及一种MAX相固溶复合涂层、其制法与应用，尤其涉及一种高导电耐蚀长寿命Ti₂(Al_1-xSn_x)C MAX相固溶复合涂层及其制备方法与应用。

背景技术

氢能与燃料电池被列为国家战略性新兴产业，其中质子交换膜燃料电池（PEMFCs）占据燃料电池的83%，成为电池产业技术竞争的关键。然而在PEMFCs高温及酸性工作环境下，其核心构件金属双极板的高界面接触电阻与腐蚀是决定电池寿命的关键技术瓶颈。采用表面涂层技术可以在保持金属极板自身优异性能的基础上同时提高极板的电导率和耐蚀性。

与传统过渡金属碳化物不同，M_n+1AX_n相作为一种新兴的金属陶瓷材料，具有密排六方层状结构，层状之间依靠M原子和A原子之间金属键结合。独特的层状结构和成键特征，使MAX相兼具金属和陶瓷的导电导热、高温抗氧化、高强度等优异性能。

然而，在长期质子交换膜燃料电池工作环境中，MAX相涂层氧化形成的氧化膜会导致腐蚀后界面接触电阻增高，严重影响了电池的寿命和性能。同时，直流磁控溅射技术沉积溅射复合靶材是制备固溶体MAX相涂层的主要方法，但靶材的离化率不足，沉积速率低、制备的涂层会有柱状结构缺陷出现，腐蚀性离子介质会通过柱状结构之间的孔隙腐蚀基底，加速极板性能的退化。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高导电耐蚀长寿命MAX相固溶复合涂层、其制法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种高导电耐蚀长寿命MAX相固溶复合涂层的制备方法，其包括：

提供金属双极板基体；

采用高功率脉冲磁控溅射技术，在所述金属双极板基体表面交替沉积Ti-Al-C层和Ti-Sn-C层，从而形成Ti-Al-C/Ti-Sn-C交替叠层，其中Ti-Al-C/Ti-Sn-C交替叠层包含2~10个交替层叠周期层，且每一交替层叠周期层包含一Ti-Al-C层和一Ti-Sn-C层；

以及，对所述Ti-Al-C/Ti-Sn-C交替叠层进行真空热处理，从而形成Ti₂(Al_1-xSn_x)CMAX相固溶复合涂层，即高导电耐蚀长寿命MAX相固溶复合涂层，其中0 x 1。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的高导电耐蚀长寿命MAX相固溶复合涂层，所述高导电耐蚀长寿命MAX相固溶复合涂层的电导率为3.1×10⁶~4×10⁶Ω^-1·m^-1。

本发明实施例还提供了前述的高导电耐蚀长寿命MAX相固溶复合涂层于制备燃料电池中的用途。