[发明专利]一种燃料电池金属双极板复合涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池金属双极板复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括沿金属双极板表面向外侧依次设置的钝化层、支撑层和耐蚀导电层；

所述钝化层为钛、钨、锆、钒、铌、钽、钼中的一种或两种以上的合金；

所述支撑层为氮掺杂的过渡金属碳化物层，其中氮原子掺杂的原子比在1％-20％之间；

所述耐蚀导电层为氮掺杂的碳层，其中氮原子掺杂的原子比在1％-20％之间。

2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述支撑层中氮原子掺杂的原子比为8％-15％；所述耐蚀导电层中氮原子掺杂的原子比为5％-12％。

3.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述过渡金属碳化物为碳化钛、碳化钨、碳化锆、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化钼中的一种或多种的混合。

4.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述钝化层的厚度为20-200nm，所述支撑层的厚度为20-800nm，所述耐蚀导电层厚度为50-800nm。

5.根据权利要求4所述的复合涂层，其特征在于，所述钝化层的厚度为50-200nm，所述支撑层的厚度为200-800nm，所述耐蚀导电层的厚度为200-800nm。

6.一种权利要求1-5任意一项所述的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)、对金属双极板基材进行预处理，除去表面污渍及氧化膜；

(2)、在预处理后的金属双极板基材表面沉积钝化层；所述钝化层的制备方法包括离子注入、磁控溅射、多弧离子镀、等离子喷涂中的至少一种；

(3)、在所述钝化层表面依次沉积支撑层和耐蚀导电层，得到所述复合涂层；

其中，所述支撑层和耐蚀导电层的制备方法包括磁控溅射、多弧离子镀、化学气相沉积中的至少一种；所述支撑层氮掺杂的方式为在沉积碳化物时通过含氮气体引入；所述耐蚀导电层氮掺杂的方式为在沉积碳时通过含氮气体引入，或在沉积碳后在含氮气体环境下退火引入。

7.根据权利要求6所述的复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括如下步骤：将所述金属双极板基材依次进行水洗和醇洗，除去表面污渍，然后通过溅射清洗除去表面氧化膜；溅射清洗过程中，腔室压强为0.3-1.0Pa，施加电压为-500--800V，清洗时间为5-30min。

8.根据权利要求6所述的复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)包括如下步骤：通过磁控溅射法沉积钝化层，腔室压强为0.3-1.0Pa，施加电流为2-8A，沉积时间为5-30min。

9.根据权利要求6所述的复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)包括如下步骤：钝化层沉积完毕后，通入乙炔和氮气作为反应气体，通过磁控溅射在钝化层表面沉积支撑层，支撑层沉积完毕后，乙炔流量调整至零，通过磁控溅射在支撑层表面沉积耐蚀导电层，沉积完毕后，得到所述复合涂层；

其中，支撑层沉积过程中，乙炔和氮气的流量分别为5-30sccm和3-20sccm，腔室压强为0.3-1.0Pa，施加电流为2-8A，沉积时间为15-45min；耐蚀导电层沉积过程中，氮气的流量为3-20sccm，腔室压强为0.3-1.0Pa，施加电流为3-10A，沉积时间为20-60min。

10.一种权利要求1-5任意一项所述的复合涂层在燃料电池中的应用。