[发明专利]一种用于燃料电池钛极板的导电预涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种用于燃料电池钛极板的导电预涂层，其特征在于，从钛基材表面向外依次为：分布在钛基材表面的第一金属颗粒层，覆盖在所述第一金属颗粒层表面的原位氧化层，覆盖在所述原位氧化层表面的第二金属层，以及覆盖在所述第二金属层表面的纳米导电层；在所述原位氧化层内部，分布着至少一层的第一金属颗粒和第二金属颗粒的混合层，从第一金属颗粒层向外至第二金属层，所述混合层中的第一金属颗粒的质量占比从100%依次下降至0%，第二金属颗粒的质量占比从0%依次上升至100%；

所述第一金属颗粒层的金属为抗点蚀金属铌、钽、钼、钨或钯中的一种或两种；所述原位氧化层为金属钛氧化生成的缺氧氧化钛TiOx，其中1 x 2；所述第二金属层中的金属为高韧性金属金、银、铂、锡或铜中的一种或两种；所述纳米导电层为导电贵金属或者碳基导电材料。

2.根据权利要求1所述的导电预涂层，其特征在于，所述第一金属颗粒层的抗点蚀金属为铌或/和钽；所述抗点蚀金属以高于+4价态存在于涂层中，并且以点状颗粒形式均匀嵌入钛基材表面，覆盖率为1%～50%。

3. 根据权利要求1所述的导电预涂层，其特征在于，所述第二金属层的高韧性金属以点状颗粒形式均匀嵌入原位氧化层表面，覆盖率为1%～50%；或者以层状形式覆盖在原位氧化层表面，厚度为5～100 nm。

4. 根据权利要求1所述的导电预涂层，其特征在于，所述原位氧化层的厚度为10～1000 nm；所述纳米导电层的厚度为5～500 nm；所述导电贵金属为金、银、钯、铂、铱或铑中的一种，所述碳基导电材料为石墨、类金刚石、类石墨、石墨烯、碳纳米管或金属碳化物中的一种。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的导电预涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在真空环境中对所述钛基材进行等离子体清洗；

（2）在钛基材表面沉积第一金属颗粒层；

（3）在真空低氧环境下对钛基材进行预氧化处理，钛基材金属发生氧化增殖，形成原位氧化层；并在原位氧化层中穿插沉积至少一层的第一金属颗粒和第二金属颗粒的混合层；

（4）在原位氧化层表面沉积第二金属层；

（5）在第二金属层表面进行纳米导电层的沉积。

6. 根据权利要求5所述的导电预涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，所述等离子体清洗为离子源清洗、自偏压清洗、射频清洗或者平板放电清洗中的一种，清洗温度50～500℃，清洗时间1～20 min。

7.根据权利要求5所述的导电预涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）、步骤（4）和步骤（5）中，所述的沉积方法为磁控溅射沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积、等离子体喷涂、离子镀中的一种或两种以上。

8. 根据权利要求5所述的导电预涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中，所述真空低氧环境是指氧气分压不高于5Pa的真空环境；所述预氧化处理的方式为等离子体氧化和/或热氧化的原位氧化方法，处理温度为100～800℃，时间为10 s～30 min。