[发明专利]一种用于氢燃料电池金属双极板的多层梯度涂层Cr/CrN/(Ti,W)3

权利要求书

1.一种用于燃料电池双极板的多层梯度涂层，包括Cr过渡层和CrN连接层，CrN连接层构建于Cr过渡层表面；

其特征在于：还具有(Ti,W)₃AlC₂涂层，所述(Ti,W)₃AlC₂涂层构建于CrN连接层表面，(Ti,W)₃AlC₂涂层的W为钨元素。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池双极板的多层梯度涂层，其特征在于：所述(Ti,W)₃AlC₂涂层是钛铝碳在Ti位置上固溶掺杂W元素，掺杂W元素所占比例为0.05～15at.％。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池双极板的多层梯度涂层，其特征在于：所述Cr过渡层的厚度为50～150nm；CrN连接层的厚度为50～100nm；(Ti,W)₃AlC₂涂层的厚度为200～1000nm。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池双极板的多层梯度涂层，其特征在于：所述Cr过渡层采用Cr金属靶材利用电弧离子镀装置沉积于双极板；所述CrN层是在Cr涂层沉积过程中升温并充入N₂气，沉积获得CrN连接层；所述(Ti,W)₃AlC₂涂层为利用磁控溅射装置在CrN连接层外表面沉积获得。

5.一种燃料电池双极板，其特征在于：所述金属双极板表面具有如权利要求1-4所述的多层梯度涂层；所述多层梯度涂层包括Cr过渡层、CrN连接层、(Ti,W)₃AlC₂涂层；所述Cr过渡层、CrN连接层、(Ti,W)₃AlC₂涂层在金属双极板表面依次设置。

6.一种用于燃料电池双极板的多层梯度涂层的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)采用Cr金属靶材利用电弧离子镀装置沉积于双极板的金属双极板表面并形成Cr过渡层；

2)在Cr涂层沉积过程中升温并充入N₂气，沉积获得CrN连接层；

3)在步骤2)完成后，利用磁控溅射装置在CrN连接层外表面沉积获得(Ti,W)₃AlC₂涂层。

7.根据权利要求6所述的用于燃料电池双极板的多层梯度涂层的构建方法，其特征在于：双极板的金属双极板为不锈钢材质，其前处理方法为：

首先选用砂纸对金属双极板进行打磨抛光，即依次用400#、600#、800#、1000#、2000#金相砂纸逐级磨光；

然后将打磨后的金属双极板样品经过丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗10～20min后，在空气中吹干备用。

8.根据权利要求6所述的用于燃料电池双极板的多层梯度涂层的构建方法，其特征在于：步骤1)和步骤2)的具体过程包括：

Cr过渡层和CrN连接层制备之前，将真空室预抽真空至背底真空为4×10^-3Pa后，在金属双极板基体上施加500V负脉冲偏压对金属双极板基体进行反溅清洗5～8min，去除表面的污染物和氧化层；

然后打开Ar流量阀，Ar气流量50ml/min，通过调整分子泵的抽速来控制真空室内的工作气压，使之维持在0.4Pa左右，腔室加热温度为50～100℃；

打开Cr靶材直流电源，弧电流为40～70A，偏压-100～-300V，溅射时间为1～10min，停止溅射后降温；

将真空室预抽真空至背底真空为4×10^-3Pa后，打开N₂气流量阀，N₂气流量30ml/min，通过调整分子泵的抽速来控制真空室内的工作气压，使之维持在0.45Pa左右，腔室加热温度为100～200℃，保温15分钟；

再次打开Cr靶材直流电源，弧电流为40～70A，偏压-100～-300V，溅射时间为1～10min，停止溅射后降温。