[发明专利]一种氮化增强表面的燃料电池用双极板及其制备方法

摘要

一种氮化增强表面的燃料电池双极板及其制备方法，属于燃料电池技术领域。该双极板在不锈钢板或钛合金板基体两侧表面上依次制备有氮化层、氮化铬薄膜及碳基纳米复合导电薄膜。将不锈钢板或钛合金板基体经清洗、干燥后置于真空电弧离子镀设备内，在真空条件下通入氮气及氢气，开启偏压和热丝，制备氮化层；通入氩气、氮气混合气体，制备氮化铬薄膜，开启碳靶，制备碳基纳米复合导电薄膜制备。本发明在燃料电池电池双极板表面改性领域中引入了离子氮化技术，在表面制备氮化层可避免基体钝化，有效防止腐蚀致使涂层失效的情况出现，采用阶梯过渡方法将氮化铬以及纳米复合导电薄膜多元复合，防止涂层使用过程中因内应力过大、结合力过小而发生剥离。

主权项

一种氮化增强表面的燃料电池用双极板的制备方法，其特征在于：将不锈钢板或钛合金板基体(1)经清洗、干燥后置于真空电弧离子镀设备内，在真空条件下通入氮气及氢气，开启偏压和热丝，制备氮化层(2)，所述氮化层制备过程中真空室温度为100～400℃，真空室内气压维持在0.1Pa～3Pa，偏压设置为‑1000V～‑400V；通入氩气、氮气混合气体，开启铬靶，制备氮化铬薄膜(3)，开启碳靶，制备碳基纳米复合导电薄膜(4)；所述不锈钢板或钛合金板基体(1)两侧表面上依次制备有氮化层(2)、氮化铬薄膜(3)及碳基纳米复合导电薄膜(4)；所述氮化层(2)的厚度为0.1μm～20μm，所述氮化铬薄膜(3)的厚度为0.1μm～20μm，所述碳基纳米复合导电薄膜(4)的厚度为0.1μm～20μm；所述氮化铬薄膜(3)及碳基纳米复合导电薄膜(4)中碳元素、氮元素含量沿垂直于不锈钢板或钛合金板基体(1)方向呈梯度连续分布；该方法包括以下具体顺序步骤：(1)氮化层制备将不锈钢板或钛合金板基体(1)放入超声清洗设备中进行清洗，并在真空干燥炉中进行干燥后，放入脉冲偏压电弧离子镀设备真空室内，将真空室内真空抽至0.001Pa～0.5Pa后，将真空室加热至100～400℃，通入氮气及氢气，使得真空室内气压维持在0.1Pa～3Pa，偏压设置为‑1000V～‑400V，开启热丝，开始制备氮化层(2)，完毕后，关闭氮气及氢气；(2)离子溅射清洗关闭热丝，将真空室内真空抽至0.001～0.05Pa后，向真空室内通入氩气，使真空室内气压维持在0.1Pa～3Pa，偏压设置为‑1000V～0，进行氩离子溅射清洗，时间为10～20mins，完毕后，调整通入氮气的流量，使真空室内气压维持在0.1Pa～1Pa，偏压设置为‑1000V～0，开启铬靶，进行铬离子溅射清洗，时间为2.5～5mins；(3)沉积氮化铬薄膜和碳基纳米复合导电薄膜通入氩气与氮气混合气体，使真空压强维持在0.1Pa～1Pa，偏压设置为‑500V～0，进行氮化铬薄膜(3)制备，完毕后，控制通入的氮气、氩气流量，使真空室内压强维持在0.1Pa～1Pa，偏压设置为‑500V～0，开启碳靶，进行碳基纳米复合导电薄膜(4)制备。