[发明专利]一种带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板及其制备方法

摘要

本发明涉及一种带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板及其制备方法，属于燃料电池及材料表面改性技术领域。双极板由316L不锈钢或TA1等钛薄板双极板基材及其表面的钛钽纳米晶过渡层，和在最外表面的钛钽碳非晶纳米晶复合薄膜构成；钛钽纳米晶过渡层和钛钽碳非晶纳米晶复合薄膜用新型电弧离子镀膜方法制备，其中镀过渡层前的基材钝化膜去除及表面活化，以及镀最表面复合薄膜前的过渡层中大颗粒等缺陷的去除，均采用等离子体增强放电并辅以气体离子束流的离子溅射加刻蚀的方法进行。该方法制备的双极板具有很高的综合性能，可满足电池电堆超长时寿命运行要求。

主权项

1.一种带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板的制备方法，该燃料电池高性能双极板包括金属薄板双极板基材(1)、中间耐点蚀过渡层(2)和表面钛钽碳薄膜(3)；金属薄板双极板基材(1)的厚度为0.1mm-0.5mm；中间耐点蚀过渡层(2)的材质为钛钽纳米晶合金层，其中钛的原子百分成分含量为90.0％-99.0％，钛钽纳米晶合金层的厚度为0.3μm-3.0μm；表面钛钽碳薄膜(3)的材质为碳非晶钛钽纳米晶复合薄膜，其中碳非晶的原子百分成分含量为60％-100％，其余为钛钽纳米晶，钛钽纳米晶中钛和钽二者的相对成分含量与中间耐点蚀过渡层(2)中相同，表面钛钽碳薄膜(3)的厚度为0.1μm-1.0μm；采用有热丝增强放电并辅以气体离子源增强溅射刻蚀的电弧离子镀方法在金属薄板双极板基材(1)表面依次沉积中间耐点蚀过渡层(2)及表面钛钽碳薄膜(3)，其特征在于，具体步骤如下：/n(1)在电弧离子镀设备真空室的一侧安装在真空环境中能发射大量热电子的热丝装置，另一侧再安装使惰性气体能获得电激发离化的气体离子源装置，在电弧离子镀设备真空室内壁均布有管状加热器装置；在均匀分布的多个阴极靶位上分别相间隔安装碳靶和钛钽合金靶，其中钛钽合金靶中钛的原子百分成分含量为90.5％-99.5％；/n(2)将金属薄板双极板基材(1)经超声清洗并烘干处理后，安放于电弧离子镀真空室的工件卡具上，关闭舱门后由真空系统将真空室真空抽到5×10