[发明专利]一种表面改性的20Cr钢双极板材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种表面改性的20Cr钢双极板材料及其制备方法。本发明以20Cr钢为基体，对基体进行研磨抛光前处理，然后对基体进行离子渗氮、化学镀镍、PVD技术沉积氮化物涂层等一系列方法制备20Cr钢/渗氮/镀镍/CrN或CrMoN的复合多层膜。在模拟的PEMFC环境下，表面改性的20Cr钢双极板材料耐腐蚀性能及表面接触电阻性能满足美国DOE 2020标准，同时薄膜和基体的结合力大于45N。采用本发明方法，可以用普通碳钢薄板替代316L不锈钢材料，降低双极板生产成本。

主权项

1.一种表面改性的20Cr钢双极板材料，由如下方法制备获得：(1)以20Cr钢为基体，先进行研磨抛光前处理，再采用气体渗氮工艺对抛光后的20Cr钢基体进行渗氮处理；(2)利用化学镀镍工艺在渗氮后的20Cr钢基体表面镀上厚度20～30μm的镍磷层，镀镍完成后清洗去除表面油污；(3)利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀系统在镍磷层表面沉积一层CrMoN三元氮化物涂层：将镀镍后的20Cr钢基体放置在腔体中固定，抽真空，以氩气为保护气体、氮气为反应气体，以两块高纯Cr靶和两块高纯Mo靶作为溅射源，运行镀膜工艺，首先Cr靶和Mo靶都施加0.3A的电流、对20Cr钢进行清洗；然后提高Cr靶电流至4～5A，沉积5～15min得到一层Cr的过渡层，接着通入氮气作为反应气体，沉积10～15min得到CrN膜；再将Mo靶电流从0.3A提升至2～6A沉积15～20min，得到CrMoN梯度膜，最后稳定Mo靶电流在2～6A沉积70～80min，得到CrMoN稳定膜涂层，即得渗氮/Ni‑P/CrMoN复合膜表面改性的20Cr钢双极板材料。