一种高导电耐蚀防护复合涂层及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115928017A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211424039.7C23C14/34(2006.01)(22)申请日2022.11.14C23C14/35(2006.01)C23C14/54(2006.01)(71)申请人中国科学院宁波材料技术与工程研H01M8/0228(2016.01)究所H01M8/10(2016.01)地址315201浙江省宁波市镇海区庄市大道519号(72)发明人汪爱英李昊郭鹏王丽陈仁德(74)专利代理机构南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)32256专利代理师王茹王锋(51)Int.Cl.C23C14/16(2006.01)C23C14/02(2006.01)C23C14/06(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图3页(54)发明名称一种高导电耐蚀防护复合涂层及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种高导电耐蚀防护复合涂层及其制备方法与应用。所述高导电耐蚀防护复合涂层包括依次形成于作为基体的金属双极板表面的铬过渡层和类石墨非晶碳层；其中，所述铬过渡层的择优晶面取向为(110)，且所述铬过渡层中择优取向晶面(110)的织构系数在0.8以上。本发明提供的高导电耐蚀防护复合涂层中的类石墨非晶碳涂层具有高导电耐蚀性能，在低负偏压下利用高功率脉冲磁控溅射技术制备出密排面(110)择优生长的铬过渡层，有效地提高了涂层的致密性，从而实现对金属双极板的长效防护，同时，该(110)择优取向铬过渡层对类石墨非晶碳层具有明显催化作用，有助于提高sp2含量，从而有效地降低金属双极板接触电阻。CN115928017ACN115928017A权利要求书1/1页1.一种高导电耐蚀防护复合涂层，其特征在于包括依次形成于作为基体的金属双极板表面的铬过渡层和类石墨非晶碳层；其中，所述铬过渡层的择优晶面取向为(110)，且所述铬过渡层中择优取向晶面(110)的织构系数在0.8以上，所述类石墨非晶碳层的厚度为100～400nm；并且所述高导电耐蚀防护复合涂层在0.6V的标准工作电压下腐蚀电流密度小于2×10‑8A/cm2，沉积态接触电阻小于3mΩ·cm2，腐蚀24h后接触电阻小于8mΩ·cm2，腐蚀48h后接触电阻增大量在5％以内。2.根据权利要求1所述的高导电耐蚀防护复合涂层，其特征在于：所述铬过渡层的厚度为100～200nm。3.权利要求1或2所述的高导电耐蚀防护复合涂层的制备方法，其特征在于包括：提供作为基体的金属双极板；采用高功率脉冲磁控溅射技术，以高纯铬靶为靶材，在所述金属双极板的表面沉积形成铬过渡层，其中，所述铬过渡层中晶面的取向为(110)基体偏压为‑160V～‑250V；以及，采用直流磁控溅射技术，以高纯石墨靶为靶材，在所述铬过渡层表面沉积形成类石墨非晶碳层，从而获得高导电耐蚀防护复合涂层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：采用高功率脉冲磁控溅射技术，将所述金属双极板置于反应腔体中，以高纯铬靶为靶材，以惰性气体为工作气体，在所述金属双极板表面沉积形成铬过渡层，其中所述高功率脉冲磁控溅射技术采用的脉冲频率为200～400Hz，脉宽为50～100μs，脉冲电压为1000～1200V，功率为3.0～4.5kW，反应腔体的气压为1.4～2.1mTorr，惰性气体的通入量为30～70sccm，沉积温度为80～100℃，沉积时间为15～25min。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：采用直流磁控溅射技术，以高纯石墨靶为靶材，以惰性气体为工作气体，在所述铬过渡层表面沉积形成类石墨非晶碳层；其中，采用的溅射源电源功率为0.9～1.2kW，反应腔体气压为1.4～2.1mTorr，基体偏压为‑50V～‑250V，惰性气体的通入量为30～70sccm，沉积温度为40～80℃，沉积时间为30～90min。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于还包括：在形成所述铬过渡层前，先对金属双极板表面进行刻蚀处理。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀处理包括：采用Ar离子刻蚀法于室温下对所述金属双极板进行刻蚀处理30～60min；所述刻蚀处理采用的工艺条件包括：反应腔体气压在2.0×10‑5Torr以下，氩气流量为40～100sccm，偏压为‑150～‑450V，所述Ar离子刻蚀法包括辉光刻蚀和/或离子束刻蚀。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述金属双极板包括不锈钢双极板或钛合金双极板。9.权利要求1或2所述的高导电耐蚀防护复合涂层于质子交换膜燃料电池中的用途。10.一种质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于：包括金属双极板，以及覆设于所述金属双极板表面的高导电耐蚀防护复合涂层