不銹鋼雙極板表面納米Cr及CrN涂層的制備與性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）具有功率密度高、啟動快、工作溫度低、效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點，作為可移動電源和便攜電源有著廣闊的應(yīng)用前景。雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵部件，占據(jù)著電池組重量和成本的絕大部分。金屬材料在強度，抗氣體擴散及大規(guī)模生產(chǎn)方面都有著非常明顯的優(yōu)勢。然而，金屬雙極板在燃料電池工作環(huán)境中容易被腐蝕，這一直制約著其商業(yè)化應(yīng)用。為此，必須提高金屬雙極板的耐腐蝕性能。本文采用直流磁控濺射工藝在316L不銹鋼表面沉積納米Cr

2、涂層及CrN涂層，研究了磁控濺射沉積工藝參數(shù)對涂層微觀結(jié)構(gòu)及腐蝕性能的影響。取得了如下主要結(jié)果：
　　研究基體溫度（300℃，500℃）對納米Cr涂層形貌和性能的影響。濺射電流為0.35A，基體溫度為300℃時，鉻膜層表現(xiàn)三維島狀形貌，晶粒尺寸均勻，晶粒大小約為50nm，晶粒之間有明顯的空隙；基體溫度為500℃時，鉻涂層晶粒尺寸增大，涂層致密。在0.5mol/L H2SO4+2ppm F-中，與316L不銹鋼相比，兩種溫度下沉積的

3、納米鉻涂層的腐蝕電位均高于基體，腐蝕電流密度下降了一個數(shù)量級。與300℃沉積的納米鉻涂層相比，在500℃下沉積的納米鉻涂層的腐蝕電位更高，而腐蝕電流密度則僅為300℃沉積的鉻涂層的1/3，表明基體溫度為500℃時，不銹鋼Cr鍍層材料表現(xiàn)出更好的耐蝕性能。在腐蝕溶液中浸泡624h，Cr（500℃）仍能保持較好的化學(xué)穩(wěn)定性。
　　研究濺射電流（0.25A、0.35A和0.4A）對納米Cr涂層形貌和性能的影響。三種濺射電流沉積的納米鉻涂

4、層的形貌特征相似。與0.25A相比，濺射電流為0.35A和0.4A時，納米鉻涂層的更加致密。三種Cr涂層的腐蝕電流密度均比基體降低了2個數(shù)量級。在腐蝕溶液中浸泡Cr（0.35A）和Cr（0.4A）涂層均保持著較高的化學(xué)穩(wěn)定性，表明涂層能更有效地抑制電解質(zhì)溶液的滲透，賦予合金更好的耐蝕性能。
　　采用磁控濺射方法在不同Ar/N2流量比（6:5，6:6和6:8）下沉積了納米CrN涂層，并對其組織結(jié)構(gòu)與性能進行了分析。三種CrN涂層的晶