[發明專利]等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210116822.7
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102628162A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 顧大明;肖宇;劉峰;黃國勝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;H01M8/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及一種雙極板材料的制備方法。

背景技術

不銹鋼的導電導熱性能好、資源豐富、成本低、強度高，是制造燃料電池雙極板的理想材料。但是雙極板材料在酸性工作環境下將面臨溶解或鈍化等腐蝕問題，因此有必要在不銹鋼表面形成一層導電且耐腐蝕的覆蓋層。傳統意義上采用電鍍方法在不銹鋼表面鍍鉻，鍍層存在較多的疏松、穿孔等缺陷，且導電性能和耐腐蝕性能并未得到明顯提高。

發明內容

本發明目的是要解決現有電鍍方法不銹鋼表面鍍鉻存在疏松、穿孔的問題，而提供一種等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料的制備方法。

等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、將鏡面拋光的不銹鋼基片浸入無水乙醇中，并在頻率為30kHz～50kHz下超聲處理15min～30min，然后室溫下風干，得到表面處理不銹鋼基片；二、將表面處理不銹鋼基片置于磁控濺射設備的真空室內，并利用渦輪分子泵和復合真空計將磁控濺射設備的真空室抽真空，至真空室內壓力為4×10^-3Pa～6×10^-3Pa為止；三、以氣體流量為8.5sccm～14.5sccm將Ar通入壓力為4×10^-3Pa～6×10^-3Pa的真空室內，然后通過調節加熱電流使真空室內溫度從室溫上升至250℃～350℃；四、將磁控濺射設備的濺射功率調至100W～200W，當Cr靶上產生輝光放電現象時通入N₂，沉積30min～90min，即得到等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料；步驟四中通入N₂的氣體流量與步驟三中通入Ar的氣體流量的比為1∶(8～20)。

本發明的優點：一、本發明制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料導電性能好：接觸壓力為150N/cm²時，接觸電阻＜20mΩ·cm²；二、本發明制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料耐腐蝕性能高：燃料電池運行環境下，腐蝕電位＞0.08V，腐蝕電流＜1.82μA/cm²；三、本發明制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料鍍層均勻致密：薄膜表面平整，致密，無疏松，穿孔等缺陷；三、本發明制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料成本低：原料為常用物質，且離子鍍技術速度快，周期短，節約能源。

附圖說明

圖1是檢測試驗一制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料導電性能的裝置示意圖；圖2是本試驗制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料鍍層表面形貌SEM圖；圖3是本試驗制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料鍍層截面形貌SEM圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式是一種等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、將鏡面拋光的不銹鋼基片浸入無水乙醇中，并在頻率為30kHz～50kHz下超聲處理15min～30min，然后室溫下風干，得到表面處理不銹鋼基片；二、將表面處理不銹鋼基片置于磁控濺射設備的真空室內，并利用渦輪分子泵和復合真空計將磁控濺射設備的真空室抽真空，至真空室內壓力為4×10^-3Pa～6×10^-3Pa為止；三、以氣體流量為8.5sccm～14.5sccm將Ar通入壓力為4×10^-3Pa～6×10^-3Pa的真空室內，然后通過調節加熱電流使真空室內溫度從室溫上升至250℃～350℃；四、將磁控濺射設備的濺射功率調至100W～200W，當Cr靶上產生輝光放電現象時通入N₂，沉積30min～90min，即得到等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料。

本實施方式步驟四中通入N₂的氣體流量與步驟三中通入Ar的氣體流量的比為1∶(8～20)。

本實施方式制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料導電性能好：接觸壓力為150N/cm²時，接觸電阻＜20mΩ·cm²。

本實施方式制備的等離子體鍍鉻滲氮鐵基燃料電池雙極板材料耐腐蝕性能高：燃料電池運行環境下，腐蝕電位＞0.08V，腐蝕電流＜1.82μA/cm²。