本技术公开一种提高非晶碳涂层钛极板耐蚀性的方法,其特征在于,包括以下步骤:将超薄钛板进行塑性成形,获得极板半成品;对极板半成品进行氧化处理,以在其表面制备氧化膜;对带氧化膜的极板半成品的表面镀非晶碳涂层进行涂层处理,获得极板成品。本发明可快速有效提高非晶碳涂层钛极板耐蚀性,通过炉内加热或者电加热可以快速地在钛极板表面生成氧化层,可以在极短时间内(30分钟以内,基本都在15分钟以内,电加热甚至可以低于1分钟)即可在钛极板表明生成氧化膜,生产效率高,并且特别地本工艺并不影响后续工艺(例如过渡层)的进行,进而可以与其他镀层手段相结合,提高涂层钛极板的耐蚀性以及其他性能。
背景技术
大功率、长寿命和高性能是氢质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展趋势。作为氢燃料电池的核心部件之一,极板在PEMFC工作环境下的耐蚀性能对燃料电池寿命有着重要影响。美国能源部(DOE)规定到2025年,氢燃料电池双极板的腐蚀速率需小于1 μA/cm2
。兼具低密度、高比强度、高耐蚀性等优势的钛被认为是未来重要的极板基材。
为了进一步提升钛极板的耐蚀性和导电性,钛极板表面往往会附加一层涂层。目前,金属极板表面涂层主要有金属基涂层(贵金属、金属碳/氮化合物)和碳基涂层(石墨、导电聚合物、非晶碳等)两种。碳基涂层,尤其是非晶碳涂层,在PEMFC两极环境中具有优异的耐蚀性和导电性,且疏水性优异,有利于排出反应生成的水分,加之其成本较为低廉的优点,在实际生产中得到了广泛的应用。因此在此基础上进一步提高非晶碳涂层的性能也是目前研究热点。在非晶碳涂层耐蚀性优化方面,目前主要可通过以下两个途径来实现:元素掺杂和制备多层复合涂层。元素掺杂的方法是在涂层原有的元素体系中添加或修改元素,以达到提高耐蚀性和导电性的方法。而制备多层复合涂层包括:(1)预先在基体上沉积一层过渡层,过渡层可以减少涂层材料与基体间热膨胀系数的差异,改善涂层与基体间的结合性能,来提高涂层的耐蚀性;(2)制备耐蚀和导电的不同功能层。
专利文献CN116855900A(一种改性碳基复合涂层及制备方法、双极板)中提出了一种改性碳基复合涂层及制备方法、双极板,通过在非晶碳涂层中掺杂Cr、Ti、Zr、Mo和Ta中的一种或多种的氮化物颗粒,可大幅降低涂层的内部压应力,减少涂层的孔隙缺陷,提高涂层整体的致密性、导电性和耐腐蚀性。专利文献CN113991134A(一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层及制备方法)中提出了采用物理气相沉积的方法在金属双极板表面依次制备金属过渡层、Me/C梯度层、非晶碳耐蚀层、非晶碳导电层的方法,提高了金属极板的耐蚀性及导电性。专利文献CN115312798A(金属极板表面防护涂层及其制备方法、应用、金属极板)中提出了制备多层交替设置的导电和耐蚀功能层的方法,能够避免金属极板腐蚀,提高金属极板导电性。
然而上述提升非晶碳涂层钛极板耐蚀性的方法都较为复杂,并且都不可避免地从材料,设备方面带来大量的额外成本。因此,开发一种新型的非晶碳涂层钛极板耐蚀性提升方法,对降低极板成本、延长其使用寿命具有重要意义。
实现思路