316L不锈钢双极板磁控溅射不同厚度石墨涂层的耐蚀性和导电性

为了提高316L不锈钢双极板的耐蚀性和导电性,使用磁控溅射的方法,通过控制石墨靶材的溅射时间,在316L不锈钢表面沉积了不同厚度的石墨涂层,比较不同厚度石墨涂层的性能,以确定最佳厚度的石墨涂层。使用扫描电子显微镜（SEM）观察了双极板腐蚀后的微观表面形貌;模拟了质子交换膜燃料电池（PEMFC）双极板的工作环境,使用电化学测试方法测试了5种涂层的耐蚀性;通过X射线光电子能谱（XPS）分析了4种石墨涂层的C键结合特性;比较了几种涂层的界面接触电阻（ICR）;测量了涂层的表面接触角来评估涂层的亲疏水性。结果表明：所有的涂层均能提高316L不锈钢的耐腐蚀性和导电性;其中以C-3石墨涂层最佳,恒电位极化下的腐蚀电流密度稳定在2.26×10^-7 A/cm²;界面接触电阻（ICR）在5.6 mΩ·cm²;C-3和C-4有着较高的sp²杂化原子比例,得到了最佳厚度的石墨涂层,大概在400 nm。     

TA1双极板磁控溅射不同过渡层的碳涂层改性研究

目的 改善TA1双极板的耐腐蚀性和导电性能,提高转换效率和使用寿命。方法 采用多梯度复合涂层思路,利用闭合场非平衡磁控溅射技术,在TA1基体表面制备了Ti/CrN/a-C、Ti/TiN/a-C和Ti/TiCrN/a-C等3种不同过渡层的碳涂层。分别通过扫描电镜、拉曼光谱、光电子能谱、电化学极化测试和表面接触电阻测试分析了碳涂层的表面形貌、成键杂化形式、杂化含量比例、耐蚀性能和导电性能。结果 3种不同过渡层的碳涂层与基体结合良好,都呈无定形碳分布,但形貌结构相差较大。其中Ti/TiN/a-C涂层的AD/AG值最大,达到4.26,且碳原子中C-sp²杂化含量比例最高,达到79.32%。而Ti/TiCrN/a-C涂层的FWHM(G)最大,达到137.29,且碳原子中C-sp³杂化含量比例最高,达到26.03%。3种不同过渡层的碳涂层与TA1基体相比,耐腐蚀性明显提高,其中Ti/TiCrN/a-C涂层的耐腐性能最优异,动电位和恒电位腐蚀电流密度分别为7.81×10^–7、8.14×10^–7 A/cm²,小于TA1基体的2.76×10^–6、3.21×10^–6 A/cm²。此外,在1.4 MPa的压紧力下,不同过渡层(Ti/CrN/a-C、Ti/TiN/a-C、Ti/TiCrN/a-C)的碳涂层的表面接触电阻分别为12.3、5.4、6.5 mΩ?cm²,小于TA1基体的93.5 mΩ?cm²,大约降低了1个数量级。结论 通过不同元素掺杂和控制工艺参数靶流,获得了成分梯度变化的不同氮化物过渡层,影响最外面工作层纯碳的沉积效果,改变其微观形貌与结构,从而影响导电性和耐腐蚀性能。