316L不绣钢双极板表面Cr及氮化物涂层的制备与性能

【摘要】：质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于有着诸多优越的性能,被认为是未来应用前景最好和市场发展最重要的一种发电装置。双极板是承载着PEMFC重要功能的核心部件之一,占据了电池组绝大部分的重量及成本。与现有的石墨类双极板材料相比,金属类材料在抗气体渗透能力、机械强度、规模化生产加工及提高电池的比功率等方面的优势明显,但金属双极板的腐蚀问题一直是制约其应用发展的重要因素。本文主要研究了在316L不锈钢板表面磁控溅射铬涂层的沉积工艺,并对涂层腐蚀性能进行了研究；探索Cr涂层表面熔盐电化学氮化机制,先在熔盐体系中对不锈钢双极板表面进行电化学氮化研究,为在316L不锈钢表面制备出性能优异的Cr/CrxN涂层奠定研究基础。采用直流磁控溅射技术在316L不锈钢双极板表面沉积Cr涂层,利用扫描电镜对316L不锈钢表面镀Cr涂层进行微观形貌观察和分析,结果表明：当溅射电流由0.2A增加到0.25A时,涂层的表面晶粒尺寸增加；随着沉积时间的延长,316L/Cr涂层更均匀致密。溅射不同时间的316L/Cr涂层在0.5mol/L H2SO4溶液中浸泡进行电化学测试得知：随着溅射沉积时间增加,腐蚀电位变大,腐蚀电流密度会减小；溅射电流为0.25A、时间为3h的316L/Cr涂层在腐蚀溶液中浸泡768h后,其腐蚀电位仍保持较高,涂层仍保持很好稳定性,能有效抑制基体合金的腐蚀。在LiCl-KCl-KNO2熔盐体系中,采用电化学方法对316L不锈钢表面进行氮化工艺研究。首先利用循环伏安法分析确定氮沉积电位,再采用恒电位法在316L不锈钢表面沉积氮涂层。结果表明：在UCl-KCl-KNO2体系中的电化学氧化还原中,N3+还原成N的电位明显低于Li和K离子还原成相应碱金属的电位；熔融LiCl-KCl-lmol%KNO2体系中,在480℃时N3+还原成N原子并渗入不锈钢表面。渗氮层均匀致密,厚度约为10μm。
【关键词】：PEMFC 铬涂层 氮涂层 磁控溅射 电沉积
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM911.4;TQ153