【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料，具体而言，涉及一种导电耐蚀的复合涂层及其制备方法与应用。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)以其工作温度低、启动速度快、零排放等优点被认为是最有前途的新能源汽车发电装置之一。双极板作为质子交换膜燃料电池中的重要部分，占整个电池成本和重量的绝大部分，具有分配反应物气体、传导电子、支撑膜电极组件和排出反应产物水等多种功能。
2、近年来金属双极板因其具有良好的机械强度、易成形性、高导热性和导电性，且可制成厚度小于1mm的双极板材料，能够大幅度减小燃料电池组体积和重量，提高电堆比功率等特点，已成为了现阶段双极板的理想材料。然而车载燃料电池运行的启停过程中会形成高电位，导致金属双极板发生严重腐蚀，致使金属双极板界面接触电阻上升；同时从金属双极板中浸出的金属离子会污染质子交换膜和催化剂，从而降低了质子交换膜燃料电池的输出性能和耐久性。
3、鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种导电耐蚀的复合涂层及其制备方法与应用以解决或改善上述技术问题，该复合涂层不仅具有低界面接触电阻而且还能够抵抗高电位腐蚀。
2、本申请可这样实现：
3、第一方面，本申请提供一种导电耐蚀的复合涂层，其包括在基体表面由内至外依次设置的打底层、过渡层以及功能表层；
4、其中，打底层为由金属ti形成的第一含ti涂层；过渡层为由ti和c共同形成的ti-c涂层；功能表层包括至少一层由金属ti形成的第二含ti涂
5、在可选的实施方式中，打底层的厚度为20-600nm；和/或，过渡层的厚度为20-600nm；和/或，功能表层的厚度为20-1200nm。
6、在可选的实施方式中，功能表层中，第二含ti涂层的总厚度为10-600nm，ta-c涂层的总厚度为10-600nm。
7、在可选的实施方式中，功能表层中，第二含ti涂层的总厚度与ta-c涂层的总厚度之比为3:1至1:3。
8、在可选的实施方式中，复合涂层具有以下特征中的至少一种：
9、特征一：复合涂层的接触电阻为2.65-3.95mω/cm2；
10、特征二：复合涂层的腐蚀后接触电阻为7.53-9.2mω/cm2；
11、特征三：复合涂层的低电位腐蚀电流密度为0.50-0.71μa/cm2；
12、特征四：复合涂层的高电位腐蚀电流密度为23-55μa/cm2；
13、特征五：复合涂层的接触角为94-108°。
14、第二方面，本申请提供一种如前述实施方式任一项的复合涂层的制备方法，包括以下步骤：按预设位置，采用磁控溅射方式制备第一含ti涂层、ti-c涂层以及第二含ti涂层，采用真空阴极电弧离子镀方式制备ta-c涂层。
15、在可选的实施方式中，复合涂层的制备过程在惰性气氛中进行。
16、在可选的实施方式中，惰性气体的流量为80-200sccm。
17、在可选的实施方式中，复合涂层的制备过程中，真空镀膜腔室的真空度控制为3×10-3pa至5×10-3pa以下。
18、在可选的实施方式中，制备第一含ti涂层之前，还包括对基体进行以下前处理：对基体的表面进行打磨和清洗，干燥后放入真空镀膜腔室的工件转架上，使基体与各靶材的距离保持为2-50cm；将真空镀膜腔室抽取真空至真空度达到至少为10-3pa，向真空镀膜腔室内通入惰性气体，调整工件支架负偏压为200-1000v，对基体和靶材进行清洗和刻蚀。
19、在可选的实施方式中，第一含ti涂层的制备条件包括：靶材为ti金属靶，2000-6000w，偏压为200-400v，沉积温度为80-300℃，沉积时间为1-15min。
20、在可选的实施方式中，ti-c涂层的制备条件包括：靶材为c靶和ti金属靶，ti金属靶的溅射功率由5000w降低至500w，c靶材的溅射功率由500w至5000w，沉积温度为80-300℃，沉积时间为1-15min。
21、在可选的实施方式中，第二含ti涂层的制备条件包括：靶材为ti靶；溅射靶材功率为100-5000w，偏压为0-400v，沉积温度为80-300℃，沉积时间为1-15min。
22、在可选的实施方式中，ta-c涂层的制备条件包括：靶材为石墨靶，c靶弧电流为30-100a，工作压强为0.1-0.5pa，沉积温度为80-300℃，沉积时间为1-20min。
23、第三方面，本申请提供一种燃料电池金属双极板，其基体表面具有前述实施方式任一项的复合涂层。
24、本申请的有益效果包括：
25、本申请提供的多层复合涂层中，功能表层中的第二含ti涂层可在酸性高电位环境中形成稳定的钝化层，ta-c涂层具有较高的sp3含量、高致密度以及石墨微粒，有利于提高涂层的耐腐蚀性能，同时保证涂层的导电性能。第一含ti涂层以及ti-c涂层作为缓冲残余内应力的缓冲层，能够使功能表层有效地结合在基体表面，有利于克服涂层与基体之间性能不匹配的问题，最大限度地削弱涂层中的应力，减少裂纹的产生，提高涂层与基体的结合强度。将该涂层材料用于燃料电池金属双极板表面，可有效阻隔金属双极板与腐蚀液的接触，提高燃料电池中金属双极板的使用寿命。
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1.一种导电耐蚀的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括在基体表面由内至外依次设置的打底层、过渡层以及功能表层；
2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述打底层的厚度为20-600nm；和/或，所述过渡层的厚度为20-600nm；和/或，所述功能表层的厚度为20-1200nm；
3.根据权利要求1或2所述的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层具有以下特征中的至少一种：
4.一种如权利要求1-3任一项所述的复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按预设位置，采用磁控溅射方式制备所述第一含Ti涂层、所述Ti-C涂层以及所述第二含Ti涂层，采用真空阴极电弧离子镀方式制备所述ta-C涂层；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备所述第一含Ti涂层之前，还包括对所述基体进行以下前处理：对所述基体的表面进行打磨和清洗，干燥后放入真空镀膜腔室的工件转架上，使基体与各靶材的距离保持为2-50cm；将真空镀膜腔室抽取真空至真空度达到至少为10-3Pa，向真空镀膜腔室内通入惰性气体，调整工件支架负偏压为200-1000V，对基
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一含Ti涂层的制备条件包括：靶材为Ti金属靶，溅射靶材功率为2000-6000W，偏压为200-400V，沉积温度为80-300℃，沉积时间为1-15min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述Ti-C涂层的制备条件包括：靶材为C靶和Ti金属靶，Ti金属靶的溅射功率由5000W降低至500W，C靶材的溅射功率由500W至5000W，沉积温度为80-300℃，沉积时间为1-15min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二含Ti涂层的制备条件包括：靶材为Ti靶；溅射靶材功率为100-5000W，偏压为0-400V，沉积温度为80-300℃，沉积时间为1-15min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述ta-C涂层的制备条件包括：靶材为石墨靶，C靶弧电流为30-100A，工作压强为0.1-0.5Pa，沉积温度为80-300℃，沉积时间为1-20min。
10.一种燃料电池金属双极板，其特征在于，所述燃料电池金属双极板的基体表面具有权利要求1-3任一项所述的复合涂层。
...【技术特征摘要】
1.一种导电耐蚀的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括在基体表面由内至外依次设置的打底层、过渡层以及功能表层；
2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述打底层的厚度为20-600nm；和/或，所述过渡层的厚度为20-600nm；和/或，所述功能表层的厚度为20-1200nm；
3.根据权利要求1或2所述的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层具有以下特征中的至少一种：
4.一种如权利要求1-3任一项所述的复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按预设位置，采用磁控溅射方式制备所述第一含ti涂层、所述ti-c涂层以及所述第二含ti涂层，采用真空阴极电弧离子镀方式制备所述ta-c涂层；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备所述第一含ti涂层之前，还包括对所述基体进行以下前处理：对所述基体的表面进行打磨和清洗，干燥后放入真空镀膜腔室的工件转架上，使基体与各靶材的距离保持为2-50cm；将真空镀膜腔室抽取真空至真空度达到至少为10-3pa，向真空镀膜腔室内通入惰性气体，调整工件支架负偏压为200-1000v，对基体和靶材进行清洗和刻蚀。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：张程，张飞宇，林松盛，石倩，陈玲，苏一凡，代明江，
申请(专利权)人：广东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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