本发明专利技术涉及一种金属双极板涂层及其制备方法，涂层包括于金属双极板基体表面上逐层沉积的金属层、金属/碳过渡层、第一溅射碳层、第二溅射碳层以及第三溅射碳层，第一溅射碳层的sp3键比例＜50%，第二溅射碳层的sp3键比例≥60%，第三溅射碳层的sp3键比例＜60%，第三溅射碳层含有0.1%～1%的Si或者Fe元素。还提供了一种金属双极板涂层的制备方法，维持高偏压制备第二溅射碳层和第三溅射碳层，且第三溅射碳层的石墨靶材掺杂了0.1%～1%的Si或者Fe元素。因此，本申请的涂层具有优异的导电性能和耐腐蚀性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池用金属双极板表面防护，具体而言，涉及一种金属双极板涂层及其制备方法。
技术介绍
1、溅射技术，一种高效且经济的涂层沉积方法，以其高沉积速率和低成本优势在众多领域中脱颖而出。特别是在双极板涂层领域，该技术已得到广泛应用，成为当前主流的技术路线之一。溅射碳涂层作为溅射技术的杰出代表，其制备过程涉及精细的参数调控。通过优化这些参数，如溅射功率、气体流量、基底温度等，可以精准地调控涂层的微观结构和性能，进而实现不同的电阻效果和耐腐蚀性能。
2、溅射碳涂层中不可避免的含有一定比例的sp2和sp3键，其中sp2键具有良好的导电效果但是耐腐蚀较差；而sp3键抗腐蚀效果良好但是电阻较差，所以电阻和抗腐蚀两种性能在溅射碳涂层中处于一个矛盾的关系中。为了满足氢燃料电池电堆的安全性和稳定性，当前应用最多的路线还是以优先保证抗腐蚀性，其次兼顾低电阻特性。如采用高能碳离子溅射沉积sp3比例＞50%的碳涂层，或者通过提高碳离子和氩离子离化率来轰击提升致密度。以此制备的涂层在电化学性能上可以满足小于1μa/cm2的电化学腐蚀效果，但是电阻都比较大。
3、例如在1.4mpa压力下其接触电阻也只能达到5～10mω·cm2。而随着对电堆内阻研究的深入，一般认为高的电阻会导致较高的燃料消耗，所以如何在现有基础上进一步降低溅射碳涂层的接触电阻是推进氢燃料电池产业化的一个重要的研究课题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本申请提供了一种金属双极板涂层及其制备方法。
>2、为实现上述目的，本申请是通过如下技术方案来实现的：3、本申请提供了一种金属双极板涂层，包括于金属双极板基体表面上逐层沉积的金属层、金属/碳过渡层、第一溅射碳层、第二溅射碳层以及第三溅射碳层，所述第一溅射碳层的sp3键比例＜50%，所述第二溅射碳层的sp3键比例≥60%，所述第三溅射碳层的sp3键比例＜60%，所述第三溅射碳层含有0.1%～1%的si或者fe元素。
4、作为本申请进一步的改进，所述金属层的厚度为100nm～500nm，所述金属/碳过渡层的厚度为50nm～500nm，所述第一溅射碳层的厚度为20nm～200nm，所述第二溅射碳层的厚度为100nm～500nm，所述第三溅射碳层的厚度为20nm～200nm。
5、作为本申请进一步的改进，所述金属层的材质为cr、ti、nb中任意一种。
6、作为本申请进一步的改进，所述金属双极板的材质为不锈钢或金属ti。
7、为实现上述目的，本申请还提供了一种金属双极板涂层的制备方法，包括如下步骤：
8、s1、将待沉积涂层的金属双极板安装到闭合场非平衡磁控溅射涂层机内，所述涂层机内预设置金属靶材、第一石墨靶材和第二石墨靶材，所述第一石墨靶材的纯度≥99.98%，所述第二石墨靶材含有质量百分含量为0.1%～1%的si或fe元素；
9、s2、利用等离子体清洁金属双极板表面；
10、s3、开启金属靶材，将施加到所述金属双极板上的偏压调整为第一预设偏压参数，将施加在所述金属靶材上的第一功率调整为预设功率参数，向所述金属双极板表面沉积金属层，直至所述金属层的厚度为100nm～500nm；
11、s4、再开启第一石墨靶材，将施加到所述第一石墨靶材上的第二功率调整为由1kw逐步增加到所述预设功率参数，将施加到所述金属靶材上的第一功率调整为由所述预设功率参数逐步下降到1kw，沉积金属/碳过渡层，直至所述金属/碳过渡层的厚度为50nm～500nm；
12、s5、关闭金属靶材，将施加到所述金属双极板上的偏压调整为由10v逐步增加到100v，沉积第一溅射碳层，直至所述第一溅射碳层的厚度为20nm～200nm；
13、s6、再将施加到所述金属双极板上的偏压调整为第二预设偏压参数，沉积第二溅射碳层，直至所述第二溅射碳层的厚度为100nm～500nm；
14、s7、关闭第一石墨靶材，开启第二石墨靶材，将施加到所述第二石墨靶材上的第三功率调整为预设功率参数，沉积第三溅射碳层，直至所述第三溅射碳层的厚度为20nm～200nm。
15、作为本申请进一步的改进，所述第一预设偏压参数范围为30v～60v。
16、作为本申请进一步的改进，所述第二预设偏压参数范围为200v～500v。
17、作为本申请进一步的改进，所述预设功率参数为4kw～8kw。
18、作为本申请进一步的改进，所述金属靶材的材质为cr、ti、nb中任意一种。
19、本申请的有益效果在于，本申请提供了一种金属双极板涂层，包括依次设置于金属双极板表面的金属层、金属/碳过渡层、第一溅射碳层、第二溅射碳层以及第三溅射碳层，第三溅射碳层含有质量百分含量为0.1%～1%的si或者fe元素，第二溅射碳层的sp3键比例≥60%，第三溅射碳层的sp3键比例＜60%。
20、本申请还提供了一种金属双极板涂层的制备方法，第二溅射碳层和第三溅射碳层均是在保持较高偏压的条件下进行的，且第三溅射碳层是通过含有少量比例的si或fe元素的石墨靶材作为靶材制备的，掺杂的元素有利于促进溅射碳中的sp3向sp2键转化，提高导电性能，同时，较高偏压仍能维持第三溅射碳层的结构稳定性，有利于确保第三溅射碳层的耐腐蚀性能。
21、本申请的金属双极板涂层，有更好的接触电阻性能，金属双极板表面的接触电阻可以达到＜5mω·cm2的低电阻效果，并具有优异耐腐蚀性、低应力以及良好的结合强度，动电位tafel拟合后腐蚀电流密度不大于1μa/cm2。
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【技术保护点】
1.一种金属双极板涂层，其特征在于，包括于金属双极板基体表面上逐层沉积的金属层、金属/碳过渡层、第一溅射碳层、第二溅射碳层以及第三溅射碳层，所述第一溅射碳层的sp3键比例＜50%，所述第二溅射碳层的sp3键比例≥60%，所述第三溅射碳层的sp3键比例＜60%，所述第三溅射碳层含有0.1%～1%的Si或者Fe元素。
2.根据权利要求1所述的金属双极板涂层，其特征在于，所述金属层的厚度为100nm～500nm，所述金属/碳过渡层的厚度为50nm～500nm，所述第一溅射碳层的厚度为20nm～200nm，所述第二溅射碳层的厚度为100nm～500nm，所述第三溅射碳层的厚度为20nm～200nm。
3.根据权利要求1所述的金属双极板涂层，其特征在于，所述金属层的材质为Cr、Ti、Nb中任意一种。
4.根据权利要求1所述的金属双极板涂层，其特征在于，所述金属双极板的材质为不锈钢或金属Ti。
5.一种金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，所述第一预设偏压参数范围为30V～60V。
7.根据权利要求5所述的金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，所述第二预设偏压参数范围为200V～500V。
8.根据权利要求5所述的金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，所述预设功率参数为4KW～8KW。
9.根据权利要求5所述的金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，所述金属靶材的材质为Cr、Ti、Nb中任意一种。
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【技术特征摘要】
1.一种金属双极板涂层，其特征在于，包括于金属双极板基体表面上逐层沉积的金属层、金属/碳过渡层、第一溅射碳层、第二溅射碳层以及第三溅射碳层，所述第一溅射碳层的sp3键比例＜50%，所述第二溅射碳层的sp3键比例≥60%，所述第三溅射碳层的sp3键比例＜60%，所述第三溅射碳层含有0.1%～1%的si或者fe元素。
2.根据权利要求1所述的金属双极板涂层，其特征在于，所述金属层的厚度为100nm～500nm，所述金属/碳过渡层的厚度为50nm～500nm，所述第一溅射碳层的厚度为20nm～200nm，所述第二溅射碳层的厚度为100nm～500nm，所述第三溅射碳层的厚度为20nm～200nm。
3.根据权利要求1所述的金属双极板涂层，其特征在于，所述金属层的...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛昌海，祖全先，帅小锋，
申请(专利权)人：艾瑞森表面技术苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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