CN110265668A - 氢燃料电池金属双极板及其制备方法 - Google Patents

氢燃料电池金属双极板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池金属双极板及其制备方法，包括表面带镀层的金属双极板，所述镀层由金属双极板表面向外依次为Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层，形成Cr‑CrC‑TiCrC三元复合镀层。本发明具有优异的导电性能和耐腐蚀性能，接触电阻低，膜基结合力好。本发明氢燃料电池金属双极板具有优异的导电性能和耐腐蚀性能，接触电阻低，膜基结合力好。本发明制备方法简单，易于实现，适合推广应用。

Description

氢燃料电池金属双极板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池组件及其制备方法，特别是涉及一种具有镀层的金属双极板及其制备方法，应用于燃料电池技术领域。
背景技术
双极板是燃料电池的重要部分。通过双极板，将氢气与氧气隔离开来，同时还要保证电池的气密性，以杜绝氢气与氧气相互串通，引起燃烧甚至爆炸。同时，通过双极板将电池的电流收集起来作用于负载。因此双极板必须有较好的致密性与导电性。除了需要良好的致密性和导电性以外，电池内的电解质是酸性的，因此双极板处于酸性介质之中，长期处于这种环境中，双极板容易被腐蚀，因此，双极板必须拥有在酸性介质中耐腐蚀的特性。现阶段，我国自主开发的氢燃料电池双极板以石墨双极板为主，由于石墨较为疏松，为保证双极板性质，石墨双极板厚度较厚、重量较重，所以在氢燃料电池减轻质量、提高效率上也存在相关技术困难。
金属材料有良好的韧性且具有良好的延展性以利于流道加工，同时导电性致密性良好。正是这种优点，金属基材料双极板是非常合适的双极板材料，同时方便加工，适合商业化生产。不锈钢、铜、钛和镍等是世界上最常用的质子交换膜燃料电池的金属双极板。但在燃料电池的酸性环境中长期存在，金属的双极板难免会被腐蚀，使得长期环境下电池运行不稳定。其次，金属板表面由于腐蚀会存在一系列的钝化层，这些钝化层并不是良好的电的导体，使得表面接触电阻大大增加。若要达到商用条件，防止金属板表面腐蚀，必须对金属板表面进行处理或修改。通过改性或处理，可以提高耐腐蚀性，使得其在电池内部环境中保持良好的耐蚀性。
金属双极板表面的涂层常见的有贵金属涂层，Cr涂层、CrN涂层、C涂层、TiN涂层，TiC涂层等，各涂层均有其优点，但是也都存在一定缺点，或是导电性不足，或是导热性不足，或是耐腐蚀性不足，或是膜基结合力不足，因此，需要开发一种兼顾各方面性能的金属双极板。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种氢燃料电池金属双极板及其制备方法，具有优异的导电性能和耐腐蚀性能，接触电阻低，膜基结合力好，导热性能好。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种氢燃料电池金属双极板，为具有表面镀层的金属双极板，所述镀层是由金属双极板基体表面向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层。
上述金属双极板基体的材料优选采用316L不锈钢或钛合金。
优选上述Cr镀层的厚度为0.5～1.5mm。
优选上述CrC镀层的厚度为0.5～1.5mm。
优选上述TiCrC镀层的厚度为2～3mm。
一种所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，包括如下步骤：
(1)金属双极板预处理：采用金属双极板作为基板，对金属双极板表面进行预处理，清洗金属双极板表面，以获得清洁的金属双极板表面；
(2)把经过所述步骤(1)预处理后的洁净的金属双极板放入磁控溅射器的真空腔内，进行抽真空，然后对金属双极板表面进行离子溅射清洗，得到作为基板的金属双极板；
(3)开启Cr靶，对在所述步骤(2)得到的作为基板的金属双极板进行Cr镀层溅射，从而在金属双极板表面结合Cr镀层；
(4)保持Cr靶继续开启，并开启C靶，在所述步骤(3)得到的Cr镀层之上进行CrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合CrC镀层，将CrC镀层作为过渡层，备用；
(5)保持Cr靶和C靶继续开启，并开启Ti靶，在所述步骤(4)得到的CrC镀层之上进行TiCrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合TiCrC镀层，从而在金属双极板表面上向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层，得到氢燃料电池金属双极板产品；
(6)关闭Ti、Cr、C靶，对在所述步骤(5)中制备的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层进行离子溅射清洗，开放气阀，取出氢燃料电池金属双极板产品。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(1)中，所述预处理步骤为：先用砂纸对金属双极板表面打磨，然后采用抛光机进行抛光，再采用蒸馏水进行冲洗，接着将金属双极板分别浸入乙醇和丙酮溶液中进行超声清洗，然后烘干，得到清洁的金属双极板。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(2)中，抽真空为将真空腔体内压力抽至不高于2×10-5Torr为止。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(2)或步骤(6)中，所述离子溅射清洗采用氩离子溅射清洗20-30min。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(3)中，控制制备Cr镀层溅射的工艺参数为：Cr靶电流大小2-8A，基体偏压-80V，沉积时间15-20min。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(4)中，控制制备CrC镀层的工艺参数为：保持Cr靶电流不变，将C靶电流调节为2-8A，基体偏压-80V，沉积时间15-30min。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(4)中，控制制备TiCrC镀层溅射的工艺参数为：保持Cr靶和C靶的电流不变，将Ti靶电流调节为2-8A，基体偏压-80V，沉积时间30-90min。一种氢燃料电池金属双极板，包括表面带镀层的金属双极板，所述镀层由金属双极板表面向外依次为Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层。
本发明先在金属双极板表面加工Cr镀层，Cr镀层的作用首先是具有优异的导电性，接触电阻低，由于基材是金属，首先加工Cr镀层与基材的膜基结合力更强，纯金属镀层致密均匀，耐腐蚀性能强，作为最后一道防护。
CrC镀层为过渡层，由金属和非金属组成，一方面金属部分能与Cr层牢固结合，膜基结合力强，另一方面非金属部分能与TiCrC牢固结合，提高三元镀层的膜基结合力，TiCrC材料形成的镀膜如果直接镀覆在Cr层之上会则膜基结合力不强，一旦结合力减弱，电池内部的腐蚀液则更容易穿过到达最后的Cr镀层，Cr镀层要承受的抗腐蚀能力大，需要更厚的Cr层来加强耐腐蚀，这样成本就较高，而较薄的Cr镀层长久稳定的耐腐蚀性能无法满足。因此，从成本和长久稳定耐腐蚀和膜基结合力的角度出发，本发明设置了CrC过渡层，CrC镀接触电阻低，虽然其耐腐蚀性稍弱，但综合考虑TiCrC镀层部分替代Cr镀层作为过渡层使用，兼顾导电、耐腐蚀及提高膜基结合力。
TiCrC随着Ti原子加入到CrC中之后，使得镀层中微小缺陷减小，致密性更高，耐腐蚀能力强，同时使得镀层原子的排列结构周期性增加，导电性更高，综合考虑TiCrC渡层部分为最终镀层，兼顾导电、耐腐蚀及提高膜基结合力。利用TiCrC镀层的导电和耐腐蚀性能在最外侧，导电性能好、膜基结合力强Cr镀层在最内侧，里外采用导电和耐腐蚀性能好的涂层，配合中间的导电和稍弱的CrC过镀层，形成内外导电和耐腐蚀及提高膜基结合力强的综合镀层，实现了优异性能。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明氢燃料电池金属双极板的Cr-CrC-TiCrC复合镀层结合力相比TiCrC镀层镀层结合力大大提高，并对金属基板有了较大的耐腐蚀提升，综合发挥了各功能镀层的优势，实现优势互补，并获得更好的兼顾多种性能优势的综合效应；
2.本发明氢燃料电池金属双极板具有优异的导电性能和耐腐蚀性能，接触电阻低，膜基结合力好；本发明制备方法简单，易于实现，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例一氢燃料电池金属双极板的Cr-CrC-TiCrC复合镀层表面形貌图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明,本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种氢燃料电池金属双极板，为具有表面镀层的金属双极板，所述镀层是由金属双极板基体表面向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层。金属双极板基体的材料优选采用316L不锈钢。Cr镀层的厚度为0.5～1.5mm，CrC镀层的厚度为0.5～1.5mm，TiCrC镀层的厚度为2～3mm。图1为5000×的本实施例氢燃料电池金属双极板的Cr-CrC-TiCrC复合镀层表面形貌图，从图1可知，本实施例制备的氢燃料电池金属双极板的Cr-CrC-TiCrC复合镀层表面均匀平整。
在本实施例中，一种所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，所述金属双极板的材料为316L不锈钢，金属双极板规格20mm×20mm×8mm，所述镀层由金属双极板表面向外依次为Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层，包括如下步骤：
(1)金属双极板预处理：采用金属双极板作为基板，对金属双极板表面进行预处理，先用砂纸对金属双极板表面打磨，然后采用抛光机进行抛光，再采用蒸馏水进行冲洗，接着将金属双极板分别浸入乙醇和丙酮溶液中进行超声清洗30min，然后烘干，得到清洁的金属双极板；
(2)把经过所述步骤(1)预处理后的洁净的金属双极板放入磁控溅射器的真空腔内，进行抽真空，并抽真空为将真空腔体内压力抽至2×10-5Torr为止，然后采用氩离子，对金属双极板表面进行离子溅射清洗20min，得到作为基板的金属双极板；
(3)开启Cr靶，对在所述步骤(2)得到的作为基板的金属双极板进行Cr镀层溅射，从而在金属双极板表面结合Cr镀层；控制制备Cr镀层溅射的工艺参数为：Cr靶电流大小5A，基体偏压-80V，沉积时间20min；
(4)保持Cr靶继续开启，并开启C靶，在所述步骤(3)得到的Cr镀层之上进行CrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合CrC镀层，将CrC镀层作为过渡层，备用；控制制备CrC镀层的工艺参数为：保持Cr靶电流5A，将C靶电流调节为5A，基体偏压-80V，沉积时间20min；
(5)保持Cr靶和C靶继续开启，并开启Ti靶，在所述步骤(4)得到的CrC镀层之上进行TiCrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合TiCrC镀层，从而在金属双极板表面上向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层，得到氢燃料电池金属双极板产品；控制制备TiCrC镀层溅射的工艺参数为：保持Cr靶电流5A，C靶电流5A，将Ti靶电流调节为5A，基体偏压-80V，沉积时间30min；
(6)关闭Ti、Cr、C靶，对在所述步骤(5)中制备的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层进行离子溅射清洗，开放气阀，取出氢燃料电池金属双极板产品。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种氢燃料电池金属双极板，为具有表面镀层的金属双极板，所述镀层是由金属双极板基体表面向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层。金属双极板基体的材料优选采用钛合金。Cr镀层的厚度为0.5～1.5mm，CrC镀层的厚度为1～2mm，TiCrC镀层的厚度为2～3mm。
在本实施例中，一种所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，所述金属双极板的材料为钛合金，金属双极板规格20mm×20mm×8mm，所述镀层由金属双极板表面向外依次为Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层，包括如下步骤：
(1)金属双极板预处理：采用金属双极板作为基板，对金属双极板表面进行预处理，先用砂纸对金属双极板表面打磨，然后采用抛光机进行抛光，再采用蒸馏水进行冲洗，接着将金属双极板分别浸入乙醇和丙酮溶液中进行超声清洗30min，然后烘干，得到清洁的金属双极板；
(2)把经过所述步骤(1)预处理后的洁净的金属双极板放入磁控溅射器的真空腔内，进行抽真空，并抽真空为将真空腔体内压力抽至2×10-5Torr为止，然后采用氩离子，对金属双极板表面进行离子溅射清洗20min，得到作为基板的金属双极板；
(3)开启Cr靶，对在所述步骤(2)得到的作为基板的金属双极板进行Cr镀层溅射，从而在金属双极板表面结合Cr镀层；控制制备Cr镀层溅射的工艺参数为：Cr靶电流大小4A，基体偏压-80V，沉积时间20min；
(4)保持Cr靶继续开启，并开启C靶，在所述步骤(3)得到的Cr镀层之上进行CrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合CrC镀层，将CrC镀层作为过渡层，备用；控制制备CrC镀层的工艺参数为：保持Cr靶电流4A，将C靶电流调节为4A，基体偏压-80V，沉积时间20min；
(5)保持Cr靶和C靶继续开启，并开启Ti靶，在所述步骤(4)得到的CrC镀层之上进行TiCrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合TiCrC镀层，从而在金属双极板表面上向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层，得到氢燃料电池金属双极板产品；控制制备TiCrC镀层溅射的工艺参数为：保持Cr靶电流4A，C靶电流4A，将Ti靶电流调节为4A，基体偏压-80V，沉积时间30min；
(6)关闭Ti、Cr、C靶，对在所述步骤(5)中制备的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层进行离子溅射清洗，开放气阀，取出氢燃料电池金属双极板产品。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种氢燃料电池金属双极板，为具有表面镀层的金属双极板，所述镀层是由金属双极板基体表面向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层。金属双极板基体的材料优选采用钛合金。Cr镀层的厚度为0.5～1.5mm，CrC镀层的厚度为0.5～1.5mm，TiCrC镀层的厚度为1～2mm。
在本实施例中，一种所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，所述金属双极板的材料为钛合金，金属双极板规格20mm×20mm×8mm，所述镀层由金属双极板表面向外依次为Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层，包括如下步骤：
(1)金属双极板预处理：采用金属双极板作为基板，对金属双极板表面进行预处理，先用砂纸对金属双极板表面打磨，然后采用抛光机进行抛光，再采用蒸馏水进行冲洗，接着将金属双极板分别浸入乙醇和丙酮溶液中进行超声清洗30min，然后烘干，得到清洁的金属双极板；
(2)把经过所述步骤(1)预处理后的洁净的金属双极板放入磁控溅射器的真空腔内，进行抽真空，并抽真空为将真空腔体内压力抽至2×10-5Torr为止，然后采用氩离子，对金属双极板表面进行离子溅射清洗30min，得到作为基板的金属双极板；
(3)开启Cr靶，对在所述步骤(2)得到的作为基板的金属双极板进行Cr镀层溅射，从而在金属双极板表面结合Cr镀层；控制制备Cr镀层溅射的工艺参数为：Cr靶电流大小8A，基体偏压-80V，沉积时间15min；
(4)保持Cr靶继续开启，并开启C靶，在所述步骤(3)得到的Cr镀层之上进行CrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合CrC镀层，将CrC镀层作为过渡层，备用；控制制备CrC镀层的工艺参数为：保持Cr靶电流8A，将C靶电流调节为8A，基体偏压-80V，沉积时间15min；
(5)保持Cr靶和C靶继续开启，并开启Ti靶，在所述步骤(4)得到的CrC镀层之上进行TiCrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合TiCrC镀层，从而在金属双极板表面上向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层，得到氢燃料电池金属双极板产品；控制制备TiCrC镀层溅射的工艺参数为：保持Cr靶电流8A，C靶电流8A，将Ti靶电流调节为8A，基体偏压-80V，沉积时间30min；
(6)关闭Ti、Cr、C靶，对在所述步骤(5)中制备的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层进行离子溅射清洗，开放气阀，取出氢燃料电池金属双极板产品。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种氢燃料电池金属双极板，为具有表面镀层的金属双极板，所述镀层是由金属双极板基体表面向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层。金属双极板基体的材料优选采用钛合金。Cr镀层的厚度为1～2m,，CrC镀层的厚度为1～2mm，TiCrC镀层的厚度为2～3mm。
在本实施例中，一种所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，所述金属双极板的材料为钛合金，金属双极板规格20mm×20mm×8mm，所述镀层由金属双极板表面向外依次为Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层，包括如下步骤：
(1)金属双极板预处理：采用金属双极板作为基板，对金属双极板表面进行预处理，先用砂纸对金属双极板表面打磨，然后采用抛光机进行抛光，再采用蒸馏水进行冲洗，接着将金属双极板分别浸入乙醇和丙酮溶液中进行超声清洗30min，然后烘干，得到清洁的金属双极板；
(2)把经过所述步骤(1)预处理后的洁净的金属双极板放入磁控溅射器的真空腔内，进行抽真空，并抽真空为将真空腔体内压力抽至2×10-5Torr为止，然后采用氩离子，对金属双极板表面进行离子溅射清洗30min，得到作为基板的金属双极板；
(3)开启Cr靶，对在所述步骤(2)得到的作为基板的金属双极板进行Cr镀层溅射，从而在金属双极板表面结合Cr镀层；控制制备Cr镀层溅射的工艺参数为：Cr靶电流大小2A，基体偏压-80V，沉积时间20min；
(4)保持Cr靶继续开启，并开启C靶，在所述步骤(3)得到的Cr镀层之上进行CrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合CrC镀层，将CrC镀层作为过渡层，备用；控制制备CrC镀层的工艺参数为：保持Cr靶电流2A，将C靶电流调节为2A，基体偏压-80V，沉积时间30min；
(5)保持Cr靶和C靶继续开启，并开启Ti靶，在所述步骤(4)得到的CrC镀层之上进行TiCrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合TiCrC镀层，从而在金属双极板表面上向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层，得到氢燃料电池金属双极板产品；控制制备TiCrC镀层溅射的工艺参数为：保持Cr靶电流2A，C靶电流2A，将Ti靶电流调节为2A，基体偏压-80V，沉积时间90min；
(6)关闭Ti、Cr、C靶，对在所述步骤(5)中制备的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层进行离子溅射清洗，开放气阀，取出氢燃料电池金属双极板产品。
实验测试分析：
产品性能测试，以单独的316L不锈钢、钛合金、Cr镀层、CrC镀层、TiCrC镀层为对照，对实施例一和实施例二制备的复合涂层进行性能测试分析。
1.耐蚀性能研究
1.1模拟电池阴极环境
经过模拟阴极环境测出的tafel曲线，我们得出以下腐蚀电流密度：
不锈钢腐蚀电流密度为4.4×10-5A/cm-2；
钛合金腐蚀电流密度为8.3×10-6A/cm-2；
Cr镀层腐蚀电流密度为1.2×10-6A/cm-2；
CrC镀层腐蚀电流密度为8.50×10-7A/cm-2；
TiCrC镀层腐蚀电流密度为7.3×10-7A/cm-2；
Cr-CrC-TiCrC镀层腐蚀电流密度为3.2×10-7A/cm-2。
涂层皆对基板有了较大的耐腐蚀提升，Cr-CrC-TiCrC镀层提升最优。
通过恒电位曲线来观测镀层在长期的腐蚀条件下双极板的耐腐蚀特性。通过提供0.6v的恒定电压，可得出，在两个小时的测试过程中，几种镀层电流密度先急剧下降，后逐渐趋于稳定。其中不锈钢稳定后的电流密度为6.5×10-5A/cm-2，钛合金稳定后的电流密度为3.2×10-5A/cm-2，而其它Cr镀层、CrC镀层、TiCrC镀层几种镀层的稳定后的电流密度为5×10-6A/cm-2，差别不大，Cr-CrC-TiCrC镀层稳定后的电流密度为8.6×10-7A/cm-2，Cr-CrC-TiCrC镀层对耐蚀性有了稳定的明显提高。
1.2模拟电池阳极环境
经过模拟阳极环境测出的tafel曲线，我们得出以下腐蚀电流密度：
不锈钢腐蚀电流密度为2.01×10-5A/cm-2；
钛合金腐蚀电流密度为6.8×10-5A/cm-2；
Cr镀层腐蚀电流密度为5.9×10-6A/cm-2；
CrC镀层腐蚀电流密度为6.8×10-7A/cm-2；
Cr-CrC-TiCrC镀层腐蚀电流密度为5.01×10-7A/cm-2；
涂层皆对基板有了较大的耐腐蚀提升，Cr-CrC-TiCrC镀层提升最优。
通过恒电位曲线来观测镀层在长期的腐蚀条件下双极板的耐腐蚀特性。通过提供-0.1v的恒定电压，可以得出，在两个小时的测试过程中，几种镀层电流密度先急剧下降，后逐渐趋于稳定。其中不锈钢稳定后的电流密度为1.07×10-7A/cm-2，钛合金稳定后的电流密度为2.56×10-7A/cm-2，而Cr镀层、CrC镀层、TiCrC镀层几种镀层的稳定后的电流密度约为-6×10-6A/cm-2，差别不大，Cr-CrC-TiCrC镀层稳定后的电流密度为-6,42×10-7A/cm-2，Cr-CrC-TiCrC镀层对耐蚀性有了稳定的明显提高。
2.接触电阻分析
目前，氢燃料电池电堆的组装力通常在1.4MPa左右，未镀层的316L不锈钢接触电阻为235mΩ·cm2，未镀层的钛合金接触电阻为60mΩ·cm2，Cr-CrC-TiCrC镀层接触电阻12.3mΩ·cm2。
3.膜基结合力分析
根据划痕实验，Cr镀层膜基结合力为62N，CrC镀层膜基结合力为42N，TiCrC镀层为39N，Cr-CrC-TiCrC镀层为59N，Cr-CrC-TiCrC镀层结合力相比TiCrC镀层镀层结合力大大提高。
由实施例三和实施例四氢燃料电池金属双极板可知，氢燃料电池金属双极板，包括表面带镀层的金属双极板，所述镀层由金属双极板表面向外依次为Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层。氢燃料电池金属双极板具有优异的导电性能和耐腐蚀性能，接触电阻低，膜基结合力好，导热性能好。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明氢燃料电池金属双极板及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池金属双极板，为具有表面镀层的金属双极板，其特征在于：所述镀层是由金属双极板基体表面向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层。
2.根据权利要求1所述氢燃料电池金属双极板，其特征在于：所述金属双极板基体的材料为316L不锈钢或钛合金。
3.根据权利要求1所述氢燃料电池金属双极板，其特征在于：所述Cr镀层的厚度为0.5～1.5mm，所述CrC镀层的厚度为0.5～1.5mm，所述TiCrC镀层的厚度为2～3mm。
4.一种所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)金属双极板预处理：采用金属双极板作为基板，对金属双极板表面进行预处理，清洗金属双极板表面，以获得清洁的金属双极板表面；
(2)把经过所述步骤(1)预处理后的洁净的金属双极板放入磁控溅射器的真空腔内，进行抽真空，然后对金属双极板表面进行离子溅射清洗，得到作为基板的金属双极板；
(3)开启Cr靶，对在所述步骤(2)得到的作为基板的金属双极板进行Cr镀层溅射，从而在金属双极板表面结合Cr镀层；
(4)保持Cr靶继续开启，并开启C靶，在所述步骤(3)得到的Cr镀层之上进行CrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合CrC镀层，将CrC镀层作为过渡层，备用；
(5)保持Cr靶和C靶继续开启，并开启Ti靶，在所述步骤(4)得到的CrC镀层之上进行TiCrC镀层溅射，在CrC镀层表面再结合TiCrC镀层，从而在金属双极板表面上向外依次形成的Cr镀层、CrC镀层及TiCrC镀层组成的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层，得到氢燃料电池金属双极板产品；
(6)关闭Ti、Cr、C靶，对在所述步骤(5)中制备的Cr-CrC-TiCrC三元复合镀层进行离子溅射清洗，开放气阀，取出氢燃料电池金属双极板产品。
5.根据权利要求4所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述预处理步骤为：先用砂纸对金属双极板表面打磨，然后采用抛光机进行抛光，再采用蒸馏水进行冲洗，接着将金属双极板分别浸入乙醇和丙酮溶液中进行超声清洗，然后烘干，得到清洁的金属双极板。
6.根据权利要求4所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，抽真空为将真空腔体内压力抽至不高于2×10-5Torr为止。
7.根据权利要求4所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)或步骤(6)中，所述离子溅射清洗采用氩离子溅射清洗20-30min。
8.根据权利要求4所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，控制制备Cr镀层溅射的工艺参数为：Cr靶电流大小2-8A，基体偏压-80V，沉积时间15-20min。
9.根据权利要求4所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，控制制备CrC镀层的工艺参数为：保持Cr靶电流不变，将C靶电流调节为2-8A，基体偏压-80V，沉积时间15-30min。
10.根据权利要求4所述氢燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，控制制备TiCrC镀层溅射的工艺参数为：保持Cr靶和C靶的电流不变，将Ti靶电流调节为2-8A，基体偏压-80V，沉积时间30-90min。
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