CN114481048B - 高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层及其制法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层及其制法与应用。所述制法包括：采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，以甲烷为工作气体，在金属基体表面沉积形成Cr‑Al‑C层；以及，对沉积有所述Cr‑Al‑C层的金属基体进行真空低温热处理，制得高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层；其中所述涂层具有非晶结构与纳米晶结构，所述非晶结构为质厚条纹结构。本发明制备的涂层不仅提高了与基体之间的界面导电性，而且提高了耐腐蚀性，在苛刻环境中兼具优异的导电与耐腐蚀防护性能。

Description

高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层及其制法与应用

技术领域

本发明属于金属表面工程防护技术领域，涉及一种高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层及其制法与应用，尤其涉及一种高导电耐蚀非晶/纳米晶（Cr-Al-C/Cr₂AlC）复合共存的涂层及其制法与应用。

背景技术

近几年，随着汽车技术革新的迫切需求以及燃料电池技术的迅猛发展，多国政府和公司致力于推动燃料电池汽车的发展。其中，质子交换膜燃料电池（PEMFCs）是继固体燃料电池之后的第五代燃料电池，具有高效节能、高比能量、低温快速启动和高平稳运行的优点，在新能源汽车、固定/便携式电源方面迅速发展，并且已经开始广泛地应用于汽车、飞机、轮船等领域，但是由于其成本高、体积大等因素使得其在交通运输、民用汽车等领域应用受到极大的限制。在PEMFCs中，双极板是分隔反应气体并通过流场将燃料反应气体导入燃料电池、收集并传导电流和支撑膜电极，同时还担负起整个电池系统的散热和排水功能的关键功能部件，占据着燃料电池80%的总质量，以及约18%-28%的制造成本。因此，高质量双极板的制备是降低PEMFCs生产成本，减少电池组重量，实现燃料电池产业化的基本条件。

传统石墨双极板的加工成本高，体积大，制约了其使用效率，具有高电导率、高热导率、高机械强度、低冲压成本和低气体渗透性等优异性能的超薄金属板逐渐取代石墨成为双极板的主要材料。但是在燃料电池的高温及pH约2～3的酸性环境下，金属极板的溶解和腐蚀不可避免，特别是金属离子渗入质子交换膜内导致离子传输效率下降以及腐蚀产物会增加界面接触电阻，直接影响电池的输出功率和使用寿命。因此，对金属双极板进行表面涂层功能防护改性，提高其电导率和耐蚀性能成为一种迫切需求。

近年来，众多科研团队尝试制备了多种不同的耐蚀导电涂层，如贵金属涂层、金属碳化物涂层、导电聚合物复合涂层、非晶碳涂层等，均可以显著提高金属双极板的性能。然而，贵金属涂层由于价格的昂贵限制了其应用，金属碳化物由于有晶界和腐蚀氧化物的存在，导电耐蚀性能需要进一步的提高，导电聚合物和非晶碳涂层制备过程中的步骤繁琐限制了进一步的发展。此外，在PEMFCs长期服役过程中，涂层同时保持高耐蚀能力和低界面接触电阻仍存在较大挑战，极大影响着电池的电功率、稳定性和寿命。因此，研究并发展新型导电耐蚀涂层，进一步提高其在PEMFC环境中的稳定性和界面导电性，减小电池性能的衰减，对于推动PEMFC商业化开发尤为迫切和重要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层及其制法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层的制备方法，其包括：

提供金属基体；

采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，以甲烷为工作气体，在所述金属基体表面沉积形成Cr-Al-C层；

以及，对沉积有所述Cr-Al-C层的金属基体进行真空低温热处理，制得高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层；

其中所述涂层具有非晶结构与纳米晶结构，所述非晶结构为质厚条纹结构，所述非晶结构为Cr-Al-C；所述纳米晶结构为六方相层状结构，所述纳米晶结构为Cr₂AlC MAX相；所述涂层的结晶度为20%~80%。

本发明实施例还提供了前述方法制备的高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层，所述涂层的腐蚀电流密度为2.5~5.0×10^-8A/cm²，所述涂层的界面接触电阻为2~12.5mΩ·cm²，所述涂层的厚度为3μm~20μm。

本发明实施例还提供了前述的高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层于制备燃料电池双极板中的用途。

本发明实施例还提供了一种金属双极板的表面改性方法，其包括：采用前述方法在金属双极板的表面制备高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层，从而实现对金属双极板的改性处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用电弧复合高功率脉冲磁控溅射技术制备Cr-Al-C涂层，既利用电弧离子镀沉积速率高，离子能量大的优点，又利用了高功率脉冲磁控溅射实现了高等离子体密度、高离化率和沉积粒子能量的可控调节的优点，使其制备的涂层不仅与基体之间具有较强结合力，而且致密、无柱状缺陷、表面光滑，可减缓了电化学腐蚀的速度；

（2）本发明利用惰性气氛退火技术制备的涂层具有非晶/晶体结构，Cr-Al-C非晶结构没有晶界、位错的缺陷的存在，使其在酸性、高温等苛刻环境中缺少离子腐蚀通道，具有优异的耐腐蚀防护性能；而形成的纳米晶Cr₂AlC是一大类热力学稳定、具有密排六方结构的层状高性能陶瓷材料，Cr-Al之间的金属键使其在费米能级处具有较高的电子态密度，使Cr₂AlC具有良好的导电性，综合二者优势从而使涂层具有良好的导电耐蚀性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中制得的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的透射电镜图；

图2是本发明实施例1中制得的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的选区电子衍射图；

图3是本发明对比例1中制得的Cr-Al-C层的选区电子衍射图；

图4是本发明对比例2中制得的Cr-Al-C层的选区电子衍射图；

图5是本发明实施例2中制得的Cr-Al-C层的选区电子衍射图；

图6为本发明实施例3制备的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的截面扫描电镜图；

图7是本发明实施例1、实施例2、实施例3和对比例1中制得的涂层的XRD对比图；

图8是本发明实施例1、实施例2、实施例3和对比例2中制得的涂层层的腐蚀性能测试对比图；

图9是本发明实施例1、实施例2、实施例3和对比例1中制得的涂层的腐蚀前后接触电阻变化图。

具体实施方式

鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体的，作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的一种高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层的制备方法包括：

提供金属基体；

采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，以甲烷为工作气体，在所述金属基体表面沉积形成Cr-Al-C层；

以及，对沉积有所述Cr-Al-C层的金属基体进行真空低温热处理，制得高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层；

其中所述涂层具有非晶结构与纳米晶结构，所述非晶结构为质厚条纹结构，所述非晶结构为Cr-Al-C；所述纳米晶结构为六方相层状结构，所述纳米晶结构为Cr₂AlC MAX相；所述涂层的结晶度为20%~80%。

具体的，所述涂层亦可记为Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层。

在一些优选实施方案中，所述制备方法具体包括：采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，将金属基体置于反应腔体中，以Cr靶作为电弧靶，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，以甲烷和惰性气体为工作气体，在所述金属基体表面沉积形成Cr-Al-C层，其中，金属基体偏压为-30~-90V，高功率脉冲占空比为20~50%，Al靶的溅射平均功率为2000~3000W，Cr靶的电流为20~50A，甲烷的通入流量为15~20sccm，惰性气体的通入量为150~200sccm，沉积温度为150~300℃，沉积时间为60~300min。

进一步地，所述惰性气体为Ar气，且不限于此。

进一步地，所述Cr靶的电流为40~50A。

进一步地，所述金属基体与Cr靶的靶间距为15~20cm，所述金属基体与Al靶的靶间距为5~10cm。

进一步地，所述Cr-Al-C层的厚度为3μm~20μm。

在一些优选实施方案中，所述制备方法具体包括：在真空度为3×10^-4Pa以下，向反应腔体充入惰性气体，并以5~10℃/min的升温速率将反应腔体升温至500℃~550℃，对沉积有所述Cr-Al-C层的金属基体进行退火处理0.1~1h，从而在金属基体表面形成所述高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层。

在一些优选实施方案中，所述金属基体的材质包括锆、钽、锆合金、钽合金、铝合金、钛、钛合金、不锈钢中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

在一些优选实施方案中，所述制备方法还包括：先对金属基体进行清洗、刻蚀处理。

本发明实施例的另一个方面还提供了前述方法制备的高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层，所述涂层的腐蚀电流密度为2.5~5.0×10^-8A/cm²，所述涂层的界面接触电阻为2~12.5mΩ·cm²，所述涂层的厚度为3μm~20μm。

本发明中MAX相的形成需要满足动力学和热力学2个过程，本申请主要在于动力学研究，是由非晶态向晶态转变的过程，由于退火时间比较短，低温下Cr、Al金属原子不能充分的扩散与排列形成六方相的MAX相结构，因此会形成非晶和纳米共存结构。

本发明实施例的另一个方面还提供了前述的高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层于制备燃料电池双极板中的用途。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种金属双极板的表面改性方法，其包括：采用前述方法在金属双极板的表面制备高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层，从而实现对金属双极板的改性处理。

本发明制备的涂层（非晶/纳米晶复合共存的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层）是一种基体表面的兼具良好导电性与耐腐蚀性的涂层，可满足很多基体导电与耐腐蚀性的防护需求。例如可以作为质子交换膜燃料电池的不锈钢双极板的表面涂层，因为涂层中形成的晶体Cr₂AlC的热膨胀为13.3 × 10⁻⁶ K⁻¹与SS316L的17 × 10⁻⁶ K⁻¹相差不远，这不仅有利于提高基材和涂层之间良好附着力而且提高不锈钢双极板的耐腐蚀能力以及降低其界面接触电阻。

下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。

实施例1

本实施例中，基体为用于质子交换膜燃料电池的316L不锈钢双极板，基体表面的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的制备方法如下：

(1) 将清洗除油烘干后的316L不锈钢双极板基体放入腔体中，待腔内真空气压在3.0×10^-5Torr以下，向真空腔室通入180sccm的氩气，基体偏压为-60V，设置线性阳极离子源电流为0.8A，利用电离的氩离子对基体进行刻蚀60min。

(2) 采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，电弧靶的电流为40A，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，高功率脉冲占空比为25%，Al靶的溅射平均功率为2500W，316L不锈钢双极板基体与Al靶的靶间距为10cm，与Cr靶的靶间距为18cm，气体CH₄提供C源，CH₄流量为20sccm，氩气流量为200sccm，基体的偏压为-60V，沉积温度为200℃，沉积时间为150min，沉积得到的Cr-Al-C层厚度约为8μm。

(3) 在一个大气压氩气保护条件下对沉积有Cr-Al-C层的316L不锈钢双极板进行热处理，升温速率为8℃/min，退火温度为500℃，保温时间为0.5h，从而在316L不锈钢双极板表面形成Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层，所述涂层的结晶度为40%。

图1为本实施例制得的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的透射电镜图，可以看出退火后得到的涂层中含有晶体和非晶结构，晶体结构表现为黑色，非晶结构表现为条纹结构，纳米晶是形成的Cr₂AlC MAX相，MAX相具有密排六方结构的层状高性能陶瓷结构；图2为本实施例制得的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的选区电子衍射图，可以看出涂层中有晶体结构的Cr₂AlC，也有非晶结构形成的晕环。

对比例1

本例是实施例1的一个对比例；

本对比例中，基体与实施例1完全相同，基体表面的Cr-Al-C层的制备方法与实施例1中的制备方法基本相同，区别在于不进行步骤（3）中退火处理，所述涂层的结晶度为0%。

图3为本对比例制备的Cr-Al-C层的选区电子衍射图，可以看出衍射图中只有形成的晕环，而无衍射斑点，说明形成的Cr-Al-C层中无晶体Cr₂AlC，为非晶结构。

对比例2

本例是实施例1的另一个对比例；

本对比例中，基体与实施例1相同，基体表面的Cr-Al-C系MAX相涂层的制备方法与实施例1中的制备方法基本相同，所不同的是步骤（3）中退火处理时间10h，制备的涂层为Cr₂AlC层，所述涂层的结晶度为100%；图4为本对比例制备的Cr₂AlC层的选区电子衍射图，可以看出衍射图中没有晕环的存在，说明形成的涂层中完全晶化，且为Cr₂AlC。

实施例2

本实施例中，基体为用于质子交换膜燃料电池的304不锈钢双极板，基体表面的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的制备方法如下：

(1) 将清洗除油烘干后的304不锈钢双极板基体放入腔体中，待腔内真空气压在3.0×10^-5Torr以下，向真空腔室通入150sccm的氩气，基体偏压为-90V，设置线性阳极离子源电流为0.8A，利用电离的氩离子对基体进行刻蚀60min。

(2) 采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，电弧靶的电流为40A，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，高功率脉冲占空比为35%，Al靶材的溅射平均功率为3000W，304不锈钢双极板基体与Al靶的靶间距为8cm，与Cr靶的靶间距为18cm，气体CH₄提供C源，CH₄流量为20sccm，氩气流量为200sccm，基体的偏压为-90V，沉积温度为200℃，沉积时间为180min，沉积得到的Cr-Al-C层厚度约为10μm。

(3) 在一个大气压氩气保护条件下对沉积有Cr-Al-C层的304不锈钢双极板基体进行热处理，升温速率为10℃/min，退火温度为500℃，保温时间分别为0.3h，从而在304不锈钢双极板基体表面形成Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层，所述涂层的结晶度为20%。

图5为本实施例制得的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的选区电子衍射图，可以看出同实施例1类似，涂层中有晶体结构的Cr₂AlC，也有非晶结构形成的晕环。

实施例3

本实施例中，基体为用于质子交换膜燃料电池的304不锈钢双极板，基体表面的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的制备方法如下：

(1) 将清洗除油烘干后的304不锈钢双极板基体放入腔体中，待腔内真空气压在3.0×10^-5Torr以下，向真空腔室通入150sccm的氩气，基体偏压为-80V，设置线性阳极离子源电流为0.8A，利用电离的氩离子对基体进行刻蚀60min。

(2) 采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，电弧靶的电流为40A，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，高功率脉冲占空比为30%，Al靶材的溅射平均功率为2000W，304不锈钢双极板与Al靶的靶间距为8cm，与Cr靶的靶间距为18cm，气体CH₄提供C源，CH₄流量为20sccm，氩气流量为200sccm，基体的偏压为-80V，沉积温度为300℃，沉积时间为160min，沉积得到的Cr-Al-C层厚度约为8.6μm。

(3) 在一个大气压氩气保护条件下对沉积有Cr-Al-C涂层的304不锈钢双极板基体进行热处理，升温速率为5℃/min，退火温度为500℃，保温时间分别为1h，从而在304不锈钢双极板基体表面形成Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层，所述涂层的结晶度为80%。

图6为本实施例制备的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的截面扫描电镜图，可以看截面光滑，无明显的柱状结构出现，涂层与基体紧密相结合，涂层厚度约为8.6μm。

采用XRD对上述实施例1、实施例2、实施例3和对比例1进行了检测，如图7所示，图中看出对比例1中制备的涂层的衍射谱中只有一个馒头峰出现，说明对比例中制备的涂层为非晶结构，这与选区电子衍射谱的结果一致。而实施例1、实施例2、实施例3的XRD谱线中对比例1有尖锐的峰存在，而且峰强度发生变化，另外从Cr₂AlC的特征峰13.8^◦处的峰看出实施例1、实施例2、实施例3制备涂层均出现晶化，但都仍然有未晶化部分。

采用电化学标准三电极测试系统测量上述实施例1、实施例2、实施例3和对比例2得到的表面具有Cr-Al-C涂层的基体的耐腐蚀性能，溶液为0.5M H₂SO₄+5ppm HF溶液，溶液温度为80℃。测试结果如图8所示，从图8中可以看出：与对比例2相比，实施例1、实施例2、实施例3中的腐蚀电流密度有明显降低，表明实施例1、实施例2、实施例3中制得的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层具有更好的耐腐蚀性能。

图9为上述实施例1、实施例2、实施例3和对比例1制得的涂层在恒电位腐蚀24h前后的接触电阻变化图，从图9中可以看出：与对比例1相比、实施例1、实施例2、实施例3腐蚀24小时前后的都具有较小的接触电阻，这说明了制备的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层具有较好的导电性能。

实施例4

本实施例中，基体为用于质子交换膜燃料电池的316L不锈钢双极板，基体表面的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的制备方法如下：

(1) 将清洗除油烘干后的316L不锈钢双极板基体放入腔体中，待腔内真空气压在3.0×10^-5Torr以下，向真空腔室通入150sccm的氩气，基体偏压为-80V，设置线性阳极离子源电流为0.8A，利用电离的氩离子对基体进行刻蚀60min。

(2) 采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，电弧靶的电流为40A，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，高功率脉冲占空比为35%，Al靶材的溅射平均功率为3000W，316L不锈钢双极板基体与Al靶的靶间距为8cm，与Cr靶的靶间距为20cm，气体CH₄提供C源，CH₄流量为20sccm，氩气流量为200sccm，基体的偏压为-90V，沉积温度为150℃，沉积时间为300min，沉积得到的Cr-Al-C层厚度约为20μm。

(3) 在一个大气压氩气保护条件下对沉积有Cr-Al-C层的316L不锈钢双极板基体进行热处理，升温速率为10℃/min，退火温度为550℃，保温时间分别为0.5h，从而在316L不锈钢双极板基体表面形成Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层，所述涂层的结晶度为30%。

实施例5

本实施例中，基体为用于质子交换膜燃料电池的316L不锈钢双极板，基体表面的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的制备方法如下：

(1) 将清洗除油烘干后的304不锈钢双极板基体放入腔体中，待腔内真空气压在3.0×10^-5Torr以下，向真空腔室通入150sccm的氩气，基体偏压为-80V，设置线性阳极离子源电流为0.8A，利用电离的氩离子对基体进行刻蚀60min。

(2) 采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，电弧靶的电流为40A，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，高功率脉冲占空比为35%，Al靶材的溅射平均功率为3000W，316L不锈钢双极板基体与Al靶的靶间距为8cm，与Cr靶的靶间距为18cm，气体CH₄提供C源，CH₄流量为20sccm，氩气流量为200sccm，基体的偏压为-80V，沉积温度为300℃，沉积时间为60min，沉积得到的Cr-Al-C层厚度约为3μm。

(3) 在一个大气压氩气保护条件下对沉积有Cr-Al-C层的316L不锈钢双极板基体进行热处理，升温速率为10℃/min，退火温度为550℃，保温时间分别为0.1h，从而在316L不锈钢双极板基体表面形成Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层，所述涂层的结晶度为25%。

实施例6

本实施例中，基体为用于质子交换膜燃料电池的304不锈钢双极板，基体表面的Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层的制备方法如下：

(1) 将清洗除油烘干后的304不锈钢双极板基体放入腔体中，待腔内真空气压在3.0×10^-5Torr以下，向真空腔室通入150sccm的氩气，基体偏压为-90V，设置线性阳极离子源电流为0.8A，利用电离的氩离子对基体进行刻蚀60min。

(2) 采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，以Cr靶作为电弧靶，电弧靶的电流为40A，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，高功率脉冲占空比为50%，Al靶材的溅射平均功率为3000W，304不锈钢双极板基体与Al靶的靶间距为10cm，与Cr靶的靶间距为20cm，气体CH₄提供C源，CH₄流量为20sccm，氩气流量为200sccm，基体的偏压为-90V，沉积温度为200℃，沉积时间为270min，沉积得到的Cr-Al-C层厚度约为15μm。

(3) 在一个大气压氩气保护条件下对沉积有Cr-Al-C层的304不锈钢双极板基体进行热处理，升温速率为10℃/min，退火温度为550℃，保温时间分别为1h，从而在304不锈钢双极板基体表面形成Cr-Al-C/Cr₂AlC涂层，所述涂层的结晶度为50%。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种金属双极板的表面改性方法，其特征在于包括：

采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术，将金属双极板置于反应腔体中，以Cr靶作为电弧靶，以Al靶作为高功率脉冲磁控溅射靶，以甲烷和惰性气体为工作气体，在所述金属双极板表面沉积形成Cr-Al-C层，其中，金属双极板偏压为-30~-90V，高功率脉冲占空比为20~50%，Al靶的溅射平均功率为2000~3000W，Cr靶的电流为20~50A，甲烷的通入流量为15~20sccm，惰性气体的通入量为150~200sccm，沉积温度为150~300℃，沉积时间为60min~300min；

以及，在真空度为3×10^-4Pa以下，向反应腔体充入惰性气体，并以5~10℃/min的升温速率将反应腔体升温至500℃~550℃，对沉积有所述Cr-Al-C层的金属双极板进行退火处理0.1~1h，从而在金属双极板表面形成高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层；

其中，所述涂层由非晶与纳米晶结构复合共存，所述非晶结构为质厚条纹结构，所述非晶结构为Cr-Al-C；所述纳米晶结构为六方相层状结构，所述纳米晶结构为Cr₂AlC MAX相；所述涂层的结晶度为20%~80%；所述涂层的腐蚀电流密度为2.5~5.0×10^-8A/cm²，所述涂层的界面接触电阻为2~12.5mΩ·cm²，所述涂层的厚度为3μm~20μm；

所述金属双极板的材质选自锆、钽、锆合金、钽合金、铝合金、钛、钛合金、不锈钢中的任意一种或两种以上的组合。

2.根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于：所述Cr靶的电流为40~50A。

3.根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于：所述金属双极板与Cr靶的靶间距为15~20cm，所述金属双极板与Al靶的靶间距为5~10cm。

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