PECVD法原位渗氮表面改性钛双极板的性能

TM911.4; 为了提升钛双极板的导电性和耐腐蚀性,利用氮气等离子体原位渗氮法对钛片(TA2)进行表面改性,制备了系列氮化钛涂层,系统研究了反应温度和渗氮时间对涂层表面形貌、疏水性、界面导电性和耐腐蚀性的影响.结果表明,温度过高会导致氮化钛生长过快,颗粒尺寸较大;温度较低不利于表面反应,涂层不能完全覆盖钛基底;渗氮时间较短,表面生成不规则的纳米生长核,致使涂层不平整、钛基底裸露;渗氮时间过长,涂层呈阶梯堆垛状,平整度降低.650℃下渗氮90 min制备的氮化钛涂层(TiN-650-90)均匀平整,组成为TiN0.26;TiN-650-90的水接触角提升至105.4°,表面疏水性有利于改善燃料...

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Published in工程科学学报 Vol. 45; no. 4; pp. 602 - 610
Main Authors 冯利利, 侯玉星, 汤思遥, 李栓, 郑捷, 李星国
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 北京大学化学与分子工程学院,稀土材料化学及应用国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871%北京大学化学与分子工程学院,稀土材料化学及应用国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871 01.04.2023
中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083%中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083
Subjects
等离子体增强化学气相沉积
氮化钛涂层
钛双极板
表面改性
原位渗氮
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ISSN2095-9389
DOI10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.25.002

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Summary:TM911.4; 为了提升钛双极板的导电性和耐腐蚀性,利用氮气等离子体原位渗氮法对钛片(TA2)进行表面改性,制备了系列氮化钛涂层,系统研究了反应温度和渗氮时间对涂层表面形貌、疏水性、界面导电性和耐腐蚀性的影响.结果表明,温度过高会导致氮化钛生长过快,颗粒尺寸较大;温度较低不利于表面反应,涂层不能完全覆盖钛基底;渗氮时间较短,表面生成不规则的纳米生长核,致使涂层不平整、钛基底裸露;渗氮时间过长,涂层呈阶梯堆垛状,平整度降低.650℃下渗氮90 min制备的氮化钛涂层(TiN-650-90)均匀平整,组成为TiN0.26;TiN-650-90的水接触角提升至105.4°,表面疏水性有利于改善燃料电池的水管理性能;界面接触电阻(ICR)随加载压力增大而降低,2.75 MPa时TiN-650-90的ICR稳定至6.5 m.Ω·cm2,满足美国能源部(DOE)要求(≤10 mΩ·cm2);TiN-650-90的腐蚀电流密度为0.56 μA·cm-2,-0.1 V恒电位下的电流密度为0.67 μA·cm-2,耐腐性和稳定性较钛的明显提升.该方法制备氮化钛涂层表面改性钛双极板,具有沉积温度低、速度快,疏水性、导电性和耐腐蚀性优良等优点,可为金属双极板表面改性提供方法借鉴和工艺参考.
ISSN:2095-9389
DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.25.002