随着社会经济的发展,能源问题逐渐被各国所重视。由于石油、煤炭等传统的化石资源过度开发和使用,导致了能源的枯竭和环境的恶化。因此,开发无污染、可再生的新型能源已经成为了当下的研究热点。燃料电池是把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统,是继水电、火电和核电之后第四种发电装置。其中,质子交换膜燃料电池有着寿命长、比功率和比能量高、室温下启动速度快等优点,在军事、交通以及便携式能源等领域有着广泛的应用前景,被认为是适应未来能源与环境要求的理想动力源之一。双极板是质子交换膜燃料电池核心部件之一,占据了电池组很大一部分的质量和成本,且其具有均匀分配反应气体、传导电流、串联各单电池等功能。为了满足这些功能,理想的双极板应具有高的导热\电率、耐蚀性、低密度、良好的力学性能,以及低成本、易加工等特点。但目前生产的双极板存在耐蚀性和导电性匹配性差、生产成本高和寿命短等问题。如何实现双极板材料的导电性和耐蚀性的合理匹配,即在保证导电性合理的前提下,实现高的耐蚀性,保障整个体系的服役寿命是燃料电池商业化的关键。常见双极板材料,如金属、石墨和复合材料,在质子交换膜燃料电池环境中无法同时兼顾高强、导电、耐蚀、阻气和低成本等要求,因此不能作为双极板材料直接使用。其中,纯Ti具有较为优异的综合性能,但其表面往往容易形成导电性差的TiO₂氧化膜,阻碍了其商用化应用。研究表明,在纯Ti中加入一定含量的Nb/Ta合金化元素可以提高钝化膜的导电性,但同时会对其耐蚀性产生一定的影响。本文以“团簇+连接原子”模型为指导,通过电弧熔炼技术制备了一系列二元及三元Na/Ta添加的纯Ti合金,探究了合金的性能随添加Nb/Ta元素含量的变化规律。结论如下:在二元合金体系中,纯Ti中加入Nb/Ta合金元素后,其耐蚀性受合金化元素和组织两方面的影响。当合金为单相组织时,合金的耐蚀性与合金化元素密切相关,即,随着Nb/Ta合金化元素的添加,合金在电池环境中的耐蚀性能提高。但是,当设计合金为多相组织时,其耐蚀性能受合金化元素和组织共同的影响,即使合金化元素可以在一定程度上提高纯Ti的抗腐蚀性能,但是在服役条件下,受电池环境与加载电压、电流对合金的影响,多相合金中相与相之间形成微电池,严重影响合金的耐蚀性,使得材料的耐蚀性下降。并且随着时间的延长,纯Ti钝化膜的厚度逐渐增加,然而,当纯Ti中加入合金元素Nb/Ta后,合金的钝化膜的厚度明显降低,这说明Nb/Ta合金元素的添加能有效抑制合金钝化膜厚度的增加。在纯Ti中加入合金元素Nb/Ta后,其接触电阻随着Nb/Ta含量的增加而逐渐下降。混合等量添加的三元合金与二元合金有相似的变化趋势,但三元合金的综合性能较二元合金较差。并且纯Ti中加入合金元素Nb和Ta,其合金的性能变化趋势相似,但综合而言,合金元素Ta的加入使得纯Ti具有更优异的综合性能。合金元素Ta在α-Ti中的溶解度有限,析出的第二相对合金的耐蚀性影响较大,因此,若要保证合金耐蚀性,其合金元素Ta的添加量应小于3.125 at.%。