金属双极板已成为降低质子交换膜燃料电池（PEMFC）生产成本的主要研究热点，而提高金属双极板的耐腐蚀性则是研究的关键问题。TiN涂层具有优异的抗氧化性能、强的抗腐蚀性、良好的导电性等特点。利用等离子渗氮方法在钛基表面获得了TiN涂层，但涂层与金属基体之间由于热膨胀系数不匹配，存在一定的残余应力。残余应力过大，会导致基体和涂层结合强度下降，甚至涂层从基体脱落。本文利用有限元方法对残余应力进行了模拟研究。 ⑴通过有限元法仿真对应力研究表明，TiN涂层一侧主要受压应力，而在Ti基体内部主要受拉应力。随着基体厚度的增加，涂层径向应力逐渐增加，剪应力减少后略有上升。随涂层厚度增加，涂层径向应力逐渐减少，mises应力逐渐增加，剪切应力先增加随后又趋于平稳；对于不同厚度的涂层考虑各应力的影响和基体成本，Ti基体为0.6mm较合适。考虑钛基体为弹塑性时，在涂层和基体界面处有塑性屈服的现象发生，塑性变形的最大处正是在界面应力奇异点附近，对应力具有缓和作用。 ⑵在基体和TiN涂层间引入过渡层Ti2N后，TiN陶瓷涂层应力状态保持压应力不变。随着过渡层厚度增加，TiN陶瓷涂层中压应力逐渐减少，剪应力和mises应力则随着过渡层厚度增加而逐渐增大，但增加缓慢，这有利于避免TiN涂层翘曲。此外，还考虑了等离子渗氮温度对热应力的影响。模拟研究表明，温度越高，涂层和基体径向应力、材料轴向应力和剪应力都随温度增加而逐渐增大，容易引起涂层的破坏，降低使用性能。因此在保证等离子渗氮涂层厚度、均匀性前提下，应尽量降低等离子渗氮温度。