【摘 要】
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为了研究Cr Ni N涂层的综合性能及其在质子交换膜燃料电池双极板上的应用性能。采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀在304不锈钢表面制备出不同Ni含量的Cr Ni N涂层。采用SEM、XPS、XRD等表征分析了涂层的形貌和结构,采用摩擦磨损、电化学测试以及表面能测试等方法研究了涂层的综合性能,最后测试了Cr Ni N涂层在质子交换膜燃料电池双极板上的电化学性能、导电性能和疏水性能。研究结果表明:制备的
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为了研究Cr Ni N涂层的综合性能及其在质子交换膜燃料电池双极板上的应用性能。采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀在304不锈钢表面制备出不同Ni含量的Cr Ni N涂层。采用SEM、XPS、XRD等表征分析了涂层的形貌和结构,采用摩擦磨损、电化学测试以及表面能测试等方法研究了涂层的综合性能,最后测试了Cr Ni N涂层在质子交换膜燃料电池双极板上的电化学性能、导电性能和疏水性能。研究结果表明:制备的Cr Ni N涂层与基体结合较好,涂层结构致密,表面完整,无剥落裂纹等缺陷;Cr N涂层主要由Cr N和Cr2N相组成,Cr Ni N涂层主要由Cr N相和Ni单质组成,随着Ni掺杂,涂层由晶体向非晶转变。Ni含量13.16at.%时,涂层晶粒尺寸最小,为10.7nm,涂层具有最高的显微硬度和弹性模量,分别为16.13GPa和259GPa。Ni掺杂可显著提高涂层的耐磨性能,Ni含量13.16at.%时磨损率最低,但随着Ni含量的继续提高,涂层的耐磨性能变差,而且Ni掺杂Cr N涂层可降低涂层在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀速率。在模拟质子交换膜燃料电池环境下电化学测试表明,镀膜改性可显著提高304不锈钢的耐蚀性能,其中,Cr N涂层具有最好耐蚀性能,随着Ni掺杂,涂层的耐蚀性能变差。涂层与碳纸之间的接触电阻测试表明,镀膜改性可大大降低304不锈钢基体的界面接触电阻,Cr N涂层的导电性能最优,Ni掺杂降低了Cr N涂层的导电性能。304不锈钢经镀膜改性后,表面疏水性能大大提高,Ni掺杂有助于提高Cr N涂层的疏水性能,更有利于质子交换膜燃料电池内部的水管理。
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