不锈钢双极板导电防腐镀层制备及性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:tianshiye45
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双极板作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)中最重要的组件之一,不仅起到收集、传递电流及为膜组件提供结构支撑等作用,而且其成本和性能都是决定燃料电池能否广泛应用的关键因素。不锈钢常被用于制造燃料电池双极板,但不锈钢的腐蚀及表面接触电阻过大的问题限制其应用,因此,开发不锈钢表面防护功能镀层,提高双极板耐蚀性并降低表面接触电阻,对拓展其应用具有重要意义。为解决不锈钢耐蚀性和接触电阻的问题,本文通过电镀和化学镀技术结合的方法设计并制备了多层功能性防护镀层体系并优化了镀层工艺。通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试等检测方法分析了镀层形貌、结构、成分和性能,并探究了其耐蚀机理。首先,考察了电沉积工艺参数对Cr-C表面层的结构与性能影响,并进行优化研究。结果表明沉积电位对电镀Cr-C表面层的形貌、成分、耐蚀性和表面接触电阻产生显著影响。当沉积电位为-1.8VSCE时,制备的Cr-C镀层为致密的非晶态结构,表现出最低的表面接触电阻和腐蚀电流密度。其次,选用电镀Ni-Mo、电镀Ni-Mo-P、化学镀Ni-Mo-P作为中间层材料,并优化了多层功能性防护镀层体系,考察了该防护体系的防护性能及表面接触电阻等性能。结果表明化学镀Ni-Mo-P的结构致密,耐蚀性优于电镀Ni-Mo和电镀Ni-Mo-P,并且化学镀Ni-Mo-P中间层的引入可改善表面层Cr-C的致密性,进而提高镀层整体的致密性和耐蚀性,增强镀层其对不锈钢基材的防护作用。当表层Cr-C镀层存在缺陷,腐蚀介质经表面层Cr-C缺陷处渗透到Ni-Mo-P中间层时,Ni-Mo-P镀层中Mo的存在使镀层表面形成化学钝化膜,抑制了Ni-Mo-P层的阳极活化溶解过程,防止缺陷处发生点或缝隙腐蚀贯穿到基体,从而使基体免遭腐蚀。以化学镀Ni-Mo-P为中间层材料所制备的Ni/Ni-Mo-P/Cr-C防护镀层的表面接触电阻(ICR)为4.5 mΩ·cm2(140N/cm2),在70℃下,0.5 mol/L H2SO4+2mg/L HF的模拟环境中,腐蚀电流密度为0.85μA/cm2,满足行业对双极板性能指标基本要求(ICR<10 mΩ·cm2,I<1μA/cm2)。
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