不銹鋼基耐腐蝕導(dǎo)電薄膜被廣泛應(yīng)用于燃料電池雙極板等器件,要求具有高的耐腐蝕性和導(dǎo)電性、良好的機(jī)械性能、加工成本低等特點(diǎn)。然而,目前的不銹鋼基薄膜耐腐蝕性和導(dǎo)電性難以兼得,實(shí)現(xiàn)這兩種性能的合理匹配,降低生產(chǎn)成本,是金屬基薄膜商業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文系統(tǒng)總結(jié)了磁控濺射制備不銹鋼基耐腐蝕導(dǎo)電薄膜的研究進(jìn)展,并從制備材料種類、工藝參數(shù)等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析。文末還展望了不銹鋼基耐腐蝕導(dǎo)電薄膜的發(fā)展方向。 

【文章來(lái)源】：真空. 2020,57(06)

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【部分圖文】：

PEMFC結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)亞表層注入模型（圖2)[10-11],GLC薄膜的形成過(guò)程是將碳離子注入到基體表面進(jìn)行生長(zhǎng)。當(dāng)碳離子能量較低時(shí)，難以注入到亞表面，只能在表面形成低能量的sp2結(jié)構(gòu)。隨著入射粒子能量增加，碳離子到達(dá)亞表層，會(huì)導(dǎo)致原子的雜化方式發(fā)生變化來(lái)適應(yīng)局部密度的增加，形成高密度的sp3鍵。當(dāng)入射粒子能量進(jìn)一步增加，多余的能量將轉(zhuǎn)化為熱量，亞表層的sp3鍵會(huì)獲得足夠的能量向表面遷移形成sp2鍵。因此，所有可能導(dǎo)致碳離子入射量發(fā)生變化的因素都可以改變sp3與sp2的相對(duì)含量。在碳膜沉積工藝中，可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)獲得合理的sp3/sp2比率。在直流磁控濺射中，基體溫度、膜層厚度和基體偏壓都會(huì)對(duì)非晶碳膜中的sp3/sp2比率產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響薄膜的耐蝕性和導(dǎo)電性。Afshar A[12]研究了基材溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、化學(xué)和電學(xué)性能的影響。當(dāng)溫度低于400℃時(shí)，薄膜表現(xiàn)出較高的耐腐蝕性。但是隨著溫度再升高，薄膜開(kāi)始形成裂縫和孔隙，薄膜耐腐蝕性下降；薄膜的電阻率會(huì)隨著基體溫度上升而急劇下降。綜合考慮薄膜的耐腐蝕性和導(dǎo)電性，薄膜沉積時(shí)最佳的基體溫度為300℃。Mirzaee M[13]發(fā)現(xiàn)在SS-316L上涂敷200nm的涂層是最佳的耐腐蝕涂層厚度。在70℃1mol/L H2SO4溶液中對(duì)試樣進(jìn)行耐蝕性評(píng)價(jià)，腐蝕電流密度為1.4μA/cm2。張海峰[14]探究了不同基體偏壓下沉積在304不銹鋼表面GLC薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。在-200V偏壓下制備的薄膜結(jié)構(gòu)最致密，sp2含量最高，經(jīng)GLC改性的不銹鋼雙極板接觸電阻降低，腐蝕電流密度減小。

通過(guò)研究摻雜Ti、V、Zr和W對(duì)非晶態(tài)碳膜sp2結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)W的影響最小[33]。Wang Z[34]利用非平衡磁控濺射離子鍍的方法，探究W摻雜碳膜的表面形貌隨W濃度變化。在150N/cm2的壓緊力下，W摻雜碳膜的接觸電阻值在6.25mΩ·cm2～7.21mΩ·cm2之間的范圍內(nèi)略微變化（圖5）。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，摻雜的金屬W由于氧化產(chǎn)生了自鈍化能力，薄膜具有良好的耐腐蝕性。當(dāng)W濃度為CWI(A)時(shí)，薄膜顯示出穩(wěn)定且較低的電流密度，約為0.6μA/cm2。2.2 金屬氮化物


本文編號(hào)：3461042