磁控溅射制备不锈钢基耐蚀导电薄膜研究进展

发布时间：2021-10-27 06:20

　　不锈钢基耐腐蚀导电薄膜被广泛应用于燃料电池双极板等器件,要求具有高的耐腐蚀性和导电性、良好的机械性能、加工成本低等特点。然而,目前的不锈钢基薄膜耐腐蚀性和导电性难以兼得,实现这两种性能的合理匹配,降低生产成本,是金属基薄膜商业化的关键环节之一。本文系统总结了磁控溅射制备不锈钢基耐腐蚀导电薄膜的研究进展,并从制备材料种类、工艺参数等方面进行了详细分析。文末还展望了不锈钢基耐腐蚀导电薄膜的发展方向。 

【文章来源】：真空. 2020,57(06)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

PEMFC结构图

根据亚表层注入模型（图2)[10-11],GLC薄膜的形成过程是将碳离子注入到基体表面进行生长。当碳离子能量较低时，难以注入到亚表面，只能在表面形成低能量的sp2结构。随着入射粒子能量增加，碳离子到达亚表层，会导致原子的杂化方式发生变化来适应局部密度的增加，形成高密度的sp3键。当入射粒子能量进一步增加，多余的能量将转化为热量，亚表层的sp3键会获得足够的能量向表面迁移形成sp2键。因此，所有可能导致碳离子入射量发生变化的因素都可以改变sp3与sp2的相对含量。在碳膜沉积工艺中，可以通过调整参数来获得合理的sp3/sp2比率。在直流磁控溅射中，基体温度、膜层厚度和基体偏压都会对非晶碳膜中的sp3/sp2比率产生影响，进而影响薄膜的耐蚀性和导电性。Afshar A[12]研究了基材温度对薄膜结构、化学和电学性能的影响。当温度低于400℃时，薄膜表现出较高的耐腐蚀性。但是随着温度再升高，薄膜开始形成裂缝和孔隙，薄膜耐腐蚀性下降；薄膜的电阻率会随着基体温度上升而急剧下降。综合考虑薄膜的耐腐蚀性和导电性，薄膜沉积时最佳的基体温度为300℃。Mirzaee M[13]发现在SS-316L上涂敷200nm的涂层是最佳的耐腐蚀涂层厚度。在70℃1mol/L H2SO4溶液中对试样进行耐蚀性评价，腐蚀电流密度为1.4μA/cm2。张海峰[14]探究了不同基体偏压下沉积在304不锈钢表面GLC薄膜的结构和性能。在-200V偏压下制备的薄膜结构最致密，sp2含量最高，经GLC改性的不锈钢双极板接触电阻降低，腐蚀电流密度减小。

通过研究掺杂Ti、V、Zr和W对非晶态碳膜sp2结构的影响，发现W的影响最小[33]。Wang Z[34]利用非平衡磁控溅射离子镀的方法，探究W掺杂碳膜的表面形貌随W浓度变化。在150N/cm2的压紧力下，W掺杂碳膜的接触电阻值在6.25mΩ·cm2～7.21mΩ·cm2之间的范围内略微变化（图5）。电化学测试结果表明，掺杂的金属W由于氧化产生了自钝化能力，薄膜具有良好的耐腐蚀性。当W浓度为CWI(A)时，薄膜显示出稳定且较低的电流密度，约为0.6μA/cm2。2.2 金属氮化物


本文编号：3461042