SPE电解水用钛双极板表面氮化物涂层的制备与评价

发布时间：2021-10-17 17:29

　　采用PIRAC（粉末埋入反应辅助涂覆）氮化工艺在钛双极板表面制备一层氮化物防护涂层,研究了氮化温度对涂层的微观形貌、相组成,以及在模拟SPE电解水环境下耐蚀性、稳定性和导电性的影响。结果表明,涂层表面呈现颗粒状形貌,涂层内主要是Ti N、Ti₂N和α-Ti三相。氮化样品的耐蚀性得到明显提高,其中900°C氮化的样品在SPE电解水阳极高电位作用下的耐蚀性与基体相当。氮化后样品的界面接触电阻降低至3.5～4.2 mΩ/cm²,在一定程度上会降低电解槽的欧姆损耗。在1.6～1.8 V电位范围内10 h的恒电位测试结果验证了氮化物涂层在高电位下的稳定性。 

【文章来源】：电镀与涂饰. 2020,39(23)北大核心CSCD

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【部分图文】：

ICR测试装置示意图

氮化处理后钛双极板表面颜色由银灰色转变成金黄色，并且颜色伴随着氮化温度的升高而逐渐加深。为了进一步研究氮化前后样品微观结构和涂层内元素的变化，采用SEM及EDS对样品进行测试。如图2所示，经过机械抛光处理的TAV基板表面较为平整，氮化后样品表面略微呈现颗粒状形貌，并且随着氮化温度的升高越来越清晰可见，涂层整体上比较致密，能够有效地包裹基体。图3所示的EDS谱图显示基体中的主要元素包括Ti、Al和V，这与Ti–6Al–4V钛合金中的元素一致，而氮化样品谱图中出现的元素主要为Ti和N，它们具体以何种相形式存在有待进一步分析。图3 TAV (a)、TAV-900 (b)和TAV-1000 (c)的EDS谱图

图2 TAV(a)、TAV-900(b)和TAV-1000(c)的SEM图像，其中插入图为对应样品的照片由图4可知，钛基体的相组成为α-Ti(pdf#5-0689)，氮化后的样品TAV-900、TAV-1000中出现新相Ti N(pdf#38-1420)和Ti2N(pdf#17-0386)。氮化后基体中的α-Ti特征峰呈减弱趋势，这与氮化物涂层的增厚有关。氮化温度为900°C时，在衍射角61.0°处观察到一个明显的对应于Ti2N(002)面的衍射峰。氮化温度为1 000°C时，样品的晶体结构发生变化，晶粒体积变大，衍射峰向低角度偏移。在TAV-1000的XRD谱图中，衍射角为36.7°、42.7°处发现两个明显的衍射峰，分别对应于Ti N的(111)和(200)面，还有Ti2N和α-Ti对应的衍射峰，并且Ti2N的特征峰与氮化温度900°C时相比有减弱的趋势。Starosvetsky等人认为经过PIRAC氮化处理后的氮化物涂层由外到基体内部依次为Ti N、Ti2N、α-Ti连续的3层[18]。因此，随着氮化温度的升高，最外层的Ti N层厚度增加，内层Ti2N的特征峰强度降低。


本文编号：3442149