摘要:
目的改善TA1双极板的耐腐蚀性和导电性能,提高转换效率和使用寿命。方法采用多梯度复合涂层思路,利用闭合场非平衡磁控溅射技术,在TA1基体表面制备了Ti/CrN/a-C、Ti/TiN/a-C和Ti/TiCrN/a-C等3种不同过渡层的碳涂层。分别通过扫描电镜、拉曼光谱、光电子能谱、电化学极化测试和表面接触电阻测试分析了碳涂层的表面形貌、成键杂化形式、杂化含量比例、耐蚀性能和导电性能。结果3种不同过渡层的碳涂层与基体结合良好,都呈无定形碳分布,但形貌结构相差较大。其中Ti/TiN/a-C涂层的A_(D)/A_(G)值最大,达到4.26,且碳原子中C-sp^(2)杂化含量比例最高,达到79.32%。而Ti/TiCrN/a-C涂层的FWHM(G)最大,达到137.29,且碳原子中C-sp^(3)杂化含量比例最高,达到26.03%。3种不同过渡层的碳涂层与TA1基体相比,耐腐蚀性明显提高,其中Ti/TiCrN/a-C涂层的耐腐性能最优异,动电位和恒电位腐蚀电流密度分别为7.81×10^(–7)、8.14×10^(–7) A/cm^(2),小于TA1基体的2.76×10^(–6)、3.21×10^(–6) A/cm^(2)。此外,在1.4 MPa的压紧力下,不同过渡层(Ti/CrN/a-C、Ti/TiN/a-C、Ti/TiCrN/a-C)的碳涂层的表面接触电阻分别为12.3、5.4、6.5 mΩ·cm^(2),小于TA1基体的93.5 mΩ·cm^(2),大约降低了1个数量级。结论通过不同元素掺杂和控制工艺参数靶流,获得了成分梯度变化的不同氮化物过渡层,影响最外面工作层纯碳的沉积效果,改变其微观形貌与结构,从而影响导电性和耐腐蚀性能。