工艺对HiPIMS制备Nb/NbN多层涂层结构与性能影响
编号:333 访问权限:仅限参会人 更新:2026-03-31 22:04:02 浏览:1次 口头报告

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摘要

       本研究针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)中金属双极板在强酸、高湿及瞬态高电位条件下易发生腐蚀并导致界面接触电阻升高的关键问题,采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)在316L不锈钢表面构建Nb/NbN多层涂层,并通过调控NbN溅射功率(1–6 kW)系统研究其结构演化及性能调控机制。研究表明,随着溅射功率提高,离子能量增强促进涂层由疏松结构向致密连续结构转变,但NbN相含量及Nb–N/Nb–O化学态分布并未呈现单调变化,而是受离子轰击、氮化反应动力学及表面氧化行为的协同调控。电化学测试结果显示,相较于316L基材,Nb/NbN涂层的腐蚀电流密度降低1–2个数量级,在1.6 V及0.84 V(vs SHE)条件下表现出优异的稳定性,高功率(4–6 kW)样品具有更大的电荷转移阻抗,表明其耐蚀性能显著提升。然而,接触电阻受表面氧化膜影响显著,高功率条件下氧化效应增强导致界面导电性下降。综合分析发现,4 kW样品在耐蚀性与导电性之间实现最优协同,其腐蚀电流密度与接触电阻均接近或满足金属双极板应用要求。本研究从“溅射功率—结构致密化—化学态调控—性能演化”的角度揭示了Nb/NbN涂层的协同调控机制,为高性能金属双极板涂层的设计提供了重要理论依据与工程指导。

关键词
高功率脉冲(HiPIMS),金属双极板,Nb/NbN,耐腐蚀性能,接触电阻
报告人
张钰
研究生 中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司

稿件作者
张钰 中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司
陈辉 中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司
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重要日期
  • 04月26日

    2026

    会议日期

  • 04月16日 2026

    初稿截稿日期

主办单位
中国机械工程学会
承办单位
中国机械工程学会表面工程分会
中国科学院兰州化学物理研究所 润滑材料全国重点实验室
中国航天科技集团兰州空间技术物理研究所
甘肃省化学会
甘肃省材料学会
兰州城市学院
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