本发明涉及染料电池技术领域，具体涉及燃料电池双极板表面防护涂层的制备方法。
背景技术：
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高，转换效率可达到60％～80％。另外，燃料电池用燃料和氧气，同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。因此，作为一种清洁高效的发电技术，燃料电池得到企业及科研工作者的广泛关注。质子交换膜燃料电池可以用在分布式发电、车载动力系统等，是当前急需发展和突破的燃料电池。
燃料电池的主要结构组成有：阳极、阴极、电解质和双极板，其中双极板能够分隔氧化剂和还原剂，并提供气体的流动通道，同时还起着集流导电的作用，是燃料电池装置中造价最高的一部分。在如此苛刻的电解质环境中工作，需要双极板同时具有较高的耐腐蚀性和较低的电阻率。
目前用的最多的双极板材料主要有石墨和不锈钢两类。石墨双极板耐腐蚀性好，电阻率低，但是加工难度高导致成本高、良率低；另外，机械强度低，因而应用较少。不锈钢双极板成型方便，成本低，生产效率高，但是耐腐蚀性差，因此，本领域通常采用磁控溅射技术在不锈钢双极板上镀一些金属化合物涂层(如tin涂层或crn涂层等)来提高不锈钢双极板的导电性和耐腐蚀性。但是由于tin膜层、crn膜层本身耐腐蚀性的限制，不能很好地满足极端环境下长期工作时对耐腐蚀性的要求。
因此，推动燃料电池的产业化发展，急需一种生产成本较低，且可以制备高性能表面涂层的新型磁控溅射技术。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价
本技术：
的新颖性和创造性。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提出一种新型等离子增强磁控溅射技术，在燃料电池双极板的暴露表面沉积超晶格crn/tan涂层，满足燃料电池双极板在使用过程中的低电阻率及高耐腐蚀性的要求。
本发明为达上述目的提出以下技术方案：
一种燃料电池双极板表面防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
s1、设置镀膜室的靶材配置为一对cr靶和一对ta靶，并将ta靶和cr靶分别放置在镀膜设备的两端；
s2、将燃料电池双极板的基底材料放入所述镀膜室中，采用等离子体增强磁控溅射技术进行真空镀膜，在所述燃料电池双极板的表面沉积crn/tan超晶格膜层。
本发明基于等离子体增强磁控溅射技术，进行工艺改进使得耐腐蚀性能可大大提升。因此本发明可用在大规模的燃料电池金属双极板表面防护涂层的生产应用中。金属双极板可以为316l不锈钢或者钛合金。与现有技术相比，本发明充分结合氮化铬的耐腐蚀性、氮化钽的硬度和耐腐蚀性，复合后的多层膜在耐腐蚀性、韧性和耐磨性方面都有大幅提升，在表面制备的贵金属或非晶碳膜可以提供优异的导电性，从而可以满足燃料电池金属双极板的高导电耐蚀和长时间使用要求。
更进一步地，步骤s2具体包括：
s21、将燃料电池双极板的基底材料放入经步骤s1进行靶材配置的镀膜室中进行加热并抽真空，加热到预设温度并保温；
s22、向保温的所述镀膜室中通入氩气，并设置基体偏压为-800v，然后进行辉光清洗；
s23、调整氩气的进气量，使所述镀膜室的气压达到0.3～1.0pa，并设置基体偏压为-100v，开启镀膜电源沉积纯cr层；
s24、通入氮气，同时开启cr靶和ta靶，cr靶和ta靶的中频镀膜电源电流设定为20～100a，沉积crn/tan超晶格层10～60分钟，结束镀膜。
更进一步地，所述基底材料为钛合金或不锈钢材质。
更进一步地，所述基底材料在放入镀膜室之前先进行超声清洗。
更进一步地，步骤s21中抽真空至0.001pa，保温温度为200℃。
更进一步地，步骤s22中通入氩气的流量为200sccm，辉光清洗时间为30min。
更进一步地，步骤s23中开启中频镀膜电源电流为20～100a，沉积纯cr层5～30分钟。
更进一步地，还包括在crn/tan超晶格膜层表面沉积一层贵金属或非晶碳膜。
附图说明
图1是本发明具体实施例所制备的燃料电池双极板的横截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的具体实施方式提供一种燃料电池双极板表面防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
s1、设置镀膜室的靶材配置为一对cr靶和一对ta靶，并将ta靶和cr靶分别放置在镀膜设备的两端(即共同镀膜时不会混合到一起)；
s2、将燃料电池双极板的基底材料放入所述镀膜室中，采用等离子体增强磁控溅射技术进行真空镀膜，在所述燃料电池双极板的表面沉积crn/tan超晶格膜层。
crn/tan超晶格膜层具有优良的耐腐蚀性，而掺入ta元素后可以进一步提升耐腐蚀性。为保证低的接触电阻可以在表面沉积一薄层贵金属或非晶碳膜进行改善。改善后的超晶格为crn/tan，以及在超晶格表面的贵金属或非晶碳层。
在一具体的实施例中，参考图1，上述步骤s2具体包括：
s21、将燃料电池双极板的基底材料40(优选为钛合金或不锈钢材质)进行超声清洗，然后放入经步骤s1进行靶材配置的镀膜室中，进行加热并抽真空(抽到本底真空为0.001pa)，加热到预设温度并保温，优选地加热到200℃保温。
s22、向保温的所述镀膜室中通入氩气(体积流量200sccm)，并设置基体偏压为-800v，然后进行辉光清洗，优选清洗30min；
s23、调整氩气的进气量，使所述镀膜室的气压达到0.3～1.0pa，并设置基体偏压为-100v，开启镀膜电源(设置电流为20～100a)沉积纯cr层30，沉积时间优选为5～30min；
s24、通入氮气，同时开启cr靶和ta靶，cr靶和ta靶的中频镀膜电源电流设定为20～100a，沉积crn/tan超晶格层10～60分钟，结束镀膜。
优选的实施例中，为保证低的接触电阻，在上述步骤s24形成的crn/tan超晶格层表面沉积一层较薄的贵金属(例如银au)或非晶碳膜进行改善。如图1，改善后的超晶格为crn/tan层20以及在crn/tan层表面的贵金属或非晶碳层10。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。