1.本发明属于双极板表面涂层致密度评估领域，尤其一种测试不锈钢双极板表面涂层致密度的方法。
背景技术：2.对于氢燃料电池来说，双极板是其关键部件之一，具有结构支撑作用，也是氧化剂与还原剂分离、收集电流和气体反应的场所。双极板处在酸性、高湿的工作环境，并含有氢气和氧气，需要具备优异的耐蚀性能。铁基合金类(如ss316、ss316l等)因其性能优异、成本低廉而成为研究热点。但金属材料作为双极板直接应用于ph值为3～6、温度为25℃～100℃的pemfc服役环境中，其发生腐蚀不可避免，这将导致icr升高，无法满足燃料电池的性能要求，因此必须对金属双极板进行表面改性处理。通常改性方法为在双极板表面制备涂层，在提高金属双极板耐蚀性的同时保证其导电性。
3.但是材料的耐腐蚀性能和导电性能两者相互制约，二者均与电子的状态和行为有关。材料中的自由电子越少或越稳定，则耐腐蚀性能越好，但导电率下降。相反，自由电子越多、越活跃、电子导电率越高，耐腐蚀性能下降。对于单一的涂层来说很难同时满足耐蚀性和导电性都优异的条件，需要镀上两层或多层涂层，才能满足上述要求。涂层通常分为两种类型：一是碳基涂层，如石墨、导电聚合物、类金刚石、以及自组装聚合物涂层；二是金属基涂层，如贵金属、金属碳化物、金属氮化物以及金属氧化物涂层。制备涂层最常用的是物理气相沉积(pvd)法、化学气相沉积(cvd)和离子镀等方法。
4.对于涂层来说，一般都有局部缺陷，区别在于缺陷的大小和多少。局部缺陷(如裂纹、孔隙)会为腐蚀提供活性位点，并在缺陷处产生腐蚀产物，加速涂层的失效。腐蚀介质会通过缺陷进入涂层内部和不锈钢基体，导致涂层内部变得疏松，形成中空结构，甚至导致基底表面涂层脱落。
5.因此，致密度对于燃料电池双极板涂层来说是一个非常重要的指标。缺陷越少，说明涂层的致密度越高，反之，则越低。但是对于汽车燃料电池双极板涂层来说，致密度好坏的评估，一般是对涂层进行显微形貌观察。比如上海交通大学的来新民等人在文献“质子交换膜燃料电池用不锈钢双极板上闭场非平衡磁控溅射非晶碳膜的生长、性能和退化机理”中将涂层切开，采用扫描电镜(sem)和透射电镜(tem)观察样品表面和横截面的形貌。这种方法显而易见对实验仪器要求比较高，且成本较高。
6.除此之外，还有一些对于涂层密度和孔隙率的测试方法。现有技术cn104330334a《一种测试涂层密度的测试方法》中对于多层涂层或梯度涂层，每测试一次干重、密度后研磨掉表层涂层，再测试一次干重、密度，通过两次测试到的干重和密度计算出被研磨掉的表层涂层的密度，依次类推可以测试每一层的密度。该技术的采用的是相对法，对于质量的测试需要用到专业且精密的仪器，此外，对于燃料电池双极板来说很难进行研磨称重测试。
7.现有技术cn110361313b《一种定量评价磷化膜孔隙率的电化学测试方法》所记载的技术方案中将带有磷化膜的钢试样置于电解液中进行电化学交流阻抗试验，得到
nyquist图和bode图，然后利用步骤nyquist图拟合出基体金属低碳软钢试样在该电解质溶液中的以及磷化膜试样在电解液中的界面微分电容cdl；再结合bode图拟合出磷化膜在交流阻抗测试频率范围内从高频至穿透相位或穿透频率所对应的实验频率点数n'，然后根据这些所得参数计算孔隙率。该技术存在的问题是既需要对样品进行电化学预处理，又需要用到专业的参数及复杂的计算，过程十分繁琐，因此在评估效率和操作难度方面有极大的限制。
技术实现要素：8.发明目的：为了解决现有技术问题，实现不锈钢双极板表面涂层致密度的评估，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足及已有技术的应用改进，提供一种测试不锈钢双极板表面涂层致密度的方法。
9.技术方案：为达到上述目的，本发明提出一种测试不锈钢双极板表面涂层致密度的方法，该方法包括以下步骤：
10.(1)配置特制测试溶液：将5-10ml质量分数为70-98％的硫酸、5-10ml质量分数为30-50％的氢氟酸和5-10ml质量分数为20-45％的盐酸分别在搅拌下加入到50-100ml水中，称取5-10g铁氰化钾溶于该酸性溶液中；
11.(2)选取测试的含表面涂层的不锈钢双极板样品，将其裁剪为预设形状；
12.(3)使用酒精超声清洗测试的样品，吹干，准备格网格滤纸；
13.(4)将网格滤纸先在步骤(1)配置的溶液中浸润，贴敷在所测样品的表面涂层上，并滴上一滴步骤(1)配置的溶液在格网格滤纸上，根据不同时间出现蓝点的数量和面积判读样品的致密度性能。
14.优选的，所述步骤(2)中，所述表面涂层为碳基涂层、氮化物涂层、碳化物涂层、贵金属涂层、聚合物涂层中的任一种。
15.优选的，所述步骤(2)中，将测试样品裁剪为2cm
×
2cm大小的正方形。
16.优选的，所述步骤(3)中，格网格滤纸为1cm
×
1cm的25格网格滤纸，每一格为0.04cm2。
17.优选的，步骤(4)中，根据不同时间出现蓝点的数量和面积判读表面涂层的致密度性能的方法如下：
18.滴定后观察并记录预设时间内滤纸上蓝色斑点数n和蓝色斑点面积s；
19.若预设时间内，n＜5，s＜0.1cm2，则该表面涂层的致密度为第一级；
20.若预设时间内，n＞5，0.1cm2＜s＜0.25cm2，则该表面涂层的致密度为第二级；
21.若预设时间内，n＞5，0.25cm2＜s＜0.5cm2，则该表面涂层的致密度为第三级；
22.若预设时间内，n＞5，s＞0.5cm2，则该表面涂层的致密度为第四级，
23.上述级别越高，则表面涂层的致密度越差。
24.所述步骤(1)是配置特制测试溶液，所述样品为不锈钢双极板表面涂层的任一种，双极板涂层的实际工作中一般处于酸性环境，具有一定的耐蚀性，所以必须添加具有极强腐蚀性的硫酸、盐酸，尤其是氢氟酸，加快样品的腐蚀，来减少样品的测试时间，而铁氰化钾会与不锈钢基底中的铁发生反应变成蓝色；其次由于制备不同涂层的基底预处理条件不同，需要降低涂层基底钢种表面的钝化膜对测试造成的影响，此配方提升了评估效率和准
确率。此外，由于测试溶液不稳定，一般采取现配现用。
25.所述步骤(2)是出于多个样品共同测试要求，一方面可以减少样品损耗，一方面方便操作，可以同时进行多个样品的测试，样品可根据实际使用条件进行改变，其中使用酒精超声清洗是为了去除样品表面污染物。
26.上述步骤(3)是出于对测试样品的考虑。燃料电池双极板由于其服役环境要求，本身存在一定疏水性，若直接将溶液滴到涂层表面，会导致测试溶液聚集在一起，很难控制每次测试溶液测试的面积。且因涂层一般具有疏水性，测试溶液的浸润性不足，难以平铺，不便于观察颜色的变化，所以使用1cm
×
1cm的25格网格滤纸，每一格0.04cm2，最后滴入一滴测试溶液，是为了防止滤纸中的测试溶液不足。
27.上述步骤(4)中原理是在不锈钢双极板表面涂层体系中，若涂层不够致密，则双极板基底中的铁会与通过缺陷进入涂层内部的测试溶液中的铁氰化钾会发生如下化学反应：
28.2h
+
+fe＝fe
2+
+h2↑
29.3fe
2+
+2[fe(cn)6]
3-＝fe3[fe(cn)6]2↓
[0030]
根据反应生成蓝点的时间、数量和面积，来定性评估涂层的致密度，比如所述生成蓝点的实际取10min，则判断方法如下：
[0031]
若10min内，滤纸表面蓝色斑点数(n)＜5，蓝色斑点面积(s)＜0.1cm2，则该样品致密度为第一级；
[0032]
若10min内，滤纸表面蓝色斑点数(n)＞5，0.1cm2＜蓝色斑点面积(s)＜0.25cm2，则该样品致密度为第二级；
[0033]
若10min内，滤纸表面蓝色斑点数(n)＞5，0.25cm2＜蓝色斑点面积(s)＜0.5cm2，则该样品致密度为第三级；
[0034]
若10min内，滤纸表面蓝色斑点数(n)＞5，蓝色斑点面积(s)＞0.5cm2，则该样品致密度为第四级。
[0035]
上述级别越高，则致密度越差，级别越低，则致密度越好，当然上述时间不限制，取值可以为2min～20min。
[0036]
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
[0037]
(1)本发明涉及的快速评价方法的原理与核心是不锈钢基底中的铁会与通过涂层缺陷进入涂层内部的测试溶液中的铁氰化钾发生反应，在滤纸上生成蓝色斑点。
[0038]
(2)本发明溶液配方专门用于测试不锈钢双极板表面涂层，直接可以通过控制测试面积和测试时间，对同种或不同不锈钢双极板表面涂层的致密度进行同时测试比较。
[0039]
(3)本发明所要求的溶液及仪器设备简单易操作，极大程度上减少了对涂层进行其他致密度表征所需的时间和成本，能够快速的判断不锈钢双极板表面涂层的致密度。
[0040]
(4)本发明的技术方案在燃料电池双极板涂层的致密度评估分析中具有广阔的应用前景，能适用于绝大多数不锈钢双极板表面涂层，实用性强。
附图说明
[0041]
图1是本发明技术方案示意图；
[0042]
图2是本发明技术方案的流程图。
具体实施方式
[0043]
以下结合具体的实施例对上述方案做进一步说明，但本发明不限于这些实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的一种燃料电池不锈钢双极板表面涂层的致密度的评价方法，都属于本发明的保护范围。本发明的优选实施例详述如下：
[0044]
为了帮助本领域的技术人员进一步理解本发明，掌握快速评价燃料电池金属双极板涂层的方法机制，提供实施此案例一。
[0045]
实施例一：
[0046]
在本实施例中，以某种不锈钢基底加工碳涂层a作为研究对象，对该涂层样品进行三组同时平行测试，具体步骤为：
[0047]
步骤1：将待测试样品裁剪为2cm
×
2cm大小，并用酒精超声清洗干净后吹干备用；
[0048]
步骤2：裁剪好大小为1cm
×
1cm的网格滤纸，将其浸泡在已经配置好的测试溶液中，取已经浸渍溶液的滤纸涂敷于已经清洗好的待测样上面，并滴上一滴溶液在滤纸上；
[0049]
步骤3：观察并记录前10min滤纸颜色的变化，取出滤纸，观察蓝点出现的情况。
[0050]
在本实例中，测试前期贴敷在该样品上的滤纸颜色几乎没有变化，未出现肉眼可见的蓝点。待测试10min后，取下滤纸，观察到滤纸上方出现蓝点均小于5个，滤纸表面蓝色斑点数(n)＜5，蓝色斑点面积(s)＜0.1cm2，这表明该涂层致密度为第一级。
[0051]
实施例一主要提供了一种在使用本方法测试致密度优秀的涂层的情况，考虑到实际应用过程中不同的涂层之间存在致密度的显著区别，提供实施例二和实施例三。
[0052]
实施例二：
[0053]
在本实施例中，以某种不锈钢基底加工氮化钛涂层b作为研究对象，重复了三个平行样，评价方法与实施例一基本相同：
[0054]
步骤1：将待测试样品裁剪为2cm
×
2cm大小，并用酒精超声清洗干净后吹干备用；
[0055]
步骤2：裁剪好大小为1cm
×
1cm的网格滤纸，将其浸泡在已经配置好的测试溶液中，取已经浸渍溶液的滤纸涂敷于已经清洗好的待测样上面，并滴上一滴溶液在滤纸上；
[0056]
步骤3：观察并记录前10min滤纸颜色的变化，取出滤纸，观察蓝点出现的情况。
[0057]
本实例中，浸泡测试溶液的滤纸贴敷在该试样上后，平行试样1、3上方均出现明显的蓝色(3min左右)。待测试时间达到10min后，取下滤纸，滤纸上三个试样的蓝点已经明显超过5个，平均蓝点面积大于0.25cm2但小于0.5cm2，说明该涂层致密度为第三级。
[0058]
实施例三：
[0059]
在本实施例中，以某种不锈钢基底加工点状金涂层c作为研究对象，重复了三个平行样，评价方法与实施例一基本相同：
[0060]
步骤1：将待测试样品裁剪为2cm
×
2cm大小，并用酒精超声清洗干净后吹干备用；
[0061]
步骤2：裁剪好大小为1cm
×
1cm的网格滤纸，将其浸泡在已经配置好的测试溶液中，取已经浸渍溶液的滤纸涂敷于已经清洗好的待测样上面，并滴上一滴溶液在滤纸上；
[0062]
步骤3：观察并记录滤纸颜色的变化，取出滤纸，观察蓝点出现的情况。
[0063]
本实例中，当浸渍测试溶液的滤纸贴敷在试样上时，一分钟内滤纸上便有大量的蓝点生成，因此决定观察2min后滤纸颜色的变化。2min后取下滤纸，三个滤纸上已经成片的
出现了蓝点，蓝点面积超过0.5cm2，表明该涂层的致密度为第四级。
[0064]
在以上三个实例中，包含了对碳涂层a、氮化钛涂层b、点状金涂层c三种不同致密度涂层的评价，通过不同的评价时间和结果中不同的蓝色区域面积快速得到了致密度排序：点状金涂层c＜氮化钛涂层b＜碳涂层a，这表明该方法可以适用于不锈钢双极板表面各种不同的涂层，只需要经过便捷的操作，即可迅速实现涂层致密度的评价。同时，可以根据镀层实际测试时的蓝点变化控制测试时间。若是两种涂层的致密度都较好且较为接近，则可继续延长滤纸在试样上的贴敷时间；同理，若是两种涂层的致密度都较差且较为接近，则可缩短滤纸在试样上的贴敷时间，这也使得本发明专利有效达到了前述发明目的。