氟离子浓度对Ta/TaC/a-C多层涂层在双极板中性能的影响机制研究

本研究通过磁控溅射制备Ta/TaC/a-C多层涂层（MC），系统探究了不同F?浓度（0.1-10 ppm）在模拟质子交换膜燃料电池（PEMFC）长期运行环境中对涂层腐蚀行为与界面接触电阻（ICR）的影响。结果表明，高F?浓度会通过形成半电离C–F键促进OH?吸附，加速碳氧化反应（COR），但涂层仍保持98.72%的防护效率，为PEMFC长效服役环境下非晶碳腐蚀机制提供重要参考。

　　

Section snippets

Sample preparation and characterization

Ta/TaC/a-C多层涂层（简称MC）通过磁控溅射技术沉积于316L不锈钢基体（0.3 mm × 20 mm × 20 mm）和单晶硅片（111）表面。基体经乙醇、丙酮和去离子水超声清洗后，在高纯度氩气（99.99%）氛围中完成沉积，硅片用于观测涂层厚度与截面形貌特征。

Microstructural characterization and adhesion evaluation

图3展示了MC涂层覆盖的316L表面形态，呈现致密均匀的特性。涂层总厚度约616.2 nm，其中Ta、TaC和a-C亚层分别厚约102.1 nm、227.4 nm和286.7 nm。截面形貌显示涂层具有被抑制的柱状生长结构，此类结构常见于金属基涂层，会增加孔隙率但提升结合强度。

Conclusions

综上，F^?浓度对磁控溅射制备的MC涂层表面形貌、微观结构、耐腐蚀性和导电性具有显著影响。F^?浓度与MC的耐腐蚀性和导电性呈反比关系。当F^?浓度从0.1 ppm升至10 ppm时，MC的腐蚀电流密度（I_corr）从4.11 × 10^?9 A·cm^?2增至1.33 × 10^?7 A·cm^?2，腐蚀前界面接触电阻（ICR）从6.08 mΩ·cm²上升至13.53 mΩ·cm²。