经复合等离子渗氮与 TiN 涂层处理的 316L 双极板的耐蚀性、结合强度及导电性

《Coatings》：Corrosion Resistance, Adhesion Strength, and Electrical Conductivity of 316L Bipolar Plates Treated with Combined Plasma Nitriding and TiN Coating

　　

摘要

为了提高质子交换膜燃料电池（PEMFCs）双极板的耐腐蚀性、结合强度和电导率，本研究对316L不锈钢采用了一种复合表面处理工艺，即先进行等离子体渗氮（PN），再进行TiN涂层的电弧离子镀。该复合涂层呈现出双层结构，由约1.3 μm厚的TiN顶层和约9.2 μm厚的氮化扩散层组成。与单一TiN涂层相比，该复合涂层在阴极和阳极环境中均表现出优异的耐腐蚀性，腐蚀电流密度分别为0.069和0.422 μA·cm^?2，并在10,000 s的恒电位极化过程中保持了稳定的性能。其在140 N·cm^?2压力下的界面接触电阻为7.84 mΩ·cm²，低于美国能源部（DOE）2025年设定的10 mΩ·cm²目标值。水的接触角也有所增大，有利于水分管理。氮化中间层显著增强了TiN涂层的结合强度。这些研究结果证实，等离子体渗氮与TiN涂层序贯组合是提升PEMFC应用不锈钢双极板耐腐蚀性、电导率和结合强度的有效策略。