Tecnología de deposición de recubrimiento de placa bipolar de metal

EnMembrana de intercambio de protonesceldas de combustible,placas bipolares de metalson muy susceptibles a la degradación de la corrosión y el rendimiento debido a las duras condiciones internas, por lo que los recubrimientos funcionales deben prepararse en sus superficies para cumplir con los requisitos de rendimiento y durabilidad.

La aplicación de la tecnología de recubrimiento es amplia y diversa, incluidos recubrimientos de metales preciosos como oro, platino, rutenio e iridio, así como recubrimientos de carbono y recubrimientos compuestos de carbono. La selección y aplicación de materiales de recubrimiento depende de las propiedades del sustrato y del rendimiento requerido, como conductividad, estabilidad química o resistencia a la corrosión.

Materiales de recubrimiento para placas bipolares de metal

Entre ellas, las placas de titanio utilizan principalmente soluciones de recubrimiento de oro, y también hay recubrimiento de carbono. Dado que las placas de titanio se usan principalmente en aplicaciones de alta gama, como la investigación universitaria, los submarinos y los barcos, el enchapado de oro se selecciona ampliamente debido a su alta confiabilidad.

Además, los sustratos de acero inoxidable a menudo se usan en aplicaciones más económicas, principalmente utilizando revestimiento de carbono, especialmente recubrimientos de carbono compuestos (los recubrimientos de carbono compuestos pueden contener materiales compuestos de nitruro de titanio, óxido de titanio o carburo de titanio).

Métodos de preparación de recubrimiento y formación de películas

Desde la perspectiva de las rutas del proceso de recubrimiento, actualmente hay cuatro rutas de proceso diferentes para diferentes paraplaca bipolar de metal: Electroplatación, enchapado químico (por ejemplo: enchapado en caliente, pulverización de pintura, pulverización), CVD (deposición de vapor químico) y PVD (deposición física de vapor).

En la actualidad, el proceso de PVD se usa más comúnmente en recubrimientos de placas de metal en China. El recubrimiento que utiliza el proceso de PVD tiene alta pureza y buena densidad, y el recubrimiento está firmemente unido al sustrato. El recubrimiento no se ve afectado por el material del sustrato y es una tecnología ideal de modificación de la superficie de la placa bipolar de metal.

Antes de la deposición de recubrimiento, la descarga de brillo de iones de argón se puede realizar primero, que se usa principalmente para la limpieza y activación de la superficie. Al ionizar los iones de argón a alto voltaje, utilizando su ligero impacto y efecto de pulverización, la superficie de la placa de fieltro de titanio/titanio está grabada para eliminar óxidos y contaminantes, exponiendo una superficie fresca para la posterior deposición de recubrimiento.

1. Arco de cátodo

La tecnología de arco de cátodo es una tecnología de PVD típica y eficiente que utiliza la descarga de arco en un entorno de vacío para evaporar e ionizar los materiales objetivo de cátodo sólido, y a través del efecto de fortalecimiento del plasma, estos iones vuelan a la superficie del sustrato anódico y se depositan en una película.

En este proceso, el ARC a alta temperatura evapora el material objetivo del cátodo a alta temperatura para formar vapor de metal, que luego se ioniza en iones de alta energía bajo la acción del campo eléctrico. Estos iones se aceleran por el campo eléctrico y golpean la superficie del sustrato con alta energía cinética, logrando así la deposición del recubrimiento de la placa bipolar metálica.

El arco del cátodo no solo es adecuado para recubrimientos de metal, sino que también se puede usar para preparar compuestos y otras películas de aleación, como recubrimientos compuestos, carburo de titanio, nitruro de titanio, etc.

2. MS/PFS Magnetron pulverizando

La pulverización de magnetrón MS/PFS también es una tecnología de PVD avanzada que puede producir recubrimientos con excelentes propiedades como alta dureza, alta resistencia al desgaste y alta resistencia a la corrosión, y puede controlar con precisión el grosor, la composición y la estructura del recubrimiento. Se usa principalmente para depositar recubrimientos de metales preciosos, como revestimiento de oro y recubrimiento de platino.

El principio básico de la pulverización del magnetrón es hacer que los electrones de alta velocidad golpeen el material objetivo para generar plasma bajo la acción combinada de los campos eléctricos y magnéticos en un entorno de vacío. Las partículas (principalmente iones) en el plasma se aceleran bajo la acción del campo eléctrico y bombardean la superficie del material objetivo, de modo que los átomos objetivo (o moléculas) obtienen suficiente energía para separarse de la superficie y finalmente depositar en el sustrato bipolar metálico para formar una película delgada.

Ventajas significativas de recubrimientos en placas bipolares de metal

▪ Mejorar la resistencia a la corrosión

En condiciones de funcionamiento de la celda de combustible de hidrógeno, especialmente la alta humedad, la alta temperatura y los ambientes ácidos-base,placas bipolares de metalson susceptibles a la corrosión. Los recubrimientos pueden formar una barrera protectora para evitar la corrosión y extender la vida útil de las placas bipolares. Por ejemplo, el uso de recubrimientos de metales preciosos como platino, oro o paladio puede prevenir efectivamente la corrosión y la oxidación.

▪ Mejorar la conductividad

Enceldas de combustibleLas placas bipolares requieren una alta conductividad para garantizar una conducción efectiva de la corriente. A través de los recubrimientos, se puede reducir la resistencia de la superficie del metal, se puede mejorar la eficiencia de conducción de la corriente y se puede mejorar el rendimiento de las celdas de combustible. Por ejemplo, el revestimiento de plata o el recubrimiento de cobre pueden mejorar la conductividad de los metales.

▪ Reducir la fuga de gas

El hidrógeno y el oxígeno en las celdas de combustible deben distribuirse de manera efectiva a través deplacas bipolares. Los recubrimientos pueden ayudar a sellar superficies metálicas, evitar fugas de gas y garantizar la eficiencia de funcionamiento y la seguridad de las celdas de combustible.

▪ Mejorar la resistencia mecánica

El recubrimiento también puede mejorar la resistencia mecánica de la placa bipolar, reducir el daño causado por la presión del gas, la expansión térmica o el impacto físico, y garantizar la estabilidad estructural de la placa bipolar en uso a largo plazo.

▪ Reducir la permeación de hidrógeno

En algunos casos, el hidrógeno puede impregnar en elplaca bipolarEl material, especialmente durante el uso de placas bipolares metálicas, donde el hidrógeno puede causar fragilización metálica. El recubrimiento puede prevenir efectivamente la permeación de hidrógeno y garantizar la confiabilidad a largo plazo de la placa bipolar.