本发明涉及燃料电池金属双极板的表面改性涂层，具体涉及一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层及制备方法。
背景技术：
1、双极板是质子交换膜燃料电池的核心组成部件，在电堆中起结构支撑、分隔氢气和氧气、导热、导电、提供氢气和氧气通道等重要作用；其中金属材质的双极板以其成本低、加工周期短等优势被广泛应用。金属双极板的基材通常使用ti、316l不锈钢，易在燃料电池环境下发生腐蚀，造成双极板穿透、电池损坏报废。
2、通常的手段是在金属双极板表面采用真空镀膜技术制备耐腐且导电的涂层，常见的涂层材料有ti/nb/cr/ta/w及其氮化物、au、c等，其中c涂层以其优越的性能和较低的成本，成为当前主流的涂层之一。
3、c涂层常见的制备方法有磁控溅射、多弧离子镀等，所制备的c涂层中sp2键和sp3键以一定的比例存在，调配不同的比例可使涂层呈现不同的性能。目前市面c涂层的接触电阻性能较好，大多数可以在1.0mpa下达到≤5mω·cm2，目的是保证电堆的输出功率；同时在低电位下的耐腐蚀性可以满足大多数工况条件，例如在ph＝3环境下0.8v(she)电位的腐蚀电流密度≤1μa/cm2；但是面对电堆在启停、活化等极端高电位工况，多数c涂层的耐腐蚀性较差，例如1.6v(she)时，腐蚀电流密度通常在100μa/cm2以上，且高电位腐蚀后的接触电阻也大幅上升，例如经过1.6v/10h腐蚀后的接触电阻上升至20mω·cm2，接触电阻变化率在300％以上，会大大降低电堆后续的输出功率及寿命。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层及制备方法。本发明的制备方法制备的c涂层在保证接触电阻和低电位耐腐蚀性能的前提下，同时在高电位下具有良好的耐腐蚀性。
2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
3、本发明一方面提供了一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)提供一涂层炉和一衬底，该涂层炉中设有阳极层离子源、金属溅射靶、石墨电弧靶；所述涂层炉具有闭合非平衡磁场，所述石墨电弧靶具有磁过滤功能；
5、(2)将衬底进行超声波清洗；
6、(3)将衬底装载至涂层炉中，调节衬底与靶材的距离；
7、(4)利用阳极层离子源对衬底进行离子清洗；
8、(5)向涂层炉中通入氮气，开启金属溅射靶和基体偏压，制备金属氮化物涂层；
9、(6)开启石墨电弧靶制备c涂层。
10、进一步的，步骤(2)中，经过超声波清洗，衬底的表面达因值≥52。
11、进一步的，步骤(3)中，靶材与衬底的距离为70mm～160mm。
12、进一步的，步骤(4)中，离子清洗的过程为：将涂层炉真空抽引至1×10-1pa以下时，开启炉腔加热，温度为80℃～200℃，通入ar气体，并开启阳极层离子源和基体偏压，利用ar+对衬底进行离子清洗30min。
13、进一步的，步骤(5)中，离子清洗结束后，保持炉腔温度80℃～200℃，通入ar和n2气体，开启金属溅射靶和基体偏压，制备金属氮化物涂层。
14、更进一步的，步骤(5)中，ar、n2的气体流量比为15：1～15：15，气压为0.5pa～1pa，溅射功率为1kw～5kw，偏压为-50v～-300v。
15、进一步的，步骤(6)中，金属氮化物涂层制备结束后，关闭炉腔加热，待温度≤80℃后，通入ar气体，开启石墨电弧靶制备c涂层；该步骤中的气压为0.2pa～1pa，靶电流为50a～100a，基体偏压为-50v～-200v，基体偏压电流为5a～20a。
16、本发明另一方面提供了一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层，包括设置于衬底上的过渡涂层和设置于过渡涂层上的c涂层；所述过渡涂层为金属氮化物涂层，所述c涂层是由sp2和sp3价态c构成的非晶态结构，其中，sp3键比例为45％-75％。
17、进一步的，所述过渡涂层的材料为氮同金属ti、nb、cr、ta、w中的任意一种构成的金属氮化物。
18、进一步的，所述过渡涂层的厚度为50nm～600nm，且氮原子：金属原子＝0.1～0.3；所述c涂层的厚度为50nm～400nm。
19、本发明的有益效果是：
20、本发明的制备方法中的涂层炉的炉体具有闭合非平衡磁场，配合磁控溅射以及电弧沉积工艺中的特定参数，可以大大提高离化率，使得弧斑更加细化，颗粒更小更少，制备的涂层更加细腻。
21、本发明采用石墨电弧靶，其具有磁过滤功能，配合特定的靶电流、基体偏压、基体偏压电流，可减少涂层中的大颗粒，提升涂层性能。
22、本发明的制备方法制备的c涂层在保证接触电阻和低电位耐腐蚀性能的前提下，同时在高电位下具有良好的耐腐蚀性。
23、本发明的双极板涂层的性能如下：
24、1、1.0mpa时接触电阻＜3mω·cm2；
25、2、动电位腐蚀电流密度0.6v＜0.5μa/cm2；
26、3、1.4v/10h腐蚀电流密度＜15μa/cm2；
27、4、1.4v/10h腐蚀后，接触电阻＜4mω·cm2；
28、5、1.4v/10h腐蚀后，接触电阻电阻变化率＜50％。
1.一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，经过超声波清洗，衬底的表面达因值≥52。
3.根据权利要求1所述的一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，靶材与衬底的距离为70mm～160mm。
4.根据权利要求1所述的一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，离子清洗的过程为：将涂层炉真空抽引至1×10-1pa以下时，开启炉腔加热，温度为80℃～200℃，通入ar气体，并开启阳极层离子源和基体偏压，利用ar+对衬底进行离子清洗30min。
5.根据权利要求1所述的一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，离子清洗结束后，保持炉腔温度80℃～200℃，通入ar和n2气体，开启金属溅射靶和基体偏压，制备金属氮化物涂层。
6.根据权利要求5所述的一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，ar、n2的气体流量比为15：1～15：15，气压为0.5pa～1pa，溅射功率为1kw～5kw，偏压为-50v～-300v。
7.根据权利要求1所述的一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，金属氮化物涂层制备结束后，关闭炉腔加热，待温度≤80℃后，通入ar气体，开启石墨电弧靶制备c涂层；该步骤中的气压为0.2pa～1pa，靶电流为50a～100a，基体偏压为-50v～-200v，基体偏压电流为5a～20a。
8.一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层，其特征在于，包括设置于衬底上的过渡涂层和设置于过渡涂层上的c涂层；所述过渡涂层为金属氮化物涂层，所述c涂层是由sp2和sp3价态c构成的非晶态结构，其中，sp3键比例为45％-75％。
9.根据权利要求8所述的一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层，其特征在于，所述过渡涂层的材料为氮同金属ti、nb、cr、ta、w中的任意一种构成的金属氮化物。
10.根据权利要求8所述的一种耐高电位腐蚀长寿命燃料电池金属双极板涂层，其特征在于，所述过渡涂层的厚度为50nm～600nm，且氮原子：金属原子＝0.1～0.3；所述c涂层的厚度为50nm～400nm。
