[发明专利]一种甲醇环境耐蚀耐磨导电六硼化镧复合碳薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种甲醇环境耐蚀耐磨导电六硼化镧复合碳薄膜，是采用多靶磁控溅射沉积系统，在基体表面依次沉积Cr层、CrN层、CrC层、CrC_x(LaB₆)_y、Cx(LaB₆)_y而得。本发明在基底表面引入稀土元素Cr、La，不仅可以形成非晶纳米晶复合结构，同渐变同层结构的多界面共同作用，提高了基底的耐腐蚀性能；六硼化镧的多电子发生性能提高了等离子离化率，促进碳结构的石墨化，提高复合薄膜的导电性能；通过多层结构设计形成多界面阻隔层，防止多次冲击磨损导致的裂纹，为腐蚀液体提供离子通道的可能，并提高了基底承载力；利用高功率脉冲磁控溅射技术，赋予Cr更高的离化率和离子能量，形成多层结构与基底的高强度粘结。

技术领域

本发明涉及一种六硼化镧基复合碳薄膜制备方法，尤其涉及一种甲醇环境耐蚀耐磨导电六硼化镧基复合碳（Cr/CrN/CrCx(LaB₆)_y/Cx(LaB₆)_y）薄膜制备方法，主要用于甲醇内燃机、燃料电池双极板等核心关键部件，属于真空镀膜和表面工程领域。

背景技术

直接甲醇燃料电池是洁净能源发展的重点方向之一。现有的燃料电池采用石墨双极板，质量占比中，体积大，限制了燃料电池的能量密度和续航能力。采用金属双极板虽然可以实现轻量化，但是甲醇燃料电池双极板的寿命受到化学过程中产生的甲酸的限制。因此，要提高双极板的服役寿命，需要发展甲醇燃料电池双极板高性能薄膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种甲醇环境耐蚀耐磨导电六硼化镧复合碳薄膜的制备方法。

一、六硼化镧复合碳薄膜

本发明甲醇环境耐蚀耐磨导电六硼化镧复合碳薄膜，是在钛合金、不锈钢基体表面依次沉积Cr粘结层、CrN层、CrC层、CrC_x(LaB₆)_y、Cx(LaB₆)_y而得，记为（Cr/CrN/CrC_x(LaB₆)_y/Cx(LaB₆)_y）。

六硼化镧复合碳薄膜的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）在多靶磁控溅射沉积系统的真空腔体中，对称放置Cr靶材、六硼化镧靶材和一对石墨靶材；

（2）将被镀工件经碳氢清洗除去油污、锈斑后放入镀膜真空室的旋转工装，并保持其360 °可旋转；

（3）将镀膜真空室抽真空至10^-4 Pa，打开旋转工装，让其以2圈每分钟的速度旋转；打开高压脉冲电源，通入氩气和氢气，并控制氩气和氢气的流量比为1:1；调控气压保持2~3Pa，偏压3000 V，频率500 Hz，占空比5%，清洗25~30 分钟；

（4）关闭氢气和高压脉冲电源，保持氩气1.0~ 1.2Pa；打开直流脉冲电源，调控偏压500~650 V，占空比40~80%，频率20 KHz；打开Cr靶，在电压550~700 V，脉冲频率0.5~1Hz，沉积Cr粘结层；沉积时间25~30分钟，Cr粘结层厚度400~500nm；

（5）保持上述条件不变，调整偏压电源80~120 V，通入氮气，并控制氩气和氮气流量比例3:1，保持气压1.0~1.2 Pa，沉积CrN层；沉积时间5~10分钟；积CrN层厚度100~150nm；

（6）关闭氮气并打开石墨靶，控制电流10~12 A，占空比80%，频率40 KHz，保持其他条件不变，沉积CrC层；沉积时间20~25 分钟，CrC层的厚度300~400nm；