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摘 要

本文采用了磁控溅射设备分别制作了镀膜时间5400s时与7200s时的样品，然后观察sp2膜的表面SEM及截面SEM图像,测试了两种sp2镀膜的电导率以及接触电阻，得出以下结论，当镀膜时间增加的时候，样品的电导率也会相应增加。并且当镀膜时间增加的时候，sp2膜的表面电导率反而会减小。7200s与5400s时的SEM均呈现出明显的间隙，7200s时的晶粒尺寸要明显大于5400s时的晶粒尺寸。7200s时的膜的厚度要比5400s时的大，7200s时的膜的截面是均匀并且致密的，而5400s时的sp2膜呈现出巨大的柱状晶，组织不均匀，上表面的最后沉积组织的柱状晶要大于下表面的柱状晶。随着镀膜时间的增加，膜的腐蚀电流密度要减小，耐腐蚀性能要增加，并且，从金相电子显微镜得到的图像显示，镀膜时间长的组织的腐蚀程度要明显低于镀膜时间短的。

关键词：磁控溅射 sp2膜 接触电阻 电导率 腐蚀电流密度

Preparation ,electrical conductivity regulation and corrosion resistance of aluminum based C^sp2 coatings

Abstract

The magnetron sputtering equipment were made on the coating time 5400s and 7200 s samples, and observe their SEM of surface and SEM of cross-section, tested their conductivity and contact resistance, draws the following conclusion, with the increase of coating time, the conductivity of the samples increase. The surface conductivity of the film decreases with the increase of coating time. SEM of 7200s and 5400s are both showing a clear gap, when the grain size of 7200s is significantly larger than the size of the grain size of 5400s. 7200s film thickness ratio 5400s, cross-section of 7200 membrane is uniform and dense, and Sp2membrane 5400s showing huge columnar crystal, inhomogeneous structure, on the surface of the tissue deposition of columnar crystal to greater than under surface of columnar crystal. With the increase of coating time, the corrosion resistance of the film should be increased, and the image obtained from the metallographic microscope showed that the corrosion degree of the coating time was significantly lower than that of the coating time.

Key Words: magnetron sputtering equipment; sp2 membrane ; contact resistance; conducti；Corrosion current density

目 录

摘要 2

ABSTRACT 3

第一章 绪论 4

1.1引言 4

1.2双极板的作用及性能要求 5

1.3几种流行的双极板材料简介 5

1.3.1 石墨板 5

1.3.2金属基复合双极板 6

1.3.3碳基复合材料双极板 6

1.3.4金属板 7

1.4磁控溅射技术简介 9

1.4.1磁控溅射工艺简介及特点 9

1.4.2磁控溅射镀膜工艺 9

1.5铝基C^sp2镀膜的研究前景 10

第二章 实验方案 11

2.1实验材料及材料的前处理 11

2.1.1实验材料 11

2.1.2试样前处理 11

2.2 C^sp2 镀层的制备 11

2.2.1设备 11

2.2.2镀层过程 12

2.3 sp2涂层的分析方法 12

2.3.1用SEM分析sp2涂层的组织以及表面形貌 12

2.3.2测试sp2膜的表面接触电阻 13

2.3.3电导率的测试 13

2.3.4腐蚀电流密度的测量 14

2.3.5用金相显微镜来观察腐蚀前后的形貌 15

第三章 实验结果的分析与讨论 17

3.1 sp2涂层的表面形貌的分析 17

3.2 sp2的截面形貌的分析 18

3.3 sp2涂层的接触电阻的变化规律 19

3.4 sp2膜的电导率变化 20

3.5 sp2膜的腐蚀电流密度 20

3.6镀层的腐蚀前后的形貌分析 22

第四章 结论与展望 25

4.1结论 25

4.2展望 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪论

1.1 引言

燃料电池是一种能量转换装置。它利用的是有关电化学的知识，把贮藏在燃料和氧化剂中的化学能通过化学反应来变成电能，从而能被人类所利用。对于一个氧化还原反应，如[O] [R]=[P]，即氧化剂与还原剂反应生成反应产物。^[1]燃料电池的特点是高效，环境友好，安静以及运行可靠性很高。其中，质子交换膜燃料电池(PEMFC) 是通过将氢或净化重整气作为燃料，氧化剂是空气或者更高级的纯的氧气，表面可以流动气体，并且导电性还不错的材料作为双极板。有一点是该种电池的使用时间比较长，这些都为它的在生活上的运用奠定了一个基础。是军民通用的一种新型可移动电源。而双极板作为PEMFC内的重要部件之一，有着很重要的作用。通常来说，总投资的40%要用在双极板的制作上面，这阻止了PEMFC在我们日常生活中的大规模应用。所以可以得出结论，双极板的研究工作是材料学家在未来的一个很必要的工作。在金属表面镀膜来改善金属的各项性能是目前很火的一种制作双极板材料的方法。

1.2 双极板的作用及性能要求

双极板有哪些作用呢？首先，由于PEMFC里面是有气体参加反应的，比如氢气与氧气，所以说双极板要能够分开这两种气体，让其氧化还原反应能够顺利的进行。其次，双极板是用在电池中的，那么它的一个必不可少的属性便是导电性，如果不导电那就一点作用也没有。再一个不是很重要的方面是它要有比较不错的导热性，以便于电池在工作时内能的散失。还有一点需要特别强调，那便是耐腐蚀性，它工作在酸或者碱的环境中，即便是不锈钢，也会在这种环境中被腐蚀，从而失去导电性，也就没有了利用的价值了。综上所述，对双极板的性能要求还是蛮多的。

1.3 几种流行的双极板材料简介

1.3.1 石墨板

石墨板有着很久的历史，是人类开发很早的一种双极板材料，它也有其很优越的方面。石墨的加工很方便，因为它没有金属的高硬度以及高的强度。石墨的导电性更不要多说了。此外，c是一种稳定的元素，所以，我们是不需要担心它能够被酸或者碱腐蚀掉。由石墨制备的燃料电池堆可得到很好的功率密度。但这也有缺点：

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