金属双极板板经过 落料、冲压、焊接、超声清洗、烘干,然后挂上支架。
金属板清洗流程为碱洗-去离子水超声清洗-酸洗-去离子水超声清洗-酒精超声清洗-烘干。本文主要介绍下金属双极板磁控溅射镀膜设备,金属双极板在镀膜前需要经过落料、冲压、焊接、超声清洗、烘干等,然后挂上支架等待进入镀膜设备。
金属双极板磁控溅射镀膜设备,一般分为进炉室、前处理室、第一镀膜室、第二镀膜室、后处理室、出炉室。
磁控溅射镀膜技术原理,可以参考《燃料电池电堆之双极板(五)》
金属双极板板经过 落料、冲压、焊接、超声清洗、烘干,然后挂上支架。
金属板清洗流程为碱洗-去离子水超声清洗-酸洗-去离子水超声清洗-酒精超声清洗-烘干。
1.金属双极板磁控溅射镀膜设备
一般分为进炉室、前处理室、第一镀膜室、第二镀膜室、后处理室、出炉室。
多腔室复合镀层设备示意
设备示意
- 金属双极板镀膜设备
(1)进气炉:
将装炉区内挂好的金属双极板的支架推入进炉室,进气炉底部设有两个孔径不同的抽气孔,预抽气时,先从小孔抽到3-7kpa,再用大孔抽到预设的真空度1-10pa;
为防止抽真空时空气扰动影响双极板表面质量,需要控制抽气速度,因此设计了两个孔径不同的抽气口。这种设计是由于抽气口大更容易引起气流的紊乱和扰动,预抽气如若采用大孔径抽气口将导致空气中颗粒随急速气流扬起而污染挂在转架上的金属极板;
(2)前处理室(过渡室);
前处理室设置热辐射加热装置,其作用为使得双极板在沉积薄膜前温度调整到合适温度,有利于提高膜的质量和改善膜的微观结构,还可以将清洗阶段残留的液体烘干;设置用于轰击金属双极板表面进行预处理的离子源装置,一方面可以清洗掉黏在双极板表面的空气中的微细颗粒, 另一方面,提高了双极板的表面能,有利于下一阶段沉积薄膜;离子源电压700-1800V,开启等离子体清洗15min,加热到60-200℃,真空度为8~40*e-5Pa.
将进炉室与前处理室壁门打开,双极板随支架进入前处理室,然后前处理室与进炉室脱离,之后进行预处理。
(3)第一镀膜室:用于对金属双极板沉积第一层底层元素层,设有1-2对阴极靶材,靶材元素需要与基底(双极板如304SS)结合性能好、抗腐蚀,如钛、铬元素;
在第一镀膜室内,真空度1~3*e-5Pa,开启阴极靶材,电源电流0.5-10A,双极板随支架进行“前进-后退-前进-后退”的往返运动;
(4)第二镀膜室:对金属双极板沉积抗腐蚀导电涂层。
第二镀膜室采用2~4个分子泵提高真空度,采用1~2个离子源轰击沉积的薄膜,改变薄膜应力。
第二镀膜室内离子源与靶材相邻设置,其中靶材间隔为200—1000mm,钯基距60-160mm。 在第二镀膜室内,真空度1~3*e-5Pa,开启离子源和阴极靶材,离子源电压800-1800V,双极板随支架进行“前进-后退-前进-后退”的往返运动;在镀膜过程中,挂在支架上的双极板可以自转。
多个靶材可以采用不同的溅射方式,如第一对石墨靶阴极采用闭合场非平衡磁控靶,矩形平面磁控靶,接着是离子源,第二对采用石墨靶为采用平衡磁场矩形平面磁控靶,第三对采用闭合场非平衡磁控靶,其中非平衡方式均为相对对靶结构。采用平衡磁控与非平衡磁控交替的方法,可以使得构成硬质-软质-硬质相互交替的涂层体系,有利于避免抗腐蚀导电涂层由于应力过大的失效,避免柱状晶的生长,有利于形成致密性高的等轴晶薄膜。
在第二镀膜室沉积非晶碳涂层,具体为第一对石墨靶电源电流3A,氩气15sccm,第二对石墨靶电源电流5A,氩气流量20sccm,第三对石墨靶电源电流3啊,氩气流量15sccm.
(5)后处理室
后处理室的功能有两方面,一方面为热处理,改善薄膜内部应力的分布,另一方面,对微细孔洞缺陷进行物理方法修复;
(6)出炉室
出炉室真空度3-9kpa,配备2-3个机械泵和1-3个罗茨泵即可。