Ионно-лучевое и ионно-плазменное модифицирование поверхности токовых коллекторов топливных элементов

Abstract

В работе представлены результаты исследования микроструктуры, состава и коррозионных свойств поверхности нержавеющей стали с покрытиями на основе хрома, получаемыми двумя методами вакуумного осаждения – ионно-ассистируемым и ионно-плазменным. Покрытия формировались с целью достижения коррозионной устойчивости изготовленных из нержавеющей стали токовых коллекторов топливных элементов с мембранным полимерным электролитом. Ионно-лучевое формирование поверхностных слоев с применением технологии ионно-ассистируемого осаждения (IBAD) осуществлялось осаждением хрома, а также поочередно хрома и олова из плазмы вакуумного электродугового разряда в режиме, при котором в качестве ассистирующих процессу осаждения используются ускоренные ионы осаждаемого металла. Ионно-плазменное формирование покрытий проведено осаждением из катодно-дуговой эрозионной плазмы, генерируемой дуговым источником с катодом из хрома, в среде реакционноспособных газов: азота – для получения покрытий нитрида хрома и углерод-кислородсодержащего газа – для получения покрытий из оксикарбида хрома. Установлено, что слои, сформированные методом IBAD, повторяют морфологию поверхности подложки, их толщина составляет ~100 нм. Микроструктура хромсодержащих покрытий, получаемых ионно-плазменным осаждением, зависит от рода покрытия, толщина покрытий составляет ~2 мкм. В состав формируемых поверхностных слоев входят атомы осаждаемых металлов, углерода, кислорода, азота и компонентов стальной подложки. Коррозионная стойкость модифицированной поверхности в условиях работы топливного элемента с мембранным полимерным электролитом Nafion зависит от состава поверхностного слоя и метода его формирования.