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双极板(bipolarplate,BP)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组成部件之一,其成本和重量分别约占PEMFC电堆的45%和80%,寻找廉价、性能优异的双极板材料及制备方法,降低其成本和重量,对推动PEMFC的大规模应用具有重要意义。具有密度低、强度高、耐蚀性好等诸多优点的薄层钛板在提高PEMFC电堆的重量比功率上优势显著,在PEMFC的商业化进程中具有广阔的应用前景。钛板表面易产生钝化膜导致接触电阻增大,因而使用前必须进行改性。本论文在综述钛板改性现状的基础上,以提高耐蚀性和降低接触电阻为目标,通过多弧离子镀技术在工业纯钛上制备了 Nb基三明治结构涂层,借助物理分析和电化学测试技术对制备工艺进行了优化。(1)在钛基底表面制备了完整、致密的NbN涂层,涂层成分主要为NbN0.95相。制备过程中偏压对形貌影响不大,但氮气流量的增大会使缺陷增多。测试结果表明,偏压为300 V、氮气流量为200 sccm时性能最佳,此时模拟阴极和阳极侧腐蚀电流密度分别为 22.89 μA cm-2(@0.6 V,vs.SCE)和-8.12 μA cm-2(@-0.1 V,vs.SCE);1.5 MPa 下的接触电阻为7.2 mΩcm2,且经阴、阳极恒电位极化后没有很高提升。(2)通过Ti的引入,在钛基底表面制备了(Ti,Nb)N涂层。Ti的引入使NbN涂层中的NbN0.95相转变为NbN相,耐蚀性有了很大提高,制备时,Nb靶电流减小,缺陷也相应减少。其中Nb靶电流为50 A时性能最佳,模拟阴极、阳极腐蚀电流分别降至14.8 μA cm-2(@0.6 V,vs.SCE)和-0.83 μA cm-2(@-0.1 V,vs.SCE),点蚀现象也明显减弱;1.5 MPa下的接触电阻降至3.6 mΩ cm2,已接近商业化水平,且经恒电位极化后均小于 10 mΩ cm2。(3)在钛基底表面制备了 NbC涂层,表面成分主要为类石墨碳、非晶态NbC。表面完整致密缺陷较少,随C含量增多而趋于平整。C靶电流为70 A时性能最优,此时模拟阴极和阳极腐蚀电流密度分别下降至19.8μA cm-2(@0.6 V,vs.SCE)和-3.2 μA cm-2(@-0.1 V,vs.SCE),对动电位的相应稍有不足;而其耐久性提升较大,腐蚀电流密度随时间持续下降,阴极和阳极分别降至2.0 μA cm-2和-1.3 μA Cm-2;1.5 MPa下的接触电阻下降至4.0 mΩ cm2。