一種燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備及其鍍膜方法與流程

本發明涉及燃料電池金屬極板表面改性領域，尤其是涉及一種燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備及其鍍膜方法。

背景技術：

真空鍍膜是指在真空環境下，將某種金屬或金屬化合物以氣相的形式沉積到材料表面，屬于物理氣相沉積工藝。真空鍍膜技術最早可以追溯到20世紀30年代，40年代開始應用于工業生產，80年代開始出現工業化大規模生產。真空鍍膜技術的應用范圍廣闊，電子、包裝、宇航、刀具、光學、裝潢等等領域均有應用。

質子交換膜燃料電池(protonexchangemembranefuelcell，pemfc)可以不經過燃燒而直接將氫氣中的化學能轉變為電能，其能量轉換效率不受卡諾循環的限制，電池組的發電效率可達50％以上，唯一產物為水，對環境十分友好。pemfc工作溫度低、啟動速度快、工作壽命長，是理想的移動電源和獨立電源裝置，在交通工具、電子產品、國防軍事和固定電站等領域具有廣泛的應用前景。

雙極板是質子交換膜燃料電池的關鍵部件之一，占電堆體積的80％、質量的70％和成本的29％。其主要功能是分隔反應氣體、收集電流、將各單電池串聯起來并通過流場為反應氣體進出電極及水的排除提供通道等。因此，理想的雙極板材料必須具有高的電導率和良好的耐蝕性、低密度、高機械強度、高氣密性、化學穩定性好及易加工成型等特點。目前，金屬薄板具有高的強度和導電、導熱性能，原材料便宜且適合沖壓等大批量生產方式，是公認的燃料電池產業化的首選。

目前，不銹鋼是燃料電池金屬極板的首選材料。然而，金屬極板的廣泛應用亟待進一步提高耐腐蝕性能和降低接觸電阻。金屬極板在高溫、高濕和酸性的pemfc工作環境迅速發生腐蝕，腐蝕掉的金屬離子進入溶液之后，導致催化劑中毒，嚴重影響pemfc使用壽命。因此燃料電池金屬極板改性是一項必要和很有意義的工作。

但是，目前的燃料電池金屬極板真空鍍膜設備存在諸多問題。最主要是生產效率低、良率低等問題。這是由于目前的圓形腔體裝爐量較小、腔體體積大、抽氣系統單一等原因導致的。因此，有必要針對燃料電池金屬極板設計一種具有大批量、高效率生產的流水線設備。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備及其鍍膜方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備，真空腔室組：包括依次密封聯接并相互獨立的進爐室、前處理室、第一鍍膜室、第二鍍膜室、后處理室和出爐室，其中，所述的前處理室內設有加熱裝置，以及用于轟擊燃料電池金屬極板表面進行預處理的離子源裝置，所述的第一鍍膜室內設有至少1對陰極靶材，所述的第二鍍膜室內設有間隔布置的至少一對離子源和至少一對陰極靶材，每個腔室中均設有獨立的真空泵；

支架：用于安置待處理的燃料電池金屬極板；

傳動機構：包括依次穿過真空腔室組中的各腔室的流水線導軌，以及驅動支架沿所述流水線導軌在真空腔室組內行進的動力組件；

plc控制系統：控制上述各部件的運行。

流水線設備的各個重要部分的詳細設計。

(1)進爐室

燃料電池金屬極板經過落料、沖壓、焊接、超聲波清洗等步驟，烘干之后，掛上支架，推進進爐室預抽真空。由于進爐室與空氣有接觸，為了防止空氣中顆粒受抽氣氣流擾動而污染了燃料電池金屬極板。因此，進爐室的抽氣系統設計應考慮以下幾點：

1、機械泵選型時選擇泵的轉速稍低一些，轉速大小為800rpm～3000rpm；

2、考慮到抽氣速度有快慢兩種模式，因此設計了兩個孔徑大小不一樣的抽氣口，并設計了閥門切換抽氣口的轉換。預抽氣的時候，將閥門切換至小抽氣口，等氣壓到達3×10³pa～7×10³pa再切換至大抽氣口。這種設計是由于抽氣口大更容易引起氣流的紊亂和擾動，預抽氣如若采用大孔徑抽氣口將導致空氣中顆粒隨急速氣流揚起而污染掛在轉架上的金屬極板；

3、考慮到抽氣時氣流的流向對空氣中顆粒的影響，將進爐室的抽氣口特殊地設置在腔室的下方，這種設計有利于進一步減少氣流上行和顆粒的上揚。

(2)前處理室

當支架進入前處理室之后，在前處理室可以進一步把真空度提高。另外，前處理室還具有幾大功能：

1、前處理室有加熱裝置，通過輻射加熱使轉架上的金屬極板預處理到合適的溫度。這是為了使得金屬極板的溫度在沉積薄膜之前調整到達合適的溫度，有利于提高成膜質量和改善薄膜的微觀結構等功能；

2、采用加熱裝置還可以將清洗階段可能存在的金屬雙極板內部流道殘存的液滴烘干，保證了真空鍍膜前處理工作的完備；

3、前處理室還有一對離子源裝置。離子源裝置的存在是為了：

(a)轟擊燃料電池金屬極板表面，清洗掉可能在進爐室抽氣階段揚起的微細顆粒，保證高度的清潔性，控制產品的良率在高水平，達到二次清洗的目的；

(b)高能離子轟擊燃料電池金屬極板表面，還有利于提高燃料電池金屬極板的表面能，有利于下一階段沉積薄膜的沉積、生長、成膜等微觀過程，最終提高了燃料電池金屬極板表面改性薄膜在以后燃料電池堆中的壽命等。

(3)第一鍍膜室

本發明針對燃料電池金屬極板表面改性涂層真空鍍膜的特點，第一鍍膜室配置了1～2對陰極靶材。根據燃料電池金屬極板涂層的性能要求，涂層底層一般采用與基底結合性能好、抗腐蝕性能優良的元素作為底層。因此符合條件的靶材有cr靶、ti靶、nb靶等靶材，或者鈦鋁合金靶材、鈦硅合金靶材、鈦鈮合金靶材、鉻鉬合金靶材等合金靶材，甚至可根據需要選擇1～2種不同元素作為涂層底層元素。這種設計具有高度的靈活性，滿足燃料電池金屬極板涂層的要求。

考慮到燃料電池金屬極板真空鍍膜的特點，所以第一鍍膜室和第二鍍膜室沒有過渡室。這是由于兩個腔室的工作氣壓是基本一致的，根據開發人員的需求當然可以稍有差異。因此，第一鍍膜室完畢之后的產品可以進入第二鍍膜室進行下一步工作。同樣地，plc控制系統控制第一鍍膜室的后門和第二鍍膜室的前門開啟，燃料電池金屬極板在支架上順著流水線導軌，在步進電機地驅動下順利進入第二鍍膜室。此時plc控制系統可以關閉第一鍍膜室的后門和第二鍍膜室的前門。

(4)第二鍍膜室

由于燃料電池金屬極板表面改性涂層的最關鍵地方在于表面的抗腐蝕導電涂層，因此第二鍍膜室是整個流水線設備的關鍵部分，因此第二鍍膜室的設計也比較復雜。其設計的思路如下：

1、關于真空泵，第二鍍膜室采用了2～4個分子泵作為真空度的保證；

2、關于離子源，第二鍍膜室采用了1～2對離子源作為沉積薄膜的輔助裝備。在此，離子源的作用在于，轟擊沉積的薄膜，改變薄膜的應力情況，夯實薄膜，轟擊掉結合力差的原子、原子團簇等；

3、關于靶材，第二鍍膜室采用2～4對陰極靶材。陰極靶材間隔一定的距離在內壁上相對布置，合理的靶基距的情況下，加快沉積速度。第二鍍膜室陰極靶材為貴金屬靶材，例如au靶、ag靶等，或者c靶，或者c靶與nb靶、ta靶、w靶的組合等，以便于制備元素摻雜的涂層等功能。

4、關于陰極靶材之間的間距。陰極靶之間的距離需要經過理論計算和軟件的仿真，得知濺射粒子的軌跡和范圍來確定合理的靶材間隔。本發明中，根據陰極靶材種類和靶材、離子源的布置方式的差異，靶材間隔大小為200cm～1000cm。

5、關于靶基距。靶基距的選擇也需要經過理論的計算和軟件的仿真，還需要通過實驗驗證來確定最終的合理靶基距。本發明中，根據陰極靶材的種類和陰極設計的差異，靶基距大小為60cm～160cm。

6、關于陰極。陰極可以選擇平衡磁控濺射、非平衡磁控濺射、中頻交流反應磁控濺射、射頻濺射等不同的原理。或者以上幾種原理的組合，例如第一對石墨靶材采用平衡磁控濺射，第二對石墨靶材采用非平衡磁控濺射等等。

第二鍍膜室內陰極靶材與離子源相鄰布置，根據離子源與陰極靶材的數量的不同，可以是靶材-離子源-靶材-離子源-靶材這種布置方式，也可以是靶材-靶材-離子源-靶材-靶材布置方式。離子源的工藝參數設置可以不一樣，每個靶材的工藝參數也可以不一樣，可靈活根據工藝需求來設置合理的參數。

第二鍍膜室沉積抗腐蝕導電涂層的時候，由于靶材是固定的，因此要使得在支架上的燃料電池金屬極板沉積薄膜均勻，本發明采用的方案是：

順著流水線前進方向，通過動力組件驅動支架在流水線導軌上進行“前進-后退-前進-后退”往返式的運動方式。其具體實現方式是：動力組件包括：伺服電機、聯軸器和滾珠絲桿，伺服電機通過聯軸器與滾珠絲桿相連。伺服電機的轉動將帶動滾珠絲桿的旋轉，進而使得滑軌上的滑塊實現平動。通過將支架與滑塊固定，可以實現支架平穩地、可控地、安全地前進后退。

另外，為了使得掛在支架上的燃料電池金屬極板有自轉，本發明采用了從動自轉的方式。即，伺服電機驅動支架前進后退的同時，支架下方有若干對齒輪齒條嚙合運動。齒條與支架是相對固定的，而齒輪與轉架之間通過銷聯結，因此當齒輪在轉動的時候，最終帶動了轉架的自轉，實現了燃料電池金屬極板在鍍膜過程中均勻地、平穩地、可靠地自轉。

(5)后處理室

待產品在第二鍍膜室鍍完之后，plc控制系統控制第二鍍膜室的后門和后處理室的前門打開，支架進入后處理室之后，第二鍍膜室的后門和后處理室前門關閉。后處理室主要用于對燃料電池金屬極板表面涂層的進一步改性。其主要作用包括：

1.熱處理。通過熱處理，改善薄膜內應力的分布，釋放部分內應力，減緩燃料電池金屬極板表面涂層由于應力過大而失效的問題；

2.其他的特殊處理。例如對微細孔洞缺陷的物理方法修復等。

(6)出爐室設計

出爐室由于對真空度要求不高，一般控制其氣壓為3×10³pa～9×10³pa，因此出爐室配置了2～3個機械泵和1～3個羅茨泵。

(7)腔室密封鎖緊

本發明每個腔體都是相互獨立的，每個腔室都具有真空泵，根據腔室對真空度的要求配置不同的泵(機械泵、羅茨泵、分子泵等)。本發明每個腔體之間相互聯結的可靠性是通過真空密封圈和鉸鏈-螺紋結構來保證的。真空密封圈在使用過程中如果老化，應及時更換，保證腔體之間的密封性能和真空度。

上述鉸鏈-螺紋結構，其鎖緊原理為，兩個將要相互鎖緊的腔室，其一腔室上通過銷釘將一具有外螺紋的鉸鏈組件固定到腔室壁面上，而另一個腔室通過一具有內螺紋的壓緊組件與具有外螺紋的鉸鏈組件緊固連接。

(8)腔室壁門設計

每個腔室都有前、后門，除了進爐室的前門和出爐室的后門是用門手把手動啟閉的外，其他腔室門都是通過plc控制電磁閥、步進電機來驅動壁門的啟閉。這些壁門起到了封閉真空環境作用的，故而處于腔體邊緣處的壁內，只有裝有燃料電池金屬極板的支架需要在相鄰腔室之間穿梭的時候才通過plc控制電磁閥和步進電機等啟閉之，其余時間這些壁門起到了封閉腔室、保持真空度的保壓作用和隔絕外部環境作用。這種設計由于腔體沒有直接暴露在空氣中，所以真空度維持在較高的水平，減少了傳統設計裝爐之后需要從大氣壓重新開始抽氣的缺點，極大地提高了生產效率。

上述的壁門為金屬板，其下端有若干可以滾動的滾輪。壁門工作時，在預設的槽內滾動。當壁門開啟的時候，plc控制系統控制步進電機驅動壁門向遠離腔體的方向運動，當壁門到達預設位置之后，鎖緊壁門使其固定。當壁門關閉時，控制體系控制步進電機驅動壁門向腔體的方向運動，待壁門到達預設位置之后，通過自鎖機構使壁門緊閉。

本發明設計的一種燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備的鍍膜方法，其鍍膜的步驟如下：

(1)將掛好燃料電池金屬極板的轉架推進進爐室預抽氣。此時將進爐室孔徑較小的抽氣口打開，預抽氣達到3×10³pa～7×10³pa。然后通過閥門切換，打開孔徑較大的抽氣口，加快抽氣速度。待進爐室的氣壓達到1～10pa左右時，可以將進爐室與前處理室相連。

(2)此時plc控制系統控制進爐室后門和前處理室前門的電機，打開進爐室的后門和前處理室的前門，使得支架在伺服電機驅動下，沿著流水線導軌順利進入前處理室內。此時plc控制系統控制進爐室后門和前處理室前門關閉。此時，進爐室可以與前處理室脫離。進爐室可以推至裝爐區，準備裝掛下一爐的燃料電池金屬極板產品，并開始預抽真空。轉架進入前處理室之后，待分子泵抽真空到達8×10^-5pa～4×10^-4pa時，通過plc控制系統啟動離子源電源，開始離子源清洗步驟。離子源電壓大小控制為700v～1800v，清洗時間10min～20min。與此同時，通過plc控制系統啟動加熱裝置，通過輻射加熱將轉架上的金屬極板溫度大小控制到60℃～200℃。

(3)當前處理步驟完畢之后，plc控制系統控制前處理室后門和第一鍍膜室前門開啟，轉架在伺服電機驅動下，沿著流水線導軌進入第一鍍膜室。然后plc控制系統及時控制前處理室后門和第一鍍膜室前門關閉。待真空度穩定到1×10^-5pa～3×10^-5pa時，plc控制系統控制陰極靶材電源開啟，控制其電流大小為0.5a～10a，同時控制轉架偏壓電源為-50v～-200v，與此同時，控制轉架系統進行前進-后退-前進-后退的往返式運動。具體參數需要根據實際的陰極類型、靶材類型等進行優化。

(4)當底層金屬層鍍完之后，plc控制系統控制第一鍍膜室后門和第二鍍膜室前門開啟，轉架在伺服電機驅動下，沿著流水線導軌進入第二鍍膜室，準備進行抗腐蝕導電層鍍膜。然后plc控制系統及時控制第一鍍膜室后門和第二鍍膜室前門關閉。待真空度穩定到1×10^-5pa～3×10^-5pa時，plc控制系統根據制訂的工藝方案，開啟離子源，控制其電壓為800v～1800v，同時開啟靶材電源。與此同時，控制轉架系統進行前進-后退-前進-后退的往返式運動。具體參數需要根據實際的陰極類型、靶材類型等進行優化。

(5)當導電抗腐蝕層鍍完之后，plc控制系統控制第二鍍膜室后門和后處理室前門開啟，轉架在伺服電機驅動下，沿著流水線導軌進入后處理室，準備進行后處理。然后plc控制系統及時控制第二鍍膜室后門和后處理室前門關閉。

本發明設計的后處理室通過熱處理單元和微缺陷處理單元等分別對燃料電池金屬極板涂層熱處理和燃料電池金屬極板涂層微缺陷處理等功能。其熱處理的原理為，通過熱輻射加熱燃料電池金屬極板，使其表面涂層進行熱處理，釋放應力等。至于微缺陷的處理，其原理則為利用對微缺陷露出的微孔道通過對其進行氧化等處理，使其形成抗腐蝕的氧化物孔道。

(6)后處理完畢之后，plc控制系統開啟后處理室后門和出爐室前門，待支架完全進入出爐室之后，plc控制系統關閉后處理室后門和出爐室前門。然后plc控制系統發出通知，工作人員進行出爐，卸下燃料電池金屬極板，并將轉架運送到裝爐區。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(一)本發明設計的一種燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備設計了各個腔室相互獨立，可拆卸模式的流水線腔體，具有維修方便、靈活性高、可靠性好、維護保養方便等諸多優點；

(二)本發明設計了多個過渡室(包括進爐室、前處理室、后處理室和出爐室等)作為緩沖腔室，并根據燃料電池真空鍍膜每一步驟對真空度要求、清洗、后處理等需求，賦予每個過渡室各自特殊的功能；

(三)相比于現有圓形腔室空間大、抽真空慢的缺點，每個流水線腔室都經過設計使之空間盡可能小，加快抽氣速度，同時，各腔室之間的緊密封閉設計，使得各腔室的真空度維持在一個較高水平，當其工作時，不需要每次都重新從大氣壓開始抽氣，節省了抽氣工作量，提高了抽氣效率；

(四)設計了多個靶材、多種陰極、離子源配合的方式，根據不同需求的燃料電池金屬極板性能要求，對陰極靶材、離子源等靈活組合選擇，保證了抗腐蝕導電涂層的致密性和導電性需求；

(五)設計了后處理腔室，進一步提高了燃料電池金屬極板表面改性涂層的性能，進一步提高了燃料電池金屬極板的使用壽命。

(六)本發明的燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備，結構精簡，功能齊全，安裝方面，維護可靠，將燃料電池金屬極板真空鍍膜多個環節集中在一個流水線中處理，大大提高了生產效益。

附圖說明

圖1為本發明的燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備的主視結構示意圖；

圖2為本發明的燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備的俯視結構示意圖；

圖3為本發明的第二鍍膜室內的支架與傳動機構的裝配示意圖；

圖4為本發明的第二鍍膜室內的支架與傳動機構的局部剖視放大示意圖；

圖5為本發明的支架的主視結構示意圖；

圖6為本發明的支架的左視結構示意圖；

圖7為本發明的鎖緊機構的裝配示意圖；

圖8為本發明的plc控制系統的控制示意圖；

圖9為本發明的鍍膜方法的流程示意圖；

圖中，1-進爐室前門，2-進爐室腔體，3-進爐室后門，4-前處理室前門，5-前處理室腔體，6-前處理室后門，7-第一鍍膜室前門，8-第一鍍膜室腔體，9-第一鍍膜室后門，10-第二鍍膜室前門，11-第二鍍膜室腔體，12-第二鍍膜室后門，13-后處理室前門，14-后處理室腔體，15-后處理室后門，16-出爐室前門，17-出爐室腔體，18-出爐室后門，19-壁門通道，20-轉架柱，21-轉架上蓋，22-轉架座，23-齒輪，24-滑塊，25-流水線導軌，26-齒條座，27-轉架，28-鎖緊機構頭部，29-鎖緊機構鉸鏈，30-銷軸。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

如圖1和圖2所示，一種燃料電池金屬極板真空鍍膜流水線設備，包括由沿流水線依次聯結的進爐室、前處理室、第一鍍膜室、第二鍍膜室、后處理室和出爐室組成的真空腔室組，用于安置待處理的燃料電池金屬極板的支架，穿過真空腔室組的流水線導軌25，驅動支架沿流水線導軌移動的動力組件，以及控制整個設備的運行的plc控制系統。

具體包括：進爐室前門1、進爐室腔體2、進爐室后門3、前處理室前門4、前處理室腔體5、前處理室腔體6、第一鍍膜室前門7、第一鍍膜室腔體8、第一鍍膜室腔體9、第二鍍膜室前門10、第二鍍膜室腔體11、第二鍍膜室后門12、后處理室前門13、后處理室腔體14、后處理室后門15、出爐室前門16、出爐室腔體17、出爐室后門18等各腔室腔體與封閉各腔室腔體的各壁門，以及各壁門通道19、若干轉架27、齒條座26、齒輪23、流水線導軌25、滑塊24等。另外還有組成動力組件或設置在真空腔室內的絲桿、伺服電機、電機驅動器、磁流體、機械泵、羅茨泵、分子泵、高閥、靶材、陰極、離子源、真空密封圈、腔室鎖緊機構、冷卻水系統、惰性氣體氣路等等諸多零部件。

如圖2所示，除了進爐室前門和出爐室后門之外，位于兩腔室之間的壁門處設有壁門通道19，壁門通道19的材料可以采用不導磁的不銹鋼等高強的材料。壁門在壁門通道中移動，底下裝有若干滾輪可以實現在通道上滾動。當壁門需要啟閉時，plc控制系統發出自指令，控制伺服電機帶動絲桿轉動，絲桿與壁門螺紋套聯結，從而帶動壁門在通道內滾動。通過控制系統可以控制伺服電機正反轉，從而實現開啟或關閉。另外，為了實現密封要求，壁門與腔室壁之間還有真空密封圈，可保證密封。

圖3和圖4為本發明的支架與傳動機構在第二鍍膜室內的裝配圖。如圖5和圖6所示，支架包括轉架柱20、轉架上蓋21、轉架座22、若干轉架27，轉架座22與轉架上蓋21通過轉架柱20固定在一起并組成支架本體，轉架上蓋21和轉架座22上具有若干個錐孔和通孔，轉架27通過錐形套與轉架上蓋21配合，轉架27下方通過轉架座22的通孔，并與下方的齒輪23通過銷緊固連接，齒輪23與沿流水線導軌25方向布置的齒條座26咬合。滑塊24設置在流水線導軌25上，并可以流水線導軌25自由移動。轉架座22通過螺柱與滑塊24連接。轉架座22前進后退的動力來源于安裝在轉架座22上的伺服電機的轉動，通過聯軸器將長絲桿與轉架座55下的螺紋套連接，當伺服電機轉動時，可實現轉架座22帶動滑塊24在流水線導軌25上移動，進一步帶動了齒輪23與齒條座26的嚙合轉動，從而帶動了轉架27的自轉。當伺服電機反方向轉動時，將會使得轉架27的反方向自轉。通過這樣的傳動，可實現轉架座22的前進后退和轉架27的自轉，運動平穩可靠，控制精確。

為了實現壁門的開閉，流水線導軌25鋪設的時候，到壁門通道29的時候應該斷開，流出壁門厚度的間距，大概10mm。由于滑塊24的作用，雖然導軌有斷開，但是轉架座仍可以順利前進。

如圖7所示，鎖緊機構頭部(即壓緊組件)28與鎖緊機構鉸鏈(即鉸鏈組件)29構成了鉸鏈-螺紋鎖緊機構，鎖緊機構鉸鏈29通過銷軸30與腔室連接。當腔室與腔室之間需要脫離時，通過內六角扳手擰開鎖緊機構頭部28即可松開螺紋，然后掰轉之即可實現腔室脫離。反之，通過掰轉至合適位置再擰緊，即可確保鎖緊腔室。

本發明的各個電機可分別與plc控制系統連接。本發明提供了燃料電池金屬極板真空鍍膜系統，控制系統操作簡單，界面人性化，控制方便，功能多樣化，可供實驗室、企業生產、科研單位等研究燃料電池金屬極板表面改性涂層。

實施例1

第二鍍膜室配置三對石墨靶，順著轉架座前進的方向，第一對石墨靶陰極為閉合場非平衡場磁控靶，矩形平面磁控靶，接著是離子源，第二對石墨靶為平衡磁場矩形平面磁控靶石墨靶，第三對石墨靶為閉合場非平衡磁控靶，其中非平衡方式均為相對對靶結構。這一種布局方式是基于這樣子的考慮：

平衡磁控濺射靶材濺射與非平衡磁控濺射靶材濺射出來制備的薄膜有一定的差異，通過這種布置可以構成硬質-軟質-硬質相互交替的涂層體系，有利于避免抗腐蝕導電涂層由于應力過大的失效現象。另外，這種涂層體系，還能避免柱狀晶的生長，更有利于形成致密性高的等軸晶薄膜。

在這種靶材布置格局前提下，其工藝制備方法如下：

1)預備工作，包括沖壓金屬極板、單極板焊接、清洗等步驟。金屬極板的清洗流程為堿洗-去離子水超聲波清洗-酸洗-去離子水超聲波清洗-去離子水超聲波清洗-酒精超聲波-烘干；

2)進爐室裝爐，為了保證進爐室的真空度，本發明采用的裝爐方式為：在無塵室內支架在腔室外部，將燃料電池金屬極板裝上支架之后，再將支架推入進爐室；

3)進爐室抽真空到達1～10pa；

4)進入前處理室，開啟等離子體清洗約5～20min；

5)進入第一鍍膜室內，抽真空達到要求，沉積底層元素；

6)進入第二鍍膜室，沉積非晶碳涂層。具體為：第一對石墨靶電源電流為3a，氬氣流量為15sccm，第二對石墨靶電源電流為5a，氬氣流量為20sccm，第三對石墨靶電源電流為3a，氬氣流量為15sccm；

7)進入后處理室進行后處理；

8)出爐室卸產品。

實施例2

第二鍍膜室配置三對石墨靶，順著轉架座前進的方向，第一對石墨靶陰極為閉合場非平衡場矩形平面磁控石墨靶，接著是離子源，第二對石墨靶為平衡磁場矩形平面磁控靶石墨靶，接著是第三對靶材為平衡磁場矩形平面磁控靶鈮靶，第四對靶材為非平衡場矩形平面磁控靶矩形平面磁控石墨靶。這種靶材布局方式是基于以下的考慮：

在非晶碳涂層中摻雜nb有利于提高燃料電池金屬極板的抗腐蝕性能，另外，實現nb的摻雜還可以避免非晶碳涂層服役過程中接觸電阻的增加。

在這種靶材布置格局前提下，其工藝制備方法如下：

1)預備工作，包括沖壓金屬極板、單極板焊接、清洗等步驟。金屬極板的清洗流程為堿洗-去離子水超聲波清洗-酸洗-去離子水超聲波清洗-去離子水超聲波清洗-酒精超聲波-烘干；

2)進爐室裝爐，為了保證進爐室的真空度，本發明采用的裝爐方式為：在無塵室內支架在腔室外部，將燃料電池金屬極板裝上支架之后，再將支架推入進爐室；

3)進爐室抽真空到達1～10pa；

4)進入前處理室，開啟等離子體清洗約5～20min；

5)進入第一鍍膜室內，抽真空達到要求，沉積底層元素；

6)進入第二鍍膜室，沉積非晶碳涂層。具體為：第一對石墨靶電源電流為3a，氬氣流量為15sccm，第二對石墨靶電源電流為5a，氬氣流量為20sccm，第三對鈮靶電源電流為0.7a，氬氣流量為19sccm，第四對石墨靶電源電流為5a，氬氣流量為20sccm；

7)進入后處理室進行后處理；

8)出爐室卸產品。

實施例3

第二鍍膜室配置三對au靶，三對au靶陰極均為閉合場非平衡場矩形平面磁控靶。第二鍍膜室內壁上布置了au回收裝置。考慮到這種工藝的特點，因此未采用離子源裝置。

在這種靶材布置格局前提下，其工藝制備方法如下：

1)預備工作，包括沖壓金屬極板、單極板焊接、清洗等步驟。金屬極板的清洗流程為堿洗-去離子水超聲波清洗-酸洗-去離子水超聲波清洗-去離子水超聲波清洗-酒精超聲波-烘干；

2)進爐室裝爐，為了保證進爐室的真空度，本發明采用的裝爐方式為：在無塵室內支架在腔室外部，將燃料電池金屬極板裝上支架之后，再將支架推入進爐室；

3)進爐室抽真空到達1～10pa；

4)進入前處理室，開啟等離子體清洗約5～20min；

5)進入第一鍍膜室內，抽真空達到要求，沉積底層元素；

6)進入第二鍍膜室，沉積au涂層。具體為：同時開啟三對au靶，控制其電流為5a，并控制轉架系統在第二鍍膜室內前進-后退循環運動，其運動速度為500mm/min，另外氬氣流量為20sccm，沉積時間2min；

7)進入后處理室進行后處理；

8)出爐室卸產品。

實施例4

第二鍍膜室配置三對石墨靶，順著轉架座前進的方向，第一對石墨靶陰極為閉合場非平衡場磁控靶，矩形平面磁控靶，接著是離子源，第二對石墨靶為平衡磁場矩形平面磁控靶石墨靶，第三對石墨靶為閉合場非平衡磁控靶，其中非平衡方式均為相對對靶結構。這一種布局方式是基于這樣子的考慮：

平衡磁控濺射靶材濺射與非平衡磁控濺射靶材濺射出來制備的薄膜有一定的差異，通過這種布置可以構成硬質-軟質-硬質相互交替的涂層體系，有利于避免抗腐蝕導電涂層由于應力過大的失效現象。另外，這種涂層體系，還能避免柱狀晶的生長，更有利于形成致密性高的等軸晶薄膜。

在這種靶材布置格局前提下，工藝制備方法如下：

(1)將掛好燃料電池金屬極板的轉架推進進爐室預抽氣。此時將進爐室孔徑較小的抽氣口打開，預抽氣達到3×10³pa～7×10³pa。然后通過閥門切換，打開孔徑較大的抽氣口，加快抽氣速度。待進爐室的氣壓達到1～10pa左右時，可以將進爐室與前處理室相連。

(2)此時plc控制系統控制進爐室后門和前處理室前門的電機，打開進爐室的后門和前處理室的前門，使得支架在伺服電機驅動下，沿著流水線導軌順利進入前處理室內。此時plc控制系統控制進爐室后門和前處理室前門關閉。此時，進爐室可以與前處理室脫離。進爐室可以推至裝爐區，準備裝掛下一爐的燃料電池金屬極板產品，并開始預抽真空。轉架進入前處理室之后，待分子泵抽真空到達8×10^-5pa～4×10^-4pa時，通過plc控制系統啟動離子源電源，開始離子源清洗步驟。離子源電壓大小控制為700v～1800v，清洗時間10min～20min。與此同時，通過plc控制系統啟動加熱裝置，通過輻射加熱將轉架上的金屬極板溫度大小控制到60℃～200℃。

(3)當前處理步驟完畢之后，plc控制系統控制前處理室后門和第一鍍膜室前門開啟，轉架在伺服電機驅動下，沿著流水線導軌進入第一鍍膜室。然后plc控制系統及時控制前處理室后門和第一鍍膜室前門關閉。待真空度穩定到1×10^-5pa～3×10^-5pa時，plc控制系統控制陰極靶材電源開啟，控制其電流大小為0.5a～10a，同時控制轉架偏壓電源為-50v～-200v，與此同時，控制轉架系統進行前進-后退-前進-后退的往返式運動。具體參數需要根據實際的陰極類型、靶材類型等進行優化。

(4)當底層金屬層鍍完之后，plc控制系統控制第一鍍膜室后門和第二鍍膜室前門開啟，轉架在伺服電機驅動下，沿著流水線導軌進入第二鍍膜室，準備進行抗腐蝕導電層鍍膜。然后plc控制系統及時控制第一鍍膜室后門和第二鍍膜室前門關閉。待真空度穩定到1×10^-5pa～3×10^-5pa時，plc控制系統根據制訂的工藝方案，開啟離子源，控制其電壓為800v～1800v，同時開啟靶材電源。與此同時，控制轉架系統進行前進-后退-前進-后退的往返式運動。具體參數需要根據實際的陰極類型、靶材類型等進行優化。

(5)當導電抗腐蝕層鍍完之后，plc控制系統控制第二鍍膜室后門和后處理室前門開啟，轉架在伺服電機驅動下，沿著流水線導軌進入后處理室，準備進行后處理。然后plc控制系統及時控制第二鍍膜室后門和后處理室前門關閉。

上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。