بررسي خواص الكتريكي و مقاومت خوردگي پوشش TiN اعمال شده به روش كند و پاش روي صفحات دو قطبي تيتانيومي مورد استفاده در پيل سوختي پليمري

Investigation of the electrical properties and corrosion resistance of TiN coating deposited by reactive sputtering on the titanium bipolar plate, used in polymeric fuel cell

در اين تحقيق تاثير تشكيل پوشش نيتريد تيتانيوم با استفاده از روش كند و پاش روي خواص صفحات دو قطبي تيتانيومي مورد استفاده در پيل سوختي پليمري مورد بررسي قرار گرفت. عمليات پوشش دهي با استفاده از هدف تيتانيوم خالص در اتمسفر گاز آرگون و نيتروژن با خلوص بالا انجام شد و پوشش نيتريد تيتانيوم با ضخامت هاي مختلف با كنترل زمان كند پاش ايجاد گرديد. شناسايي فازهاي شكل گرفته در پوشش با استفاده از روش اشعه ايكس خراشان (Grazing incident XRD) صورت گرفت. مقاومت به خوردگي پوشش ها، توسط آزمون پلاريزاسيون پتانسيل متغير در محلول نيم مولار H2SO4 و HF و در دماي ̊C 70 مورد بررسي قرار گرفت. مقاومت تماسي (Interfacial contact resistance) ميان نمونه هاي پوشش دار و لايه نفوذي گاز، توسط روش آزمون تماسي در فشارهاي مختلف اندزه گيري گرديد. بررسي مقاومت تماسي نمونه ها نشان داد با توجه به شكل گيري پوشش با استوكيومتري TiN، مقاومت تماسي صفحات دو قطبي تيتانيمي با اعمال پوشش TiN و افزايش ضخامت پوشش به مقدار چشمگيري كاهش مي يابد. بررسي نتايج پلاريزاسيون تافلي نشان داد كه اعمال پوشش TiN منجر به بهبود مقاومت خوردگي صفحات تيتانيومي مي گردد و پتانسيل خوردگي از V 0/214- براي تيتانيوم به V 0/102- براي پوشش 600 نانومتري افزايش يافته است و با افزايش ضخامت پوشش، دانسيته جريان خوردگي از µA/cm2 6/29 براي نمونه تيتانيومي به µA/cm2 1/83 براي نمونه حاوي پوشش TiN با ضخامت nm 600 كاهش يافت.

The effect of titanium nitride film on the properties of titanium bipolar plates used in polymeric fuel cell was investigated in this research. TiN coatings was deposited on the Ti-grade 1 substrate by using DC-sputtering method. Pure titanium was used as target and coating deposition was done in argon and nitrogen atmosphere. Different TiN thickness was developed by changing sputtering time. The interfacial contact resistance (ICR) between coated titanium plates and gas diffusion layer was determined by contact testing method. The electrochemical corrosion behavior of the titanium and coated samples was monitored by potentiodynamic polarization technique in 0.5 M H2SO4 at 70 ˚C. Phase identification, morphology, and microstructure of coatings were investigated by grazing incident XRD (GIXRD) and FE-SEM. The results show that TiN was developed on the Ti- plate as a major phase after coating process. Minimum value of ICR was 33 mΩ.cm2 for 0.6 µm TiN thickness which indicates that oxide layer does not form on the TiN surface. Tafel curves show that corrosion potential was promoted from -0.214 V to -0.102 V and corrosion current density decrease from 6.29 µA/cm2 to 1.83 µA/cm2 by increasing TiN thickness.