本申請涉及異質(zhì)金屬材料結(jié)合，具體為一種pt鍍層與ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)化結(jié)構(gòu)和方法。

背景技術(shù)：

1、氫能作為理想的能源形式，可以加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、推進(jìn)兩碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。質(zhì)子交換膜水電解(pemwe)制氫具有電流密度大、制氫純度高和啟停速度快等優(yōu)勢，是目前最重要的主流制氫技術(shù)之一。pemwe制氫系統(tǒng)主要包括雙極板(bps)、膜電極(mea)和多孔傳輸層(ptls)，其中位于陽極側(cè)的雙極板和傳輸層需要在高電位、酸性環(huán)境中長期服役，因此這些部件必須具備優(yōu)異的抗腐蝕性能。目前，耐腐蝕較好的ti被廣泛用作制備雙極板和傳輸層的材料。然而，由于具有高反應(yīng)活性的ti極易與o結(jié)合形成tio2，導(dǎo)致其接觸電阻增大并嚴(yán)重降低電解水效率，通常需要在ti基體表面制備一層pt鍍層。同時(shí)，ti的易氧化特性也使得其表面的氧化層幾乎無法完全去除，因此通過電鍍、刷鍍和磁控濺射等工藝制備的pt鍍層與ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)度并不足夠高。在電解槽運(yùn)行中，pt鍍層的過早脫落將會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電解性能進(jìn)而制約電解槽的耐久性。顯然，強(qiáng)化pt鍍層與ti基體的界面結(jié)合對于推進(jìn)pemwe的發(fā)展與應(yīng)用至關(guān)重要。

2、目前有很多相關(guān)領(lǐng)域涉及類似的技術(shù)研究，如專利號(hào)為kr102389921b1的專利文件公開了一種制造離子發(fā)生器用電極的方法，記載了：制備涂有鉑(pt)的鈦(ti)制成的電極板；將電極板浸漬在氧化石墨烯溶液中的浸漬步驟；取出電極板進(jìn)行干燥的干燥步驟；將電極板在300～400℃進(jìn)行熱處理的熱處理工序，這種電極板是在由鈦材料制成的網(wǎng)狀電極板上鍍鉑，典型地，鉑的厚度優(yōu)選為0.2～0.3μm。然而，通過該方法處理后，pt與ti的結(jié)合強(qiáng)度并不好。

3、目前，尚無能夠有效增強(qiáng)pt鍍層與ti基體界面結(jié)合的技術(shù)手段報(bào)道。因此，迫切需要開發(fā)一種能夠有效強(qiáng)化pt鍍層與ti基體界面結(jié)合的方法，以實(shí)現(xiàn)pt鍍層與ti基體的可靠結(jié)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請旨在至少在一定程度上解決相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)問題之一。為此，本申請?zhí)峁┝艘环Npt鍍層與ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)化結(jié)構(gòu)和方法，通過對熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行特定范圍調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對pt/ti界面結(jié)合的強(qiáng)化處理，保證了pt鍍層與ti基體的可靠結(jié)合，工藝簡單，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和較高的應(yīng)用價(jià)值。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环Npt鍍層與ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，所述界面結(jié)合結(jié)構(gòu)包括在pt鍍層與ti基體的界面結(jié)合處形成的pt-ti金屬間化合物和/或(ti,pt)ss固溶體。

3、優(yōu)選地，所述ti基體采用ti基金屬及合金。

4、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N強(qiáng)化pt鍍層與ti基體界面結(jié)合的方法，包括以下步驟：

5、設(shè)置熱處理氣氛和熱處理參數(shù)；

6、對預(yù)制有pt鍍層或疊放有pt箔片的ti基體進(jìn)行熱處理，加熱至300～1200℃并保溫1～200min，使pt鍍層與ti基體的界面結(jié)合處形成pt-ti金屬間化合物和/或(ti,pt)ss固溶體，以實(shí)現(xiàn)pt鍍層或pt箔片與ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)化。

7、優(yōu)選地，所述熱處理的方式采用熱處理設(shè)備加熱、電磁感應(yīng)加熱、微波加熱、直接施加電流加熱或激光加熱中的一種或幾種方式進(jìn)行。

8、優(yōu)選地，當(dāng)對疊放有pt箔片的ti基體進(jìn)行熱處理時(shí)，對pt箔片和ti基體構(gòu)成的疊放件施加一定軸向壓力以使pt箔片緊貼ti基體。

9、優(yōu)選地，預(yù)制pt鍍層的方法包括選自電鍍、刷鍍、磁控濺射、等離子噴涂、熱噴涂、冷噴涂、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、熱浸鍍和粉末冶金中的一種或幾種方式的結(jié)合。

10、優(yōu)選地，所述設(shè)置熱處理氣氛的步驟包括將熱處理氣氛設(shè)置為高真空、低真空、還原性氣體或惰性氣體氣氛，其中，所述高真空氣氛為10-2～10-6pa，低真空氣氛為0.1～100pa。

11、優(yōu)選地，所述的還原性氣體包括氫氣、氬氣-氫氣混合氣體或氮?dú)?氫氣混合氣體；所述的惰性氣體氣氛采用氬氣、氮?dú)狻⒛蕷?、氙氣中一種或幾種氣體的結(jié)合。

12、優(yōu)選地，所述方法還包括：將熱處理后得到的鍍pt鈦基體放置于去離子水中超聲處理一定時(shí)間或利用粘接-剝離法或劃線、化格法對pt鍍層進(jìn)行處理，之后利用sem電鏡檢測pt鍍層是否發(fā)生脫落或翹起，若無脫落或翹起則生產(chǎn)合格。

13、優(yōu)選地，所述方法還包括：將熱處理后得到的鍍pt鈦基體進(jìn)行xrd分析，以觀察在pt鍍層或pt箔片與ti基體的接觸界面是否形成有pt-ti金屬間化合物和/或(ti,pt)ss固溶體，若有則生產(chǎn)合格。

14、優(yōu)選地，對預(yù)制有pt鍍層或疊放有pt箔片的ti基體進(jìn)行熱處理的步驟還包括：使試樣的溫度以1～100℃/min的升溫速度加熱至預(yù)設(shè)溫度并保溫1～200min，然后以1～100℃/min的速度冷卻至室溫。

15、基于上述技術(shù)方案可知，本申請的一種pt鍍層與ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)化結(jié)構(gòu)和方法，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具備如下有益效果：

16、本申請強(qiáng)化pt鍍層與ti基體界面結(jié)合的方法通過對熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行特定范圍調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對pt/ti界面結(jié)合的強(qiáng)化處理，保證了pt鍍層與ti基體的可靠結(jié)合。在本申請的熱處理?xiàng)l件下，pt原子與ti原子相互擴(kuò)散并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在pt/ti界面處形成pt-ti金屬間化合物和/或(ti,pt)ss固溶體，從而實(shí)現(xiàn)了界面冶金結(jié)合。界面結(jié)合強(qiáng)度得到實(shí)質(zhì)性提升，且樣品接觸電阻無顯著增大。

17、本申請的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本申請了解本申請的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種pt鍍層與ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述界面結(jié)合結(jié)構(gòu)包括在pt鍍層與ti基體的界面結(jié)合處形成的pt-ti金屬間化合物和/或(ti,pt)ss固溶體。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面結(jié)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述ti基體采用ti基金屬及合金。

3.一種強(qiáng)化pt鍍層與ti基體界面結(jié)合的方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述熱處理的方式采用熱處理設(shè)備加熱、電磁感應(yīng)加熱、微波加熱、直接施加電流加熱或激光加熱中的一種或幾種方式進(jìn)行。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)對疊放有pt箔片的ti基體進(jìn)行熱處理時(shí)，對pt箔片和ti基體構(gòu)成的疊放件施加一定軸向壓力以使pt箔片緊貼ti基體。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，預(yù)制pt鍍層的方法包括選自電鍍、刷鍍、磁控濺射、等離子噴涂、熱噴涂、冷噴涂、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、熱浸鍍和粉末冶金中的一種或幾種方式的結(jié)合。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述設(shè)置熱處理氣氛的步驟包括將熱處理氣氛設(shè)置為高真空、低真空、還原性氣體或惰性氣體氣氛，其中，所述高真空氣氛為10-2～10-6pa，低真空氣氛為0.1～100pa。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的還原性氣體包括氫氣、氬氣-氫氣混合氣體或氮?dú)?氫氣混合氣體；所述的惰性氣體氣氛采用氬氣、氮?dú)狻⒛蕷?、氙氣中一種或幾種氣體的結(jié)合。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：將熱處理后得到的鍍pt鈦基體放置于去離子水中超聲處理一定時(shí)間或利用粘接-剝離法或劃線、化格法對pt鍍層進(jìn)行處理，之后利用sem電鏡檢測pt鍍層是否發(fā)生脫落或翹起，若無脫落或翹起則生產(chǎn)合格。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：將熱處理后得到的鍍pt鈦基體進(jìn)行xrd分析，以觀察在pt鍍層或pt箔片與ti基體的接觸界面是否形成有pt-ti金屬間化合物和/或(ti,pt)ss固溶體，若有則生產(chǎn)合格。

11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對預(yù)制有pt鍍層或疊放有pt箔片的ti基體進(jìn)行熱處理的步驟還包括：使試樣的溫度以1～100℃/min的升溫速度加熱至預(yù)設(shè)溫度并保溫1～200min，然后以1～100℃/min的速度冷卻至室溫。

技術(shù)總結(jié)
一種Pt鍍層與Ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)化結(jié)構(gòu)和方法，屬于異質(zhì)金屬材料結(jié)合技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括：將預(yù)制有Pt鍍層或疊放有Pt箔片的Ti基體放入熱處理設(shè)備；設(shè)置所述熱處理設(shè)備內(nèi)的熱處理氣氛，并使試樣的溫度以1～100℃/min的升溫速度加熱至預(yù)設(shè)溫度并保溫1～200min，然后以1～100℃/min的速度冷卻至室溫，以實(shí)現(xiàn)Pt鍍層或Pt箔片與Ti基體的界面結(jié)合強(qiáng)化；將熱處理后得到的鍍Pt鈦基體進(jìn)行XRD分析，以觀察在Pt鍍層或Pt箔片與Ti基體的接觸界面是否形成Pt?Ti金屬間化合物和/或(Ti,Pt)<subgt;ss</subgt;固溶體，若有則生產(chǎn)合格。本申請的強(qiáng)化Pt鍍層與Ti基體界面結(jié)合的方法通過對熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行特定范圍調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對Pt/Ti界面結(jié)合的強(qiáng)化處理，保證了Pt鍍層與Ti基體的可靠結(jié)合，工藝簡單，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和較高的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧占鋒,李霖,姚紀(jì)政,黃堯,張高群
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京智慧能源研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6