质子交换膜燃料电池(PEMFC)可以直接将氢能转化成电能，具有清洁、高效和能源可再生的优势，有望应用于汽车、固定电站和航空航天等领域。双极板支撑电堆骨架并分配反应气体流场，是PEMFC的核心部件之一。基于冲压成形的金属双极板加工效率高、价格低廉、厚度超薄，已成为降低燃料电池制造成本的优选方式。然而，金属极板在燃料电池高温、高湿和酸性环境下的腐蚀现象影响极板寿命；同时极板表面产生的钝化层又增大接触电阻，降低电池效率。迫切需要对金属极板进行表面改性，使其兼顾耐蚀性和导电性，为燃料电池金属极板应用奠定基础。　　本文基于非平衡磁控溅射离子镀(CFUBMSIP)技术开发了燃料电池金属极板铬碳掺杂氮化钛膜系，研究了镀膜工艺参数对镀层性能影响规律。首先，以氮化钛作为基础膜系，通过单因素实验方法研究了溅射偏压和OEM值对镀层性能的影响规律，进而基于正交实验方法获得优选工艺参数，制备了优化的氮化钛膜。其次，考虑铬元素的耐蚀性和碳元素导电性，设计并制备铬碳梯度涂层，实验研究铬碳涂层的耐蚀性和导电性，并通过物相分析揭示铬碳膜的耐蚀和导电机理。最后，分别研究铬元素、碳元素以及铬碳共同掺杂下氮化钛膜的性能，通过物相分析解释元素掺杂对基础膜系性能的影响规律，获得燃料电池金属极板铬碳掺杂氮化钛膜最优工艺参数和成分配比。论文主要研究工作如下：　　1）燃料电池金属极板氮化钛膜实验研究　　基于氮化钛膜与不锈钢金属极板具有良好的结合性能，采用单因素分析方法研究了溅射偏压在30V-90V区间，OEM在45％-75%区间的氮化钛膜性能，获得了溅射偏压和OEM值对镀层性能的影响规律。以此为基础，设计了三因素三水平正交实验，依据能谱分析结果，借助Minitab软件讨论工艺参数对镀层成分的影响，获得了工艺参数对氮化钛膜中原子百分比和质量百分比的均值响应表和均值主效应图。进而研究工艺参数对膜厚、结合力、耐腐蚀能力、导电性能的影响，获得氮化钛膜优化的镀膜时间、溅射偏压、OEM值等工艺参数。　　2）铬碳膜耐腐蚀和导电性能研究　　考虑铬元素的耐蚀性和碳元素导电性，设计了燃料电池金属极板铬碳梯度涂层，开展了工艺实验，研究了不同铬靶和碳靶电流比例对铬碳膜的性能影响。发现随着铬靶电流的增大，铬碳膜的耐蚀性和导电性逐渐下降。同时，针对不锈钢表面铬碳涂层开展扫描电镜、物性结构XRD和化学价态XPS分析，建立了镀层成分和物相结构与镀层性能的对应关系。发现铬碳镀层中铬元素的引入使得膜的耐腐蚀能力得到增强，而石墨相含量的增加则决定了膜的导电性能的提高。与氮化钛膜的性能比较，铬碳膜在耐蚀性和导电性方面具有较好的性能，为本文的铬碳掺杂氮化钛膜奠定了理论基础。　　3）铬碳掺杂的氮化钛膜物性研究与性能优化　　在上述氮化钛和铬碳膜系研究基础上，设计铬碳掺杂的氮化钛膜层结构，开发铬碳掺杂的氮化钛工艺方法。分别研究铬元素、碳元素以及铬碳共同掺杂下氮化钛膜的性能，通过物相分析解释元素掺杂对基础膜系性能的影响规律。发现掺杂碳元素后，所得的钛氮碳膜的耐腐蚀性能有所提高但导电性能下降，主要由于钛氮碳膜中没有出现无定形碳，而是出现了少量新的物相CNx；掺杂铬元素后，铬钛氮膜耐腐蚀能力和导电性能均得到较大的提高，其中2A时，Tafel腐蚀电流达到了4.08 e-8 A cm-2，接触电阻值在1.5MPa时为2.3 mΩcm2；同时掺杂铬碳元素后，膜变成绝缘物质，XRD结果表明膜成分中出现了C-N物相结构，导致了膜的绝缘。因此，针对燃料电池金属双极板应用，在氮化钛膜中加入少量的铬元素，膜的性能有很大提高，碳元素不适合掺入氮化钛膜中。　　本文围绕燃料电池金属极板耐腐蚀和导电性涂层制备，针对氮化钛膜、铬碳膜以及铬碳掺杂的氮化钛膜等开展实验研究，获得了工艺参数对镀层性能的影响规律，通过物相分析建立了镀层成分、结构与性能的对应关系，获得了优化的工艺参数，为燃料电池金属极板的应用提供参考。