Коррозионно-стойкое покрытие на основе тантала и способ его получения

Изобретение относится к области получения коррозионно-стойких пленочных покрытий и может быть использовано в производстве антикоррозионных материалов. Коррозионно-стойкое покрытие на основе тантала дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь - не более 45, тантал - остальное. Способ получения коррозионно-стойкого покрытия включает ионно-плазменное распыление мишени из тантала и осаждение на поверхность. Одновременно распыляют мишень из меди с получением твердого раствора меди в β-тантале. Технический результат изобретения заключается в снижении расхода тантала при получении коррозионно-стойкого покрытия и его стоимости. 2 с.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области получения коррозионно-стойких пленочных покрытий и может быть использовано в производстве антикоррозионных материалов.

Известно использование тантала в качестве коррозионно-стойкого материала в химическом машиностроении для производства агрессивных веществ, сильных кислот, органических и неорганических соединений и в медицине как биологически инертного материала при протезировании и при изготовлении хирургических инструментов (Основы металлургии. М.: Металлургия, 1967, т.4, с.293, 294). Недостатком использования металлического тантала является высокая его стоимость.

Известно также коррозионно-стойкое покрытие из нитрида тантала и способ получения тонких пленок на основе тантала (заявка Японии №63-56309, кл. С 23 С 14/34, 1988), в котором в установку для магнетронного распыления вводят газовую смесь, содержащую 5-75% азота, используемую в качестве плазмообразующей при распылении катода из тантала. Покрытие из нитрида тантала также имеет достаточно высокую стоимость вследствие высокого по отношению ко второму компоненту - азоту расхода металла.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является коррозионно-стойкое покрытие из тантала и способ формирования тонкослойных покрытий из альфа-тантала (заявка РСТ №92/07968, кл. С 23 С 14/14, 1992), в котором при нанесении на подложке тонкого слоя альфа-тантала предварительно осаждают магнетронным напылением в присутствии азота подслой нитрида тантала, поверх которого наносят слой альфа-тантала. В этом случае, как и предыдущих, покрытие отличает высокая стоимость, обусловленная стоимостью собственно тантала.

Технический результат изобретения заключается в снижении расхода тантала при получении коррозионно-стойкого покрытия и его стоимости.

Указанный технический результат достигается в коррозионно-стойком покрытии на основе тантала, дополнительно содержащем медь, при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь - не более 45, тантал - остальное.

Технический результат достигается также в способе получения коррозионно-стойкого покрытия на основе тантала, включающем ионно-плазменное распыление мишени из тантала и осаждение на поверхность, при этом одновременно распыляют мишень из меди с получением твердого раствора меди в β-тантале.

Введение в состав второго компонента, в частности меди, снижает расход тантала при формировании покрытия при сохранении коррозионной стойкости Увеличение содержания меди более 45 мас.% снижает коррозионную стойкость покрытия

Осаждение покрытия на основе тантала, имеющего в своем составе медь, в виде твердого раствора меди в β-тантале способствует вследствие структуры твердого раствора, аналогичной структуре β-тантала, сохранению коррозионной стойкости при замене в составе покрытия части тантала медью. Изложенное способствует достижению технического результата.

Примеры реализации предложенного состава покрытия и способа его получения приведены ниже. Коррозионную стойкость покрытий оценивали визуально после выдержки образцов в разбавленной (1:1) азотной кислоте в течение не менее 24 часов.

Пример 1. На ионно-плазменной установке, снабженной двумя магнетронами с мишенями из тантала и меди, производили напыление покрытия на подложки из поликора (Аl₂О₃), многократно поочередно пересекающие потоки распыленных металлов. Подложки предварительно подвергали ионному травлению в течение 0,5 часа. Скорость перемещения подложек составляла 5·10^-2 м·с^-1. Количество распыленного и соответственно осажденного металла регулировали мощностью, подводимой к каждому магнетрону, равной в этом случае 101 Вт для магнетрона с мишенью из тантала и 62 Вт - с мишенью из меди. В результате получено покрытие, содержащее 45 мас.% меди в тантале, представленное твердым раствором меди в β-тантале с кристаллической решеткой β-тантала, что подтверждено данными рентгеноструктурного анализа. Выдержка образцов покрытия в растворе азотной кислоты в течение 48 часов показала индифферентность покрытия в агрессивной среде.

Пример 2. На установке и при условиях, как в примере 1, (но при другой подводимой мощности) получено покрытие, содержащее 51 мас.% меди. При погружении в раствор азотной кислоты указанной концентрации уже в течение первого получаса наблюдали реакцию взаимодействия меди с NО₃ и образование пор на поверхности покрытия, что подтверждает снижение коррозионной стойкости.

Таким образом, приведенные примеры и результаты, изложенные в них, свидетельствуют о снижении расхода тантала при получении коррозионно-стойкого покрытия и его стоимости.

1. Коррозионно-стойкое покрытие на основе тантала, отличающееся тем, что оно содержит твердый раствор меди в β-тантале при следующем соотношении компонентов, маc.%: медь - не более 45, тантал - остальное.

2. Способ получения коррозионно-стойкого покрытия на основе тантала, включающий ионно-плазменное распыление мишени из тантала и осаждение на поверхность, отличающийся тем, что одновременно распыляют мишень из меди с получением твердого раствора меди в β-тантале при следующем соотношении компонентов, маc.%: медь - не более 45, тантал - остальное.