專利名稱：PtIr合金薄膜及涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強抗氧化性、高硬度的高 顯保護涂層和電接觸薄膜材料制備方 法，特別是涉及Pt合金的MOCVD制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
貴金屬最顯著的特點是具有優(yōu)良的抗氧化性能、較強的耐腐蝕性能和高的電導(dǎo) 率等。由此，貴金屬在現(xiàn)代工業(yè)，特別是國防軍工、空間技術(shù)以及精密儀器儀表領(lǐng) 域有著廣泛和不可替代的作用。但是，貴金屬畢竟是稀缺資源，不斷擴大的應(yīng)用范 圍及不斷增長的用量，促使貴金屬價格的持續(xù)上漲，貴金屬資源與社會需求之間的 矛盾日益突出。人們應(yīng)用貴金屬，許多場合實際上只涉及材料的表面，比如貴金屬 電接觸材料、裝飾材料及涂層材料等。因此，可以考慮采用薄層貴金屬與其他金屬 或陶瓷材料進行復(fù)合來滿足這些場合的應(yīng)用。
Ptlr合金是廣泛使用的貴金屬電接觸材料之一。由于Ptlr合金有高的硬度、 強的耐腐蝕能力和較低的接觸電阻，因此在使用剝牛要求很高的弱電接點中成為經(jīng) 典的電接觸材料。例如，航空發(fā)動機的點火接觸點、高靈敏度繼電器、f臓上的重 力擺繼電器以及微電機用電接觸點等。各種電傳感器大多采用Ptlr10合金，如飛 機、導(dǎo)彈、艦艇的航向儀、地平儀、陀螺儀等精密傳感器的電位器或?qū)щ姯h(huán)。Ptlr 合金的另一個潛在的應(yīng)用是作為衛(wèi)星、飛船等空間飛行器發(fā)動機的高溫傲戶凃?qū)印?目前，空間飛行器大都采用傳統(tǒng)Nb合金噴管發(fā)動機，由于硅化物涂層性能的限制， 發(fā)動機的工作溫度不超過1300°C。 Ptlr合金具有優(yōu)良的抗氧化、耐腐蝕以及較高 的熔點(如Ptlr30合金的熔點達到1900°C)，可以滿足工作溫度為170(TC的涂層 使用要求，使發(fā)動機的性能大幅提高
Ptlr合金電接觸材料一般采用傳統(tǒng)的熔鑄法或粉末冶金技術(shù)制備合^l定胚，然 后采用高溫熱鍛或熱軋后進行冷加工。Ptlr合金電接觸材料一般以片材或絲材方式 應(yīng)用，全世界每年為此需消耗大量的鉑。實際上，作為電接觸材料只使用其表面性質(zhì)，可考慮以低維薄層材料代替塊體材料使用，這樣可以節(jié)省貴金屬，并可f呆持其 性能。
M0CVD技術(shù)實際上就是利用金屬有機化合物(M0)為沉積前驅(qū)體的CVD，是制 備薄膜涂層材料的重要技術(shù)方法之一。M0CVD的最大特點是能實現(xiàn)低溫保形沉積， 并可大幅降低材料的制備成型溫度。在400-80(TC的溫度范圍即可進行Ir或Pt的 沉積。由于表面沉積反應(yīng)是在前驅(qū)體的氣體環(huán)境中進行，適用于外表形狀復(fù)雜的基 體，實現(xiàn)保形沉積，涂層厚度均勻；另外，MOCVD技術(shù)要求的設(shè)備相對簡單，是一 種對環(huán)境友好的技術(shù)方法。
采用MOCVD或CVD技術(shù)制備Pt、 Ir薄膜和涂層均有報道，但采用此技術(shù)方法 制備Ptlr合金未見任何報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明會^夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不知，提供一種Ptlr合金的制備方法，即采用 金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)在金屬或陶瓷基體上制備Ptlr合金薄膜和涂層。 該方法制備的Ptlr合金薄膜和涂層具有高硬度、致密和均勻的特點。本發(fā)明所制 備的Ptlr合金可作為弱電電接觸材料和航天高溫發(fā)動機噴管涂層應(yīng)用。
本發(fā)明采用MOCVD技術(shù)制備Ptlr合金薄膜和涂層。以鉬、石墨及其他金屬或陶 瓷為基體，以乙酰丙酮銥、乙酰丙酮鉑或其他含鉑或銥的金屬有機化合物為的前驅(qū) 體，以氧氣、二氧化碳、氫氣、甲垸或其混合氣體為運載/反應(yīng)氣體，采用中頻或 高頻感應(yīng)爐加熱基體，電爐加熱前驅(qū)體，真空泵控制沉積室的壓力。制備過，呈包括 一些工藝步驟
(1) 安裝沉積基體，并將一定量的二種前驅(qū)體化合物分別放置在二只石英舟中， 采用電爐對二種前驅(qū)體分別加熱至設(shè)定的升華溫度；
(2) 將沉積系統(tǒng)抽真空，并將沉積基體加熱至設(shè)定的沉積溫度；
(3) 按照設(shè)定的流量通Ait載/反應(yīng)氣體，調(diào)整沉積室壓力至設(shè)定值；
(4) 沉積過程開始，前驅(qū)體化合物在基體表面發(fā)生熱分解反應(yīng)而使Pt和Ir^:積在 基體表面，反應(yīng)產(chǎn)物不斷被真空泵排出沉積室。本發(fā)明通過控制沉積工藝參數(shù)可制備不同成分和不同厚度的Ptlr合金材料。制 備的Ptlr合金中Ir的含量變化范圍在4-45%之間，每種合金成分波動幅度很小， 均勻性較好；合金材料厚度可達100微米；合金純度較高，純度在99.08-99. 63% 之間，合金中主要雜質(zhì)為碳和氧；本發(fā)明方法制備的Ptlr合金，當合金Ir含量從 5%升至26%wt時，合金的硬度達到475-853。而采用鑄造法制備的Ptlr合金，當 Ir含量從0增加至30%wt， Ptlr合金的維氏硬度從150增加至350， MOCVD技術(shù)制 備的Ptlr合金硬度是鑄造法制備的同含量Ptlr合金的2. 5-3倍以上。本發(fā)明的 MOCVD技術(shù)制備的Ptlr合金薄膜材料的顯著特點是硬度高:MOCVD技術(shù)制備的Ptlr 合金的維氏硬度是鑄造法制備的同含量Ptlr合金的3倍以上。硬度是電接觸材料 最重要的性能之一，較高的可以提高材料的耐磨性，進而延長電接觸材料的工作壽 命。
具體實施方式
實施例l
本發(fā)明制備Ir含量為5.0wtQ/。的Ptlr合金薄膜。以金屬鉬為基體，基體尺寸為 8隱8麗25咖的長方體，表面進行拋光處理。前驅(qū)體放置量乙酰丙酮銥0. 5g， 乙酰丙酮鉑1.0g。 MOCVD沉積工藝反應(yīng)氣體流量為5ml/min,運載氣體(氬氣)流 量為50ml/min，沉積室壓力控制在600Pa。乙酰丙酮銥加熱溫度200°C，乙酰丙酮鉑 加熱溫度200°C，基皿度650°C。在設(shè)定條件下Ptlr合金薄膜沉積速率為12. 3 um/h,合金純度為99.5°/。，維氏硬度為800。 實施例2
本發(fā)明制備Ir含量為10.0wt。/。的Ptlr合金薄膜。以金屬鉬為基體，基體尺寸 為8mmx8mmx25腿的長方體，表面進行拋光處理。前驅(qū)體放置量乙酰丙酮銥1. 0g， 乙酰丙酮鉑1.0g。 MOCVD沉積工藝反應(yīng)氣體流量為5ml/min，運載氣體(氬氣)流 量為50ml/min，沉積室壓力控制在600Pa。乙酰丙酮銥加熱溫度220°C ，乙酰丙酮鉑 加熱M^ 200°C ，基#^^ 650°C 。在設(shè)定條件下PtIr合金薄膜沉積速率為6. 5 y m/h，合金純度為99.1%，維氏硬度為625。實施例3
本發(fā)明制備Ir含量為20.0wt %的Ptlr合金涂層。以將金屬鉬加工成噴管內(nèi)表 面形狀，并以此為基Mt積Ptlr合金涂層，鉬芯表面進行拋光處理。前驅(qū)體放置 量乙酰丙酮銥50g，乙酰丙酮鉑50g。 MOCVD沉積工藝反應(yīng)氣體流量為5ml/min， 運載氣體(氬氣)流量為50ml/min，沉積室壓力控制在600Pa。乙酰丙酮銥加熱溫 度220。C，乙酰丙酮鉑加熱，200。C，基體M^60(TC。在設(shè)定條件下Ptlr合金 薄膜沉積速率為14. 7 u m/h，涂層厚度50 u m，合金純度為99.4%，維氏硬度為600。 可應(yīng)用于工作溫度不高于2000°C的空間飛行器發(fā)動機噴管涂層。 實施例4
本發(fā)明制備Ir含量為30.0wtn/。的Ptlr合金涂層。以將金屬鉬加工成噴管內(nèi)表 面形狀，并以此為基體沉積Ptlr合金涂層，鉬芯表面進行拋光處理。前驅(qū)體放置 量乙酰丙酮銥50g，乙酰丙酮鉑50g。 MOCVD沉積工藝反應(yīng)氣體流量為5ml/min， 運載氣體(氬氣)流量為50ml/min，沉積室壓力控制在600Pa。乙酰丙酮銥加熱溫 度20(TC，乙酰丙酮鉑加熱溫度20(TC，基^^60(TC。在設(shè)定條件下Ptlr合金 薄膜沉積速率為8.0um/h，涂層厚度50um，合金純度為99.2%，維氏硬度為850。 可應(yīng)用于工作溫度不高于1900°C的空間飛行器發(fā)動機噴管涂層。
權(quán)利要求
1.一種PtIr合金薄膜和涂層的制備方法，其特征在于依次包括下列工藝步驟(1)以鉬、石墨、或其他金屬及陶瓷為基體，并將基體材料進行表面拋光和高溫真空除氣處理；(2)以含鉑或銥的金屬有機化合物為制備PtIr合金的前驅(qū)體，將制得的前驅(qū)體分別置于二個石英舟中，并采用二個分立的電爐分別控制二種前驅(qū)體的加熱溫度；(3)采用中頻或高頻感應(yīng)爐加熱沉積基體，沉積過程中基體隨旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)；(4)控制MOCVD工藝條件沉積PtIr合金，根據(jù)設(shè)計的厚度要求確定沉積時間。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的Ptlr合金薄膜和涂層的制備方法，其特征在于所述的含鉑或銥的金屬有機化合物是乙酰丙酮鉑和乙酰丙酮銥，乙酰丙酮鉑的量為1. 0g-50g，乙酰丙酮銥的量為1. 0g-50g.
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ptlr合金薄膜和涂層的制備方法，其特征在于所述的M0CVD沉積工藝是:反應(yīng)氣體流量為5ml/min，運載氣體(氬氣)流量為50ml/min，沉積室壓力控制在600Pa; Ptlr合金薄膜沉積速率為6-18. 0 " m/h，涂層厚度50 "m。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ptlr合金薄膜和涂層的制備方法，其特征在于所述的乙酰丙酮銥加熱溫度200°C-250°C，乙酰丙酮鉑加熱溫度200°C-250°C，基體溫度60(TC—700°C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ptlr合金薄膜和涂層的制備方法，其特征在于所述的Ptlr合金中Ir的含量重量百分比是10wt%-30wt%，余量為Pt。
6、 如利要求1所述的Ptlr合金薄膜和涂層的制備方法分別應(yīng)用于電接觸材料和發(fā)動機噴管涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高硬度且成分均勻的PtIr合金薄膜及其制備技術(shù)。以該合金薄膜采用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)制備。合金成分(Ir元素重量百分比)在4-45％之間，合金成分波動幅度在5％以內(nèi)；合金純度在99.08-99.63％之間。與傳統(tǒng)鑄造加工技術(shù)制備的PtIr合金相比，本發(fā)明方法制備的PtIr合金硬度大(MOCVD法制備合金維氏硬度為475-853，鑄造加工合金維氏硬度為150-350，MOCVD技術(shù)制備的PtIr合金硬度是鑄造法制備的同含量PtIr合金的2.5-3.0倍)，并可節(jié)省貴金屬。本發(fā)明方法制備的PtIr合金可應(yīng)用于高溫保護涂層和電接觸材料領(lǐng)域。
文檔編號C23C16/18GK101643894SQ200910094859
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者毛傳軍, 云 王, 胡昌義, 蔡宏中, 力 陳, 燕 魏 申請人:貴研鉑業(yè)股份有限公司