Способ получения пленочных покрытий из смешанных оксидов титана и щелочноземельных элементов

(19 51) ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИ СТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ГОСУ ВЕДО и ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Ому св ьств к ав й инстизногорганиБудар Плато 32,С(71) Всесоюзный научно-исследовательскитут химической технологии; Филиал Всесоюнаучно-исследовательского института неоческих материалов(72) Филиппов ЕА; Хохлова НЛ Ионов РА,гин П.В.; Дакалова Т,С.; Дробышевская Н.Н.;В.МКуприн А.В.(56) Авторское свидетельство СССР й 92323 С 18/02, 1980.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ СМЕШАННЫХ ОКСИДОВ ТИТАНА И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Сущность изобретения: раствор органических солей готовят при малярном соотношении титана и щелочно-земельного элемента 1; 1,5 - 1; 2 при суммарной концентрации элементов 15 - 30 г/кг, нанесение раствора осуществляют при температуре 110 - 130 С, термолиз начинают при температуре 120 - 140 С и проводят с повышением температуры со скоростью 5 - 20 С/мин до температуры не менее 700 С. 5 таблИзобретение относится к формированик) смешанных оксидных покрытий металЦелью изобретения является формирование на поверхности изделий компактных бездефектных пленок титанатов щелочно- земельных элементов.Указанная цель достигается тем, что раствор органических солей готовят смешением раствора солей титана с ВИК и солей щелочно-земельных элементов с ВИК при мольном соотношении титаната и щелочно- земельного элемента 1:1,5 - 1:2 с суммарной концентрацией элементов в пределах 15-30 г/кг, нанесение раствора на поверхность подложки осуществляют при температуре 110 - 130"С. Термолиз проводят, начиная с температуры 120 - 140 С, повышая температуру на 5-20 С/мин до температуры не ниже 700 С.Совокупность указанных признаков позволяет формировать пленки.титанатов магния, кальция, стронция, бария на поверхности подложек из титана, нержавеющих сталей, кбарца и других материалов.Для определения влияния режимов синтеза на состав формируемых покрытий и количество дефектов пленки использовали металлографический микроскоп МИМ - 7, рентгеновский дифрактометр ДРОН-З, Адгезию покрытий проверяли методом решетчатого надреза - общепризнанным зкспрессным способом оценочных испытаний покрытий, Элементный состав покрытий определяли на приборе микроэондового анализа типа "Самевах".П р и м е р 1, Смесь органических комплексов титана с ВИКи ЩЗЭ с ВИКпри мольном соотношении элементов 1:1 - 1;3 и суммарной их концентрации 28,0 г/л наносили на подложки из нержавеющей стали при температуре 110 С, Термолиз образцов осуществляли в защитной атмосфере (аргон) в печи сопротивления, устанавливая первоначально температуру 130 С и поднимая ее до 800 С со скоростью 7 - 9 С/мин, После прохождения синтеза образцы охлаждали со скоростью 2 - 3 С/мин.Концентрация элементов в органическом растворе оказывает существенное влияние как на качество пленки, так и на ее химический состав, При концентрации менее 15 г/л наблюдается обогащение пленки титаном, при концентрациях более 30 г/л наблюдается неравномерность пленки с образованием разнообразных наплывов.Оптимальный интервал температур нанесения комплекса для получения бездефектных покрытий находится в пределах120 - 130"С. При температуре начала термо 10 лиза ниже 120 С имеют место отдельные, аниже 100 С множественные точечные дефекты (кратеры), обогащенные титаном.Причиной этого является, по-видимому, поглощение воды органическим комплексом из воздуха, Соединения титана в этих условиях склонны гидролизоваться с образованием малорастворимых гидративных карбоксилатов титана, которые вызывают образование кратеров. Можно предполохсить, что при нанесении органического раствора при температуре кипения водыисключена возможность ее конденсации в органической системе, что способствует снижению числа дефектов на поверхности подложки. При температуре начала термолиза выше 140 С имеет место интенсивное разбрызгивание и связанное с этим образование дефектов,П р и м е р 2. Приготовленную смеськомплексов титана и стронция с ВИК - 1 приМольном соотношении 1:2 и суммарной концентрации элементов 27,3 г/л наносили ме 25 тодом окунания на образцы титана, кварцаи стали в интервале температур 25 - 150 С,Термолиз осуществляли в защитной атмосфере (аргон), начиная с температуры 130 С,изаканчивали при температуре 700 С при30 скорости нагрева 10 - 12 С/мин. Количествоциклов нанесения комплексов на подложкибыло от 5 до 20.П р и м е р 3. Подложки из кварца инержавеющей стали обрабатывали комп 35 лексами элементов по примеру 2, Температура окончания термолиза варьировалась от600 до 800 С, Результаты изучения фазового состава пленки в зависимости от температуры окончания термолиза приведены в40 табл,4.П р и м е р 4, Способ нанесения смесикомплексов такой же, как в примере 2, термолиз осуществляли при температуре 140 Св инертной атмосфере (аргон.), изменяя ско 45 рость нагрева от 1 до 20 С/мин, Фазовый состав пленки изучали методомрентгеноструктурного анализа, При скорости нагрева 1 С/мин максимальное отклонение в распределении щелочно-земельныхэлементов от среднего значения приближается к 200 с)ь. Повышение скорости нагревадо 5 С/мин способствует улучшению равномерности распределения до . 10, а прискорости 20 С/мин отклонение от равно 55 мерности не превышает + 5%,Повышение скорости нагрева до более20 С/мин проводит к тому, что наряду сфазой титаната ЩЗЭ на поверхности подложки образуются фазы рутила (Т 02) и кар1811221 Таблица 1 Результаты исследования зависимости химического состава пленки от мольного соотношения элементов в исходном комплексебоната ЩЗЭ. Повышение температуры термообработки приводит к разложению карбонатов ЩЗЭ, однако фаза ТЮ 2 в этих условиях сохраняется.1811221 Тэблица 2 Влияние состава исходного раствора на качество пленки Таблица 3 Результаты исследования влияния температуры нанесения органического комплекса на качество покрь ияКоличество циклов нанесе Материал подложкиУ Темперэтура нанесения, С ния 25 Много точечных дефектов, обогащенныхтитаном ТЮг10 ТитанТитанНержавеющая стальТитанКварц Титан Нержавеющая сталь Титан Нержавеющая стальКачество Внещний вид и химипленки по ческий состав пленки методу решетчатогонадреза1811221 Продолжение табл, 3 Качество Внешний вид и химиКоличество циклов нанесе- пленки по ческий состав пленки ния 120 0 10 10 То же 130 15 140 мкм 10 Кварц 150 Таблица 4 Влияние режима термолиза на фазовый состав пленки Темперэту- Материал подложки ра нанесения, ОС Титан Нержавеющая сталь КварцТитан Кварц Титан Нержавеющая стальметоду решетчатого надреза Полное отсутствие дефектовОбразование кратеров диаметром 2-5 Сильное образование кратеров1811221 12 Таблица 5 Влияние скорости нагрева на фазовый состав пленки Составитель И.ПойменоваТехред М.Моргентал, Корректор М.Самборская Редактор Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 271 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 формула изобретения СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ СМЕШАННЫХ ОКСИДОВ ТИТАНА. И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, включающий приготовление раствора иэ органических солей титана и щелочноземельных элементов с альфа-разветвленными карбоновыми кислотами, нанесение его на поверхность изделий и термолиз в неокисляющейся среде, отлучающийся тем,что, с целью повышения качества покрытия за счет получения беэдефектных пленок, раствор готовят при молярном соотношении титана и щелочноземель ного элемента 1: 1,5 - 1: 2 при суммарной концентрации элементов 15 30 г/кг, нанесение раствора осуществляют при температуре 110 - 130 С, термгиз начинают при температуре, 120- "0140 С и проводят с повышением температуры со скоростью 5 - 20 град,/мин .до температуры не менее 700 С.