[发明专利]一种应用于探头表面高温导电耐蚀Ti-Nb-Ta合金薄膜材料及其制备方法

说明书

一种应用于探头表面高温导电耐蚀Ti‑Nb‑Ta合金薄膜材料及其制备方法，属于金属材料表面改性和新材料技术领域。该合金薄膜材料包括Ti、Nb、Ta三种元素，其合金成分的原子百分比表达为Ti_x‑Nb_y‑Ta_1‑x‑y，其中，x＝97～98.4％，y＝0.8～1.5％；该材料成分设计依据团簇+链接原子的结构模型，结合键逾渗模型来完成。该Ti、Nb、Ta三元合金薄膜材料利用高真空多靶磁控溅射技术在基底表面制备。本发明制备方法简单、沉积速度快、生产效率高、成本低，制备得到的薄膜材料在高温下具有良好的耐腐蚀、耐氧化和导电性能，适用于加工技术领域。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性和新材料技术领域，涉及一种应用于高温条件下探头表面耐氧化耐腐蚀导电三元Ti-Nb-Ta合金薄膜材料及其制备方法。

背景技术

目前，在薄膜材料物性测试分析领域，尤其是薄膜热电性能测试、薄膜变温电阻测试等领域，由于金属测试探头在高温环境下易发生高温氧化及高温腐蚀，从而严重影响薄膜材料的物性测试精度和有效性。在测量温度达到一定温度以上时，被测材料表面生成的氧化物层将造成探头表面接触电阻增加，影响测试精度甚至造成无法正常测试。因此开发一种应用于探头表面保护探头以免高温氧化或腐蚀的高性能涂层材料及制备技术具有很重要的应用价值。此外，高温环境下耐氧化耐腐蚀导电涂层在其他在线监测传感器探头应用领域也有很重要应用价值。有研究人员曾开发出应用于燃料电池金属双极板表面改性的碳基导电耐蚀涂层[ZL200810086374.4，ZL201611161537.1]，其接触电阻较低耐蚀性良好。但这种涂层在高温环境下碳易与氧反应，造成涂层性能失效，因此无法应用到高温环境。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种用于探头表面的高温导电耐蚀Ti-Nb-Ta合金薄膜材料及其制备方法。高纯Ti具有很好的耐蚀性，但Ti表面易形成氧化层从而对其表面接触电阻有严重影响，通过加入合金元素去除或减轻氧的影响改善导电性同时不影响其耐蚀性。该薄膜制备方法简单易操作，膜层材料制作成本低，制备得到的Ti-Nb-Ta合金薄膜材料具有高温环境下良好耐腐蚀性、耐氧化性和导电性。

本发明采用的技术方案为：

采用团簇+连接原子结构模型，设计优化了一种应用于探头表面高温导电耐蚀的Ti-Nb-Ta合金薄膜材料，该合金薄膜材料包括Ti、Nb、Ta三种元素，其合金成分的原子百分比表达为Ti_x-Nb_y-Ta_1-x-y,其中，x＝97～98.4％，y＝0.8～1.5％。

一种应用于探头表面高温导电耐蚀Ti-Nb-Ta合金薄膜材料的制备方法，该方法采用多靶磁控溅射制备合金薄膜材料，具体包括以下步骤：

(一)制备溅射靶材：

1)首先，备料：所要求钛靶、高纯Nb片和高纯Ta片纯度均要求为99％以上。

2)其次，制备合金贴片：利用高纯Nb片和高纯Ta片制成厚度1mm,直径4mm圆形小片或3mm×3mm方形小片。

3)最后，按照最终薄膜材料所需合金成分各元素原子百分比，利用导电银胶在高纯Ti溅射靶材上均匀粘贴适量上述高纯Nb小片和高纯Ta小片，制成合金溅射靶材。

(二)制备三元合金薄膜：

1)首先，将探头样品作为基体进行超声清洗、烘干处理。