[发明专利]一种磁控溅射制备非晶金属钒薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种磁控溅射制备非晶金属钒薄膜的方法，具体步骤如下：1)衬底的表面清洗；2)采用磁控溅射仪在衬底上沉积非晶金属钒薄膜：将衬底置于真空室内基片台上，抽真空至2.0×10^‑4Pa以下，以氩气作为工作气体，衬底温度为25±10℃，溅射的工作压强为1.0～2.5Pa，溅射功率为50～100W，靶材到衬底的距离为5～10cm，基片台转速为10～50r/min，在衬底表面沉积得到非晶金属钒薄膜。本发明制备的非晶态金属钒薄膜有着优异的耐腐蚀性，其结构均匀致密，不易产生电化学腐蚀，其表面形成的一层致密的钝化膜能有效防止金属内部被进一步氧化，可应用于化工、海洋等环境下抗腐蚀材料领域。

技术领域

本发明属于磁控溅射镀膜技术领域，特别是一种磁控溅射制备非晶金属钒薄膜的方法。

背景技术

金属钒的抗腐蚀能力较强，仅次于铌和钽，对盐水、稀酸和碱有较好的抗腐蚀性。它能抵抗水、盐水、海水、非氧化性酸和碱溶液的腐蚀。在室温下除氢氟酸能与钒缓慢反应外，其他氢卤酸与钒均不反应。同时金属钒核物理性质突出，具有低的辐照活化性、优良的机械性能、高的热传导率、在熔融碱液里优异的腐蚀抗性以及优良的抗辐照性能等特点，因而被广泛应用于航空、航海、核工业等高科技领域。

然而，在实际应用时，由于钒膜在空气中放置会发生氧化，而且氧化后会大大降低钒膜在酸性环境下的腐蚀抗性，在一定程度上也会降低薄膜的硬度。不仅如此，钒膜最终被氧化为V₂O₅之后其熔点降至690℃，大大降低了钒膜在较高温度下的稳定性。这些对于金属钒薄膜来说十分致命，会大大限制其在诸如铝合金保护层、反应堆的壁层材料等方面的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种磁控溅射制备非晶金属钒薄膜的方法，使钒薄膜的抗氧化性能和耐腐蚀性能提高。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种磁控溅射制备非晶金属钒薄膜的方法，具体步骤如下：

1)衬底的表面清洗：将衬底依次放入丙酮、无水乙醇中超声清洗，然后用去离子水冲洗，再用高纯干燥氮气吹干备用；

2)采用磁控溅射仪在衬底上沉积非晶金属钒薄膜：在磁控溅射仪溅射靶座上安装纯钒靶材，将经步骤1)清洗备用的衬底置于真空室内基片台上，抽真空至2.0×10^-4Pa以下，以氩气作为工作气体，控制衬底温度为25±10℃，溅射的工作压强为1.0～2.5Pa，溅射功率为50～100W，靶材到衬底的距离为5～10cm，基片台转速为10～50r/min，在衬底表面沉积得到非晶金属钒薄膜。

按上述方案，步骤1)所述衬底为氟化锂、金刚石或硅片，衬底厚度范围为10μm～2mm。

按上述方案，步骤2)所述纯钒靶材纯度为99.999％以上。

按上述方案，步骤2)所述氩气纯度99.999％以上，氩气流量为10～40sccm。

按上述方案，步骤2)溅射时间为0.5～24h，溅射时间超过2h时，每溅射2h停止溅射30min。

按上述方案，步骤2)真空室内基片台通过循环水冷却。

本发明还包括根据上述方法制备得到的非晶金属钒薄膜，所述非晶金属钒薄膜厚度为0.1～50μm。

本发明还包括上述非晶金属钒薄膜作为抗腐蚀材料的应用。

本申请采用溅射沉积法，控制溅射温度及溅射功率使被溅射出来的钒粒子具有的能量不足以形成晶态物质，得到非晶金属钒薄膜。