一种在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法与流程

本发明属于表面工程和材料科学，具体而言，涉及一种在铁镍合金复合材料基底上进行磁控溅射金属钌的方法，尤其涉及一种磁控溅射固定钌层厚度的可控制备方法。

背景技术：

1、铁镍合金和钌在现代工业及科研领域中发挥着重要作用。铁镍合金是一种重要的金属材料，具有优异的耐腐蚀、耐磨损和高温性能，被广泛应用于航空航天、化工、能源等领域。钌作为一种稀有金属，具有优异的化学稳定性、高熔点及特殊的电学性能，在催化、电子及信息存储等领域有着广泛的应用。

2、磁控溅射技术是物理气相沉积(pvd)的一种。采用磁控溅射法镀钌层时，以基片为阳极，钌靶材为阴极，入射粒子在靶中经历复杂的散射过程后和靶原子碰撞，并把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，从而形成级联过程。在这种级联过程中，某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，被溅射出来，而溅射出的中性的耙粒子(原子、分子)沉积在基片上形成钌层。磁控溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多种薄膜。

3、目前，对铁镍合金复合材料进行有效的钌层溅射研究仍面临技术挑战，包括金属钌在300℃以下溅射时颜色发黑，以及如何在不牺牲基底材料固有属性的同时，实现钌层的均匀沉积和精确控制钌层厚度。此外，探索新的溅射参数和后处理技术，以优化钌覆盖层的性能，对于拓宽其在催化、防腐蚀和电子行业的应用具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于常规工艺参数难以在铁镍合金上溅射易氧化金属，且磁控溅射时难以精确控制溅射层厚度，本发明的目的在于提供一种在铁镍合金上实现钌层的高纯度的均匀沉积和精确控制钌层厚度的磁控溅射方法，进而提升金属钌在铁镍合金表面的均匀性及致密性，进一步提高钌层沉积后铁镍合金的耐腐蚀性以及电化学稳定性。

2、为了实现上述技术目的，本发明人通过大量实验研究并不懈探索，最终对工艺参数进行改进，从而实现了在铁镍合金基底上得到纯度高、致密性好、结合度高且厚度可控的钌层金属膜。

3、具体地，本发明的技术方案包括如下：一种在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，该方法包括以下步骤：

4、(1)将铁镍合金基片分别用去离子水和无水乙醇超声清洗干净，干燥，然后插至铜制底座上并放入磁控溅射设备腔体内的转盘上；

5、(2)将需要溅射的金属钌安置在靶材座上，采用ar气作为离化气体，接通转盘电源，关闭腔门；

6、(3)磁控溅射在400～450℃下进行，本底真空度为5*10-4～5*10-5torr，ar气工作气压为8～12mtorr，使用直流电源，溅射功率为80-120w。

7、进一步优选地，如上所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其步骤(1)在放入所述铁镍合金基片前，将所述磁控溅射设备的腔体内表面采用丙酮进行擦拭，防止之前溅射过的原子在腔体内残留。

8、进一步优选地，如上所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其步骤(3)磁控溅射结束后，铁镍合金基片表面钌层的厚度为1.5～2μm。

9、进一步优选地，如上所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其步骤(3)中磁控溅射的时间为42～48min。

10、进一步优选地，如上所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其步骤(3)中溅射温度为400℃。

11、进一步优选地，如上所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其步骤(3)中溅射功率在100w时。

12、再进一步优选地，如上所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其中所述铁镍合金基片需溅射部分的尺寸规格为：0.92-1.0mm*0.14-0.22mm*0.43-0.51mm。

13、需要说明的是，溅射结束后，待腔体内温度冷却至室温后再拿出铁镍合金复合材料，以此提高钌层与铁镍合金基底的结合度。

14、与现有技术相比，本发明提供的一种在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其具有如下优点和显著的进步性：

15、(1)本发明通过制作铜质底座，首次获得了在体积和溅射面积极小的铁镍合金基底上进行金属钌层溅射的技术，精准实现了对所需要部分进行溅射的效果。

16、(2)本发明在磁控溅射金属钌时，通过精准控制溅射温度为400℃，有效解决了金属钌发生氧化而导致金属钌变色和性能降低的问题。

17、(3)本发明可得到基底上溅射钌层厚度为1.5-2.0μm的铁镍合金，并优化得到了最佳溅射功率为100w，溅射时间为45min左右，与传统方法相比，在得到相同厚度的条件下，本发明缩短了溅射时间，提高了靶材利用率和溅射效率，明显节省了能耗。

技术特征：

1.一种在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其特征在于，步骤(1)在放入所述铁镍合金基片前，将所述磁控溅射设备的腔体内表面采用丙酮进行擦拭。

3.根据权利要求1所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其特征在于，步骤(3)磁控溅射结束后，铁镍合金基片表面钌层的厚度为1.5～2μm。

4.根据权利要求1所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其特征在于，步骤(3)中磁控溅射的时间为42～48min。

5.根据权利要求1所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其特征在于，步骤(3)中溅射温度为400℃。

6.根据权利要求1所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其特征在于，步骤(3)中溅射功率为100w。

7.根据权利要求1-6任一项所述所述在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法，其特征在于，所述铁镍合金基片需溅射部分的尺寸规格为：0.92-1.0mm*0.14-0.22mm*0.43-0.51mm。

技术总结本发明公开了一种在铁镍合金复合材料基底上磁控溅射金属钌的方法。本发明首次在铁镍合金复合材料基底上沉积金属钌，通过优化溅射参数，如溅射温度、功率、气压和时间等，实现对钌层厚度的精确控制。该方法可用于结合度好、均匀性高、厚度易控制的钌层金属的溅射，其工艺简单、溅射过程短、溅射条件易于控制，且溅射的钌层金属致密性好、纯度高、性能稳定，对于推进铁镍合金复合材料在催化和电子领域的应用具有重要意义。技术研发人员：朱峰,朱恩科,朱玲可,代妮娜受保护的技术使用者：宝鸡嘉琦金属有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1