Способ получения покрытия из аморфного кремния на внутренней поверхности металлического субстрата

Способ получения покрытия из аморфного кремния на внутренней поверхности металлического субстрата

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу защиты поверхности металлических изделий от коррозии путем нанесения слоя аморфного кремния и может быть использовано в газоносных системах отбора и хранения проб природного газа для подготовки субстрата (сосуда для хранения газа и подводящего трубопровода) в системах контроля качества продукции в нефтяной и газовой промышленности, в коммерческих узлах учета, в системах измерений количества и показателей качества газа и сжиженных углеводородных газов на магистральных газопроводах.

Известен способ пассивации внутренней поверхности газосборного сосуда для защиты поверхности от коррозии, при котором внутреннюю поверхность сосуда сначала обезвоживают, затем сосуд вакуумируют, вводят газ, содержащий гидрид кремния, сосуд с газом нагревают под давлением, при этом газ разлагается на составные части и слой кремния осаждается на внутренней поверхности сосуда. Продолжительность осаждения кремния контролируют, чтобы предотвратить образование пыли кремния в сосуде. Сосуд затем продувают инертным газом для удаления газа, содержащего гидрид кремния. Операцию совершают в несколько циклов, пока вся поверхность сосуда не покроется кремнием. Сосуд опорожняют и охлаждают до комнатной температуры. (Патент US на изобретение №6,511,760, МПК⁷B65D 85/00, опубл. 28.01.2003 г.) [1].

Недостатком этого способа является отсутствие стадии первичной подготовки сосуда, что негативно сказывается на качестве и воспроизводимости полученного покрытия, заполнение сосуда чистым гидридом кремния повышает стоимость операции, а его использование на продувку линий вызывает выброс непрореагировавшего токсичного сырья, что ухудшает экологическую обстановку.

Известен способ пассивации внутренней поверхности реактора, подвергаемого закоксовыванию, и реактор, при котором покрытие поверхности получают посредством термического разложения металлоорганического соединения кремния, не содержащего кислород и воду, в инертной среде, выбранной из группы, состоящей из аргона, гелия, их смесей, азота, водорода. (Патент RU на изобретение №2079569, МПК С23С 8/28, опубл. 20.05.1997 г.), [2], (прототип способа).

Недостатком этого способа является отсутствие стадии первичной обработки внутренней поверхности реактора, что ведет к слабой адгезии и отслаиванию покрытия. Покрытие, полученное данным способом, имеет черный цвет и липкое, что затрудняет очистку реактора.

Техническим результатом данного изобретения является повышение качества покрытия при снижении затрат.

Технический результат достигается способом получения покрытия из аморфного кремния на внутренней поверхности металлического субстрата, включающим очистку внутренней поверхности субстрата органическим растворителем и активирование ее раствором минеральной кислоты или щелочи, подачу в субстрат прекурсора кремния в виде гидрида кремния в количестве от 5 об. % до 30 об. % при смешивании с инертным газом в виде аргона, гелия, их смесей или азота и разложение гидрида кремния при температуре от 600°С до 1000°С в течение от 3 до 240 минут, при этом подачу прекурсора кремния в субстрат повторяют до достижения требуемой толщины покрытия с промежуточной продувкой субстрата инертным газом, а смесь газов, получаемую после проведения реакции разложения, используют повторно в качестве газа-носителя.

Сущность изобретения заключается в том, что, в отличие от прототипа, внутреннюю поверхность субстрата очищают органическим растворителем и активируют раствором минеральной кислоты или щелочи, что повышает адгезию кремния, смешанного с инертным газом в виде аргона, гелия, их смесей или азота, выпадающего в процессе термического разложения прекурсора кремния на внутреннюю поверхность субстрата, при этом полученное покрытие обладает высоким значением краевого угла смачивания, прочно и устойчиво к механическому воздействию, что в свою очередь повышает достоверность измерения содержания воды в системах измерения влажности газа. Повторная подача прекурсора кремния в субстрат обеспечивает нанесение покрытия требуемой толщины. Повторное использование смеси газов, получаемой после проведения реакции разложения прекурсора кремния, в качестве газа-носителя снижает затраты на операцию покрытия внутренней поверхности субстрата.

Пример.

Способ осаждения кремния на внутреннюю поверхность субстрата заключается в следующем. Субстрат - баллон для отбора пробы газа, очищали от механического загрязнения раствором 1М HCl, затем промывали дистиллированной водой и обезжиривали этиловым спиртом, после чего снова промывали водой и сушили сжатым воздухом при комнатной температуре. Очищенный сухой баллон подключали с помощью быстроразъемных соединений к системе подачи газа-модификатора и помещали в печь. Печь нагревали до 600°С, пропуская через баллон поток инертного газа. При достижении заданной температуры автоматическим дозатором вводили в поток инертного газа прекурсор кремния с объемным соотношением: инертный газ / прекурсор кремния, как 7/2, после чего баллон отсекали от системы подачи газа-модификатора и проводили реакцию разложения прекурсора кремния - выдерживали баллон при указанной температуре и установившемся давлении газа-модификатора около пяти минут. По истечении пяти минут баллон соединяли с системой подачи инертного газа и продували. Процесс повторяли 4 раза для получения покрытия толщиной 400 нм. Полученное покрытие резко снизило способность внутренней поверхности баллона смачиваться водой и водными растворами.

Предлагаемое изобретение повышает качество защитного слоя покрытия и может найти применение в устройствах подготовки сосуда для хранения пробы природного газа и газоподводящего трубопровода при отборе пробы природного газа в системах контроля качества продукции в нефтяной и газовой промышленности в коммерческих узлах учета, в системах измерений количества и показателей качества газа и сжиженных углеводородных газов на магистральных газопроводах.

1. Способ получения покрытия из аморфного кремния на внутренней поверхности металлического субстрата, включающий очистку внутренней поверхности субстрата органическим растворителем и активирование ее раствором минеральной кислоты или щелочи, подачу в субстрат прекурсора кремния в виде гидрида кремния в количестве от 5 об. % до 30 об. % при смешивании с инертным газом в виде аргона, гелия, их смесей или азота и разложение гидрида кремния при температуре от 600°С до 1000°С в течение от 3 до 240 минут.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу прекурсора кремния в субстрат повторяют до достижения требуемой толщины покрытия с промежуточной продувкой субстрата инертным газом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь газов, получаемую после проведения реакции разложения, используют повторно в качестве газа-носителя.