RU2606690C2 - Method of amorphous silicon coating producing on metal substrate internal surface - Google Patents

Method of amorphous silicon coating producing on metal substrate internal surface Download PDF

Info

Publication number
RU2606690C2
RU2606690C2 RU2015128392A RU2015128392A RU2606690C2 RU 2606690 C2 RU2606690 C2 RU 2606690C2 RU 2015128392 A RU2015128392 A RU 2015128392A RU 2015128392 A RU2015128392 A RU 2015128392A RU 2606690 C2 RU2606690 C2 RU 2606690C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
substrate
silicon
internal surface
coating
Prior art date
Application number
RU2015128392A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015128392A (en
Inventor
Георгий Сергеевич Морозов
Руслан Яхияевич Бакусев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество Научно-инженерный центр "ИНКОМСИСТЕМ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество Научно-инженерный центр "ИНКОМСИСТЕМ" filed Critical Закрытое акционерное общество Научно-инженерный центр "ИНКОМСИСТЕМ"
Priority to RU2015128392A priority Critical patent/RU2606690C2/en
Publication of RU2015128392A publication Critical patent/RU2015128392A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2606690C2 publication Critical patent/RU2606690C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24Deposition of silicon only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: present invention relates to amorphous silicon coating on metal substrate internal surface producing method and can be used in gas-bearing systems natural gas samples taking and keeping for preparation of substrate, for example, gas storage vessel or supply pipeline, in oil and gas industry products quality control systems, in commercial metering units, in quantity and quality parameters measurement systems of gas and liquefied petroleum gases in gas main lines. Performing substrate inner surface cleaning with organic solvent and its activation with mineral acid or alkali solution, silicon precursor feeding into substrate in form of silicon hydride in amount from 5 vol% to 30% vol. with mixing with inert gas in form of argon, helium, mixtures thereof or nitrogen and silicon hydride decomposition at temperature from 600 °C to 1,000 °C during from 3 to 240 minutes. In particular cases of invention implementation, supply of silicon precursor into substrate is repeated until achievement of required coating thickness with intermediate substrate blowing with inert gas. Mixture of gases produced after decomposition reaction, is repeatedly used as carrier gas.
EFFECT: providing higher quality of metal substrate internal surface coating with reduction of costs.
3 cl, 1 ex

Description

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.The present invention relates to a method for protecting the surface of metal products from corrosion by applying a layer of amorphous silicon and can be used in gas-bearing systems for sampling and storing natural gas samples for preparing a substrate (gas storage vessel and supply pipe) in product quality control systems in oil and gas industry, in commercial metering stations, in systems for measuring the quantity and quality indicators of gas and liquefied hydrocarbon gases in main gas pipelines.

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].A known method of passivation of the inner surface of the gas collection vessel to protect the surface from corrosion, in which the inner surface of the vessel is first dehydrated, then the vessel is evacuated, gas containing silicon hydride is introduced, the vessel with gas is heated under pressure, and the gas decomposes into its constituent parts and the silicon layer is deposited on the inner surface of the vessel. The duration of silicon deposition is controlled to prevent the formation of silicon dust in the vessel. The vessel is then purged with an inert gas to remove a gas containing silicon hydride. The operation is performed in several cycles until the entire surface of the vessel is covered with silicon. The vessel is emptied and cooled to room temperature. (US patent for the invention No. 6,511,760, IPC 7 B65D 85/00, published on January 28, 2003) [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.The disadvantage of this method is the lack of a stage of primary preparation of the vessel, which negatively affects the quality and reproducibility of the resulting coating, filling the vessel with pure silicon hydride increases the cost of the operation, and its use for purging the lines causes the release of unreacted toxic raw materials, which worsens the environmental situation.

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).A known method of passivation of the inner surface of the reactor subjected to coking, and a reactor in which a surface coating is obtained by thermal decomposition of an organometallic compound of silicon, which does not contain oxygen and water, in an inert medium selected from the group consisting of argon, helium, mixtures thereof, nitrogen, hydrogen. (RU patent for the invention No. 2079569, IPC С23С 8/28, publ. 05/20/1997), [2], (prototype method).

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.The disadvantage of this method is the lack of a stage of primary processing of the inner surface of the reactor, which leads to poor adhesion and peeling of the coating. The coating obtained by this method is black and sticky, which makes it difficult to clean the reactor.

Техническим результатом данного изобретения является повышение качества покрытия при снижении затрат.The technical result of this invention is to improve the quality of the coating while reducing costs.

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.The technical result is achieved by a method of obtaining a coating of amorphous silicon on the inner surface of a metal substrate, including cleaning the inner surface of the substrate with an organic solvent and activating it with a solution of mineral acid or alkali, feeding the silicon precursor in the form of silicon hydride in an amount of 5 vol. % up to 30 vol. % when mixed with an inert gas in the form of argon, helium, mixtures thereof or nitrogen and the decomposition of silicon hydride at a temperature of from 600 ° C to 1000 ° C for 3 to 240 minutes, while feeding the silicon precursor to the substrate is repeated until the desired thickness is reached coatings with intermediate blowing of the substrate with an inert gas, and the gas mixture obtained after the decomposition reaction is reused as a carrier gas.

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.The essence of the invention lies in the fact that, unlike the prototype, the inner surface of the substrate is cleaned with an organic solvent and activated with a solution of mineral acid or alkali, which increases the adhesion of silicon mixed with an inert gas in the form of argon, helium, their mixtures or nitrogen falling out during the process thermal decomposition of the silicon precursor on the inner surface of the substrate, while the resulting coating has a high value of the wetting angle, is strong and resistant to mechanical stress, which in turn Reduces the reliability of measuring water content in gas moisture measuring systems. Re-feeding the silicon precursor to the substrate provides coating of the desired thickness. Reuse of the gas mixture obtained after the decomposition reaction of the silicon precursor as a carrier gas reduces the cost of the operation of coating the inner surface of the substrate.

Пример.Example.

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.The method of deposition of silicon on the inner surface of the substrate is as follows. The substrate, a gas sampling bottle, was cleaned of mechanical pollution with a solution of 1 M HCl, then it was washed with distilled water and degreased with ethanol, then it was again washed with water and dried with compressed air at room temperature. The cleaned dry balloon was connected using quick disconnect connections to the modifier gas supply system and placed in an oven. The furnace was heated to 600 ° C, passing a stream of inert gas through a balloon. When the set temperature is reached, an automatic dispenser introduced a silicon precursor into the inert gas stream with a volume ratio of inert gas / silicon precursor as 7/2, after which the cylinder was cut off from the modifier gas supply system and the decomposition of the silicon precursor decomposition was carried out - the cylinder was kept at the indicated temperature and steady-state modifier gas pressure for about five minutes. After five minutes, the balloon was connected to an inert gas supply system and purged. The process was repeated 4 times to obtain a coating 400 nm thick. The resulting coating sharply reduced the ability of the inner surface of the container to be wetted by water and aqueous solutions.

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.The present invention improves the quality of the protective coating layer and can be used in vessel preparation devices for storing natural gas samples and gas supply pipelines for sampling natural gas in product quality control systems in the oil and gas industry in commercial metering stations, in quantity and quality measurement systems gas and liquefied hydrocarbon gases in gas pipelines.

Claims (3)

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.1. A method of obtaining a coating of amorphous silicon on the inner surface of a metal substrate, including cleaning the inner surface of the substrate with an organic solvent and activating it with a solution of mineral acid or alkali, feeding silicon precursor in the form of silicon hydride in an amount of 5 vol. % up to 30 vol. % when mixed with an inert gas in the form of argon, helium, mixtures thereof or nitrogen and the decomposition of silicon hydride at a temperature of from 600 ° C to 1000 ° C for 3 to 240 minutes. 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.2. The method according to p. 1, characterized in that the supply of the silicon precursor to the substrate is repeated until the desired coating thickness is reached with an intermediate inert gas blowing of the substrate. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь газов, получаемую после проведения реакции разложения, используют повторно в качестве газа-носителя.3. The method according to p. 1, characterized in that the gas mixture obtained after the decomposition reaction is reused as a carrier gas.
RU2015128392A 2015-07-13 2015-07-13 Method of amorphous silicon coating producing on metal substrate internal surface RU2606690C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015128392A RU2606690C2 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Method of amorphous silicon coating producing on metal substrate internal surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015128392A RU2606690C2 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Method of amorphous silicon coating producing on metal substrate internal surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015128392A RU2015128392A (en) 2016-01-10
RU2606690C2 true RU2606690C2 (en) 2017-01-10

Family

ID=55071878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015128392A RU2606690C2 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Method of amorphous silicon coating producing on metal substrate internal surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2606690C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2661320C1 (en) * 2017-04-26 2018-07-13 Закрытое акционерное общество Научно-инженерный центр "ИНКОМСИСТЕМ" Method of substrate hydrophobisation

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2650381C1 (en) * 2016-12-12 2018-04-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" Method of forming amorphous silicon thin films
DE202017002044U1 (en) 2017-04-18 2017-05-09 Closed Joint Stock Company Research-Engineering Center "INCOMSYSTEM" Device for passivating the surface of long pipes during inductive heating

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4664938A (en) * 1985-05-06 1987-05-12 Phillips Petroleum Company Method for deposition of silicon
RU2079569C1 (en) * 1991-10-28 1997-05-20 ЭНИКЕМ С.п.А. Method of passivation of inner surface or reactor subjected to coking, and reactor
US6258173B1 (en) * 1998-01-29 2001-07-10 Nissin Electric Co. Ltd. Film forming apparatus for forming a crystalline silicon film
RU2189663C2 (en) * 1997-06-30 2002-09-20 Мацушита Электрик Индастриал Ко., Лтд. Method and device for producing thin semiconductor film
US20090029178A1 (en) * 2004-12-13 2009-01-29 Smith David A Process for the modification of substrate surfaces through the deposition of amorphous silicon layers followed by surface functionalization with organic molecules and functionalized structures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4664938A (en) * 1985-05-06 1987-05-12 Phillips Petroleum Company Method for deposition of silicon
RU2079569C1 (en) * 1991-10-28 1997-05-20 ЭНИКЕМ С.п.А. Method of passivation of inner surface or reactor subjected to coking, and reactor
RU2189663C2 (en) * 1997-06-30 2002-09-20 Мацушита Электрик Индастриал Ко., Лтд. Method and device for producing thin semiconductor film
US6258173B1 (en) * 1998-01-29 2001-07-10 Nissin Electric Co. Ltd. Film forming apparatus for forming a crystalline silicon film
US20090029178A1 (en) * 2004-12-13 2009-01-29 Smith David A Process for the modification of substrate surfaces through the deposition of amorphous silicon layers followed by surface functionalization with organic molecules and functionalized structures

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2661320C1 (en) * 2017-04-26 2018-07-13 Закрытое акционерное общество Научно-инженерный центр "ИНКОМСИСТЕМ" Method of substrate hydrophobisation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015128392A (en) 2016-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2606690C2 (en) Method of amorphous silicon coating producing on metal substrate internal surface
Salmi et al. Studies on atomic layer deposition of MOF-5 thin films
FR2928662A1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR DEPOSITION OF A METAL OR METALLOID ON CARBON NANOTUBES
JP6014601B2 (en) Hydrocarbon cracking method and reactor, and reactor coating method
Pizzi et al. Hydrogen permeability of 2.5 μm palladium–silver membranes deposited on ceramic supports
Calles et al. Influence of the type of siliceous material used as intermediate layer in the preparation of hydrogen selective palladium composite membranes over a porous stainless steel support
EP3464676B1 (en) Reaction of diazadiene complexes with amines
CN106044855B (en) One kind prepares individual layer MoS2Method
RU2012110211A (en) TWO-LAYER CATALYST, METHOD OF ITS PRODUCTION AND ITS APPLICATION FOR PRODUCING NANOTUBES
CN106367732B (en) A kind of medium temperature metal organic chemical vapor deposition TiO2-Al2O3Composite coating device and painting method
Price et al. Atmospheric pressure CVD of SnS and SnS2 on glass
CN105745351B (en) Method for depositing anti-corrosive coating
CN115786876A (en) Method for preparing tantalum carbide coating by CVD and product thereof
Fan et al. Tailored synthesis of CoO X thin films for catalytic application
Etchepare et al. Process‐structure‐properties relationship in direct liquid injection chemical vapor deposition of amorphous alumina from aluminum tri‐isopropoxide
CN110088355B (en) Method for hydrophobizing substrates
Ye et al. Hexagonal boron nitride from a borazine precursor for coating of SiBNC fibers using a continuous atmospheric pressure CVD process
JP2017133096A (en) Thermochemical vapor deposition division functionalization process, product and coating
RU2782306C1 (en) Method for creating a nanolayer of amorphous silicon of a predetermined thickness when waterproofing a substrate
US20170348683A1 (en) Method for forming catalytic nanocoating
US9492870B2 (en) Aeosol synthesis of faceted aluminum nanocrystals
Ye et al. Deposition of Hexagonal Boron Nitride from N‐Trimethylborazine (TMB) for Continuous CVD Coating of SiBNC Fibers
US9314757B2 (en) Method and a device for generating a carburizing gas mixture
Rahman et al. Effects of Acetylene on deposition rate of stainless steels using thermal chemical vapor deposition
Belov et al. Assessing the efficiency of using carbon nanocomposite materials for corrosion protection of gas pipelines