HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft neue amorphe Legierungen mit
vorteilhaften Eigenschaften, wie etwa einer sehr hohen
Korrosionsbeständigkeit, einer hohen Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten
Temperaturen und einer hohen Verschleißfestigkeit, die in
chemischen Anlagen oder anderen industriellen und Heimanwendungen
nützlich sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Im allgemeinen sind Legierungen im festen Zustand
kristallin. Durch Verhindern der Ausbildung einer Fernordnung in
der atomaren Anordnung während der Erstarrung, beispielsweise
durch rasches Erstarren aus dem flüssigen Zustand, durch eine
Sputterabscheidung unter Verwendung spezieller Targets usw.,
wird jedoch aus speziellen Legierungszusammensetzungen eine
amorphe Struktur gebildet, die einer Flüssigkeit ähnlich ist,
jedoch keine kristalline Struktur aufweist. Die so erhaltenen
Legierungen werden amorphe Legierungen genannt. Die amorphen
Legierungen sind im allgemeinen aus einer homogenen
übersättigten Feststofflösung gebildet und besitzen eine deutlich
höhere Festigkeit, verglichen mit herkömmlichen in der Praxis
eingesetzten metallischen Materialien. Die amorphen Legierungen
besitzen ferner eine extrem hohe Korrosionsbeständigkeit und in
Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung verschiedene andere
vorteilhafte Eigenschaften.
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Die Erfinder haben verschiedenartige amorphe Legierungen
mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit entwickelt, die mit
kristallinen Legierungen nicht erhalten wurde. Diese amorphen
Legierungen werden grob in zwei Kategorien eingeordnet, von
denen eine amorphe Metall-Halbmetall-Legierungen umfaßt und die
andere aus Metall-Metall-Legierungen. Die
Metall-Halbmetall-Legierungen bestehen aus Elementen aus der Eisenfamilie, d.h. Fe,
Ni und Co, in Verbindung mit Halbmetallelementen, wie etwa P, C,
B oder Si, mit einem Anteil von etwa 10 bis 25 Atom-%, wobei die
Halbmetalle zur Ausbildung einer amorphen Phase benotigt werden.
Die Korrosionsbeständigkeit der Metall-Halbmetall-Legierungen
wurde durch Zugabe von Cr verbessert. Auf der anderen Seite
bestehen die Legierungen aus dem Metall-Metall-System aus
Elementen der Gruppen VIII und 1b, wie etwa Fe, Co, Ni, Cu usw.
sowie aus Ventilmetallen aus den Gruppen IVA und Va, wie etwa
Ta, Nb, Zr, Ti usw. Die Korrosionsbeständigkeit der zuletzt
genannten Legierungen wird auf das Vorliegen der Ventilmetalle,
die die amorphen Legierungen ausbilden, zurückgeführt. Unter
diesen Legierungen liefern insbesondere amorphe Legierungen, die
Ta oder Nb aus der Gruppe Va enthalten, eine extrem hohe
Korrosionsbeständigkeit.
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Wie vorstehend erläutert, werden für amorphe
Legierungen, die Chrom enthalten, was zum Verbessern der
Korrosionsbeständigkeitseigenschaften der amorphen Legierungen
wirksam ist, Halbmetalle zur Bildung einer amorphen Phase
benötigt (vgl. EP-A-9 210 779). Darüber hinaus wurden amorphe
Metall-Metall-Legierungen lediglich aus solchen Elementen
erhalten, die zu verschiedenen Gruppen gehören, welche im
periodischen System der Elemente in einer Entfernung voneinander
angeordnet sind. In diesen beiden Kategorien amorpher
Legierungen wird, falls einphasige Cr-Legierungen mit Ta
und/oder Nb erhalten werden können, von solchen Legierungen
erwartet, daß sie ideale Legierungen mit einer extrem hohen
Korrosionsbeständigkeit sind, weil diese Elemente die
Korrosionsbeständigkeit der Legierungen der oben angegebenen
beiden unterschiedlichen Systeme verbessern.
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Die Erfinder haben zuvor neue amorphe Legierungen
entwickelt und verschiedene ausgedehnte Studien hinsichtlich deren
Eigenschaften ausgeführt. Als Ergebnis wurde herausgefunden, daß
aus Metallen mit hohen Schmelzpunkten und Metallen mit niedrigen
Schmelzpunkten bestehende amorphe Legierungen unter Verwendung
eines Sputterabscheidungsverfahrens, welches während des
Vorgangs des Legierens keinen Schmelzschritt erfordert, hergestellt
werden können. Auf diese Weise waren die Erfinder bei der
Herstellung von amorphen Legierungen erfolgreich, die aus
mindestens einem aus der aus Ti, Zr, Nb, Ta, Mo, W usw. bestehenden
Gruppe ausgewählten Element, das zur Gruppe IVA, Va oder VIa
gehört, und mindestens einem aus der aus Cu, Al usw. bestehenden
Gruppe ausgewählten Element, das zur Gruppe Ib oder IIIb gehört,
bestehen. Für einige der so erhaltenen Legierungen wurden die
japanischen Patentanmeldungen 62-103296, 63-51567, 63-51568 und
63-260020 eingereicht. Unter diesen japanischen
Patentanmeldungen entsprechen die ersten drei Anmeldungen den US Patenten
mit den Nummern 5 030 300 und 5 041 175 und die vierte Anmeldung
entspricht den US Patenten mit den Nummern 5 076 865 und 5 123
980.
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Die Untersuchungen der Erfinder wurden weiter
fortgesetzt und es wurden Versuche unternommen, amorphe Metall-
Metall-Legierungen mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit aus
Elementen herzustellen, die zu einander benachbarten Gruppen im
periodischen System der Elemente gehören. Als Ergebnis wurden
amorphe Legierungen erfolgreich hergestellt, die aus den zur
Elementengruppe IVa gehörenden Elementen Ti und/oder Zr und dem
zur Gruppe VIa gehörenden Element Cr bestehen, und dafür wurde
die japanische Patentanmeldung mit der Nummer 3-138575
eingereicht.
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Die Erfinder haben Ihre Studium weiter fortgesetzt und
die Bedingungen der Legierungsbildung usw. untersucht. Sie
hatten bei der Herstellung von amorphen Legierungen aus einer
Kombination der aus der Gruppe Va ausgewählten Elemente Nb
und/oder Ta mit dem aus der Gruppe VIa ausgewählten Element Cr
Erfolg. Diese Gruppen sind einander benachbarte Gruppen im
periodischen System der Elemente und die ausgewählten Elemente,
d.h.: Nb, Ta und Cr, sind im Hinblick auf eine Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit besonders wirksam. Diese Erfindung wurde
auf Grundlage dieser Erkenntnis erhalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung richtet sich daher auf die Bereitstellung
amorpher Legierungen mit einer extrem hohen
Korrosionsbeständigkeit, die aus Cr, welches zum Erhalt einer hohen
Korrosionsbeständigkeit in hauptsächlich aus Elementen aus der
Eisenfamilie bestehenden amorphen Legierungen wesentlich ist, und
mindestens einem aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewählten Element, welches effektiv zum Erhalt amorpher
Legierungen aus dem Metall-Metallsystem mit einer sehr hohen
Korrosionsbeständigkeit beiträgt, mit oder ohne Zugabe
verschiedener anderer Elemente bestehen. Cr und Ta sowie Nb gehören zu
einander benachbarten Gruppen, d.h. der Gruppe VIa bzw. der
Gruppe V im periodischen System der Elemente.
Die Erfindung umfaßt die folgenden acht Gesichtspunkten:
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1. Hochkorrosionsbeständige, amorphe Legierung, bestehend aus 25
bis 70 Atom-% von mindestens einem aus der aus Ta und Nb
bestehenden Gruppe ausgewählten Element, wobei der Rest im
wesentlichen aus Cr besteht.
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2. Hochkorrosionsbeständige, amorphe Legierung, bestehend aus 25
bis 70 Atom-% von mindestens einem aus der aus Ta und Nb
bestehenden Gruppe ausgewählten Element, 45 Atom-% oder weniger
Al, wobei der Rest im wesentlichen aus 30 Atom-% oder mehr Cr
besteht.
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3. Hochkorrosionsbeständige, amorphe Legierung, bestehend aus
insgesamt 25 bis 70 Atom-% von Elementen aus zwei Gruppen, d.h.
mindestens einem aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewählten Element und weniger als 70 Atom-% von mindestens einem
aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewählten Element,
wobei der Rest im wesentlichen aus Cr besteht.
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4. Hochkorrosionsbeständige, amorphe Legierung, bestehend aus
insgesamt 25 bis 70 Atom-% von Elementen aus zwei Gruppen, d.h.
mindestens einem aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewählten Element von weniger als 70 Atom-% von mindestens einem
aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewählten Element,
und 45 Atom-% oder weniger Al, wobei der Rest im wesentlichen
aus 30 Atom-% oder mehr Cr besteht.
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5. Hochkorrosionsbeständige, amorphe Legierung, bestehend aus
insgesamt 25 bis 70 Atom-% von Elementen aus zwei Gruppen, d.h.
20 Atom-% oder mehr von mindestens einem aus der aus Ta und Nb
bestehenden Gruppe ausgewählten Element und 20 Atom-% oder
weniger von mindestens einem aus der aus Fe, Co, Ni, Cu, Mo und W
bestehenden Gruppe ausgewählten Element, wobei der Rest im
wesentlichen aus Cr besteht.
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6. Hochkorrosionsbeständige, amorphe Legierung, bestehend aus
insgesamt 25 bis 70 Atom-% von Elementen aus drei Gruppen, d.h.
mindestens einem aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewählten Element, weniger als 70 Atom-% von mindestens einem
aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewählten Element
und 20 Atom-% oder weniger von mindestens einem aus der aus Fe,
Co, Ni, Cu, Mo und W bestehenden Gruppe ausgewählten Element,
wobei der Rest im wesentlichen aus Cr besteht.
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7. Hochkorrosionsbeständige, amorphe Legierung, bestehend aus
insgesamt 25 bis 70 Atom-% von Elementen aus zwei Gruppen, d.h.
20 Atom-% oder mehr von mindestens einem aus der aus Ta und Nb
bestehenden Gruppe ausgewählten Element und 20 Atom-% oder
weniger von mindestens einem aus der aus Fe, Co, Ni, Cu, Mo und W
bestehenden Gruppe ausgewählten Element, und 45 Atom-% oder
weniger Al, wobei der Rest im wesentlichen aus 30 Atom-% oder mehr
Cr besteht.
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8. Hochkorrosionsbeständige, amorphe Legierung, bestehend aus
insgesamt 25 bis 70 Atom-% von Elementen aus drei Gruppen, d.h.
mindestens einem aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewählten Element, weniger als 70 Atom-% von mindestens einem
aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewählten Element
und 20 Atom-% oder weniger von mindestens einem aus der aus Fe,
Co, Ni, Cu, Mo und W bestehenden Gruppe ausgewählten Element,
und 45 Atom-% oder weniger Al, wobei der Rest im wesentlichen
aus 30 Atom-% oder mehr Cr besteht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, in der eine
Sputtervorrichtung zum Herstellen der erfindungsgemäßen amorphen
Legierungen dargestellt ist.
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Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, in der eine
andere Sputtervorrichtung zum Herstellen der erfindungsgemäßen
amorphen Legierungen dargestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Erfindung liefert die vorstehend beschriebenen
extrem hochkorrosionsbeständigen amorphen Legierung. Tabelle 1
zeigt die Bildungselemente und die Anteile dieser Elemente in
den erfindungsgemäßen Legierungen.
Tabelle 1
Erfindungsgemäße Legierungszusammensetzung (Atom-%)
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*1 mindestens ein aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewähltes Element
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-*2 mindestens ein aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe
ausgewähltes Element
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*3 mindestens ein aus der aus Fe, Co, Ni, Cu, Mo
und W
bestehenden Gruppe ausgewähltes Element
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*4 wesentlicher Rest
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*5 die Summe aus zwei Gruppen, bestehend aus mindestens
einem aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewählten Element und weniger als 70 Atom-% von mindestens
einem aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe
ausgewählten Element
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*6 die Summe aus zwei Gruppen, bestehend aus mindestens 20
Atom-% von mindestens einem aus der aus Ta und Nb
bestehenden Gruppe ausgewählten Element und höchstens 20
Atom-% von mindestens einem aus der aus Fe, Co, Ni, Cu,
Mo und W bestehenden Gruppe ausgewählten Element
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*7 die Summe aus drei Gruppen, bestehend aus mindestens
einem aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewählten Element, 20 Atom-% oder weniger von mindestens einem
aus der Fe, Co, Ni, Cu, Mo und W bestehenden Gruppe
ausgewählten Element und weniger als 70 Atom-% von
mindestens einem aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe
ausgewählten Element.
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Sputtern ist ein Verfahren zum Herstellen amorpher
Legierungen. Im einzelnen werden amorphe Legierungen durch
Sputtern unter Verwendung eines Targets hergestellt, das
hinsichtlich seiner mittleren Zusammensetzung der herzustellenden
amorphen Legierung entspricht, jedoch aus mehreren (nicht einer
einzigen) kristallinen Phasen besteht. Das verwendete Target kann
durch Sintern oder Schmelzen hergestellt werden. Alternativ kann
das Target aus einer Metallfolie oder -platte des Hauptelementes
der herzustellenden Legierung und anderen legierenden Elementen,
die auf der Metallfolie angeordnet oder darin eingebettet sind,
gebildet sein.
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Bei dieser Erfindung wurde das oben genannte
Herstellungsverfahren verwendet oder auf geeignete Weise modifiziert,
wie nachstehend erläutert. Es ist nicht einfach ein Cr- Ta- oder
Cr-Nb-Legierungstarget durch Schmelzen oder dergleichen
herzustellen. Amorphe Cr-Ta-, Cr-Nb- oder Cr-Ta-Nb-Legierungen mit
einer hohen Korrosionsbeständigkeit können jedoch durch Sputtern
unter Verwendung eines Targets erhalten werden, das aus einer
Cr-Platte und darauf angeordnetem oder in der Cr-Platte
eingebettetem Ta und/oder Nb besteht. Bei diesen Verfahren ist es
zur Vermeidung lokaler Zusammensetzungsheterogenitäten der
resultierenden amorphen Legierungen wünschenswert, mehrere
Substrate dazu zu veranlassen, sich um ihre Achsen 7 zu drehen,
zusätzlich zu einem Umlauf der Substrate 2 um eine zentrale
Achse 1 in einer Sputterkammer 6, wie in Fig. 1 dargestellt.
Alternativ kann das Sputtern im Hinblick auf eine breite Variation
der Zusammensetzung der gebildeten amorphen Legierung wie in
Fig. 2 dargestellt ausgeführt werden. Dabei besteht ein Target 4
beispielsweise aus einer Cr-Platte und in der Cr-Platte
eingebettetem Ta und/oder Nb und das andere Target 5 besteht aus Ta,
Nb oder Cr. Diese beiden Targets 4 und 5 werden in Schräglage in
der Sputterkammer 6 installiert, so daß das Substrat 2 in der
Nähe des Schnittpunktes der auf den Zentren der Targets 4 und 5
errichteten Flächennormalen angeordnet ist. Die beiden Targets 4
und 5 werden unter gesteuerten Bedingungen mit zwei
Leistungsquellen gleichzeitig betrieben. Auf diese Weise können die
Anteile der legierenden Elemente in den resultierenden amorphen
Legierungen in einem weiten Bereich geändert werden. Wenn
unterschiedliche verschiedenartige Targets, beispielsweise solche,
die durch Einbetten von mindestens einem aus der aus Ti, Zr, Fe,
Co, Ni, Mo, W und Al bestehenden Gruppe ausgewählten Element,
zusammen mit Nb und/oder Ta in Cr hergestellt werden, auf
geeignete Weise mit dem vorstehend angegebenen Verfahren kombiniert
werden, können ferner verschiedenartige amorphe Legierungen mit
einer extrem hohen Korrosionsbeständigkeit erhalten werden. Als
Beispiele für derartige Legierungen können Cr-Ta, Cr-Nb,
Cr-Ta-Nb, Cr-Ta-Al, Cr-Nb-Al, Cr-Ta-Nb-Al, Cr-Ta-Ti,
Cr-Ta-Zr, Cr-Nb-Ti, Cr-Nb-Zr, Cr-Ta-Nb-Ti, Cr-Ta-Nb-
Zr, Cr-Ta-Nb-Ti-Zr, Cr-Ta-Ti-Al, Cr-Ta-Zr-Al,
Cr-Nb-Ti-Al, Cr-Nb-Zr-Al, Cr-Ta-Nb-Ti-Al,
Cr-Ta-Nb-Zr-Al, Cr-Ta-Nb-Ti-Zr-Al, Cr-Ta-Fe, Cr-Ta-Co,
Cr-Ta-Ni, Cr-Ta-Cu, Cr-Ta-Mo, Cr-Ta-W, Cr-Nb-Fe, Cr-
Nb-Co, Cr-Nb-Ni, Cr-Nb-Cu, Cr-Nb-Mo, Cr-Nb-W, Cr-Ta-
Nb-Ti-Zr-Fe-Co-Ni-Cu-Mo-W-Al erwähnt werden. Insbesondere beim
Einsatz von zwei Targets werden sowohl der Umlauf des Substrates
2 um die zentrale Achse 1 als auch die Drehung des Substrates 2
um seine eigene Achse 7 zur Herstellung homogener amorpher
Legierungen benötigt.
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Die Legierungen mit den erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen, die durch Sputtern hergestellt werden, sind einphasige
amorphe Legierungen, in denen die oben angegebenen legierenden
Elemente zur Bildung einer gleichmäßigen Feststofflösung gelöst
sind. Die erfindungsgemäßen amorphen Legierungen in Form einer
gleichmäßigen Feststofflösung können darauf einen extrem
gleichmäßigen und in hohem Maße korrosionsbeständigen Schutzfilm
ausbilden. Metallische Materialien können einfach in einer schwach
oxidierenden und sehr korrosiven Umgebung gelöst werden, wie
etwa in Chlorwasserstoffsäure. Daher wird von metallischen
Materialien, die zum Einsatz in einer derartigen Umgebung gedacht
sind, verlangt, daß sie die Fähigkeit zur Ausbildung eines
stabilen Schutzfilms aufweisen und dieses Erfordernis kann durch
Herstellen von Legierungen erfüllt werden, die so viele wirksame
Elemente enthalten wie benötigt. Wenn verschiedenartige
legierende Elemente in großen Mengen zu einem kristallinen Metall
zugegeben werden, besitzt die resultierende Legierung jedoch eine
chemisch heterogene, mehrphasige Struktur, wobei jede Phase
unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweist, und es kann
kein eine hohe Korrosionsbeständigkeit sicherstellender
gleichmäßiger Schutzfilm ausgebildet werden. Daher kann eine
zufriedenstelle Korrosionsbeständigkeit nicht erhalten werden. Darüber
hinaus ist die chemische Heterogenität ziemlich schädlich für
die Korrosionsbeständigkeit.
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Im Gegensatz dazu sind die erfindungsgemäßen amorphen
Legierungen aus einer gleichmäßigen Feststofflösung gebildet und
enthalten die wirksamen Elemente in einer benötigten Menge in
gleichmäßiger Weise, zur gleichmäßigen Ausbildung eines stabilen
Schutzfilms. Aufgrund der Ausbildung eines derartigen
gleichmäßigen Schutzfilms zeigen die erfindungsgemäßen amorphen
Legierungen eine ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit. Genauer
gesagt, wird von metallischen Materialien im Hinblick auf eine
Beständigkeit in ernsthaft korrosiven Umgebungen gefordert, daß
sie eine Fähigkeit zur Ausbildung eines in hohem Maße
schützenden Films aufweisen, zur gleichmäßigen Ausbildung eines stabilen
Schutzfilms auf den Materialien, selbst in nicht oxidierenden
Umgebungen Derartigen Anforderungen kann mit der
erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung genügt werden. Darüber
hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße amorphe
Legierungsstruktur die Herstellung von Legierungen mit komplexen
Zusammensetzungen in einem einphasigen Feststofflösungszustand und
gestattet auch die Ausbildung eines gleichmäßigen Schutzfilms.
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Nachstehend wird eine Erläuterung hinsichtlich der
Gründe für die Einschränkungen hinsichtlich der legierenden
Elemente und Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen
Legierungen angegeben.
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Cr kann eine amorphe Struktur ausbilden, wenn es
zusammen mit mindestens einem aus der aus Ta und Nb bestehenden
Gruppe ausgewählten Element vorliegt und benotigt Ta und/oder Nb
in einer Menge von 25 bis 70 Atom-% zur Ausbildung der
beabsichtigten amorphen Struktur durch Sputtern. Daher sollte die in
Anspruch 1 angegebene Legierung 25 bis 70 Atom-% Ta und/oder Nb
enthalten. In dieser Legierung können Ta und Nb teilweise durch
Ti und/oder Zr ersetzt werden. Zur Sicherstellung einer sehr
hohen Korrosionsbeständigkeit sollte jedoch mindestens ein aus der
aus Nb und Ta bestehenden Gruppe ausgewähltes Element in der
Legierung enthalten sein. Bei den Ansprüchen 3 und 4 sollten die
Elemente aus den beiden Gruppen zur Ausbildung der amorphen
Struktur insgesamt im Bereich von 25 bis 70 Atom-% enthalten
sein.
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Al ist ein Element, das in Kombination mit Ta, Nb, Zr
und/oder Ti eine amorphe Struktur bildet. Daher kann Cr
teilweise durch Al ersetzt werden und dadurch wird eine verbesserte
Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen bereitgestellt.
Zum Erhalt der beabsichtigten sehr hohen Korrosionsbeständigkeit
sollte Cr jedoch in einer Menge von 30 Atom-% oder mehr
vorliegen und die Ersetzung von Cr durch Al darf 45 Atom% nicht
überschreiten. Das ist der Grund, aus dem die Anteile von Al und
Cr in den Ansprüchen 2, 4, 7 und 8 auf nicht mehr als 45 Atom-%
bzw. nicht weniger als 30 Atom-% eingeschränkt sind.
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Wenngleich bei der Ausbildung der erfindungsgemäßen
amorphen Legierungen Ta, Nb, Ti und Zr teilweise durch Fe, Co,
Ni, Cu, Mo und/oder W ersetzt werden können, sollte diese
Ersetzung jedoch auf insgesamt 20 Atom-% oder weniger der oben
angegebenen ersetzenden Elemente Fe, Co, Ni, Cu, Mo und W
beschränkt werden, zur Ausbildung der amorphen Struktur und zum
Erhalt der gewünschten sehr hohen Korrosionsbeständigkeit. Aus
diesem Grund ist der Anteil der aus der aus Fe, Co, Ni, Cu, Mo
und W bestehenden Gruppe ausgewählten Elemente in den Ansprüchen
5 bis 8 auf insgesamt 20 Atom-% oder weniger begrenzt. In den
Legierungen, die Ta und/oder Nb sowie mindestens ein aus der aus
Fe, Co, Ni, Cu, Mo und W bestehenden Gruppe ausgewähltes Element
enthalten, die in Anspruch 7 angegeben sind, sollten Ta und/oder
Nb in einer Gesamtmenge von 20 Atom-% oder mehr enthalten sein,
im Hinblick auf die gewünschte sehr hohe
Korrosionsbeständigkeit, obwohl Cr in einer Menge von 30 Atom-% oder mehr enthalten
ist.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele weiter erläutert.
Beispiel 1
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Durch Anordnen von 4 bis 9 Ta-Scheiben mit einem
Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 1 mm auf einer Cr-Scheibe
mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von 6 mm wurden
Targets so hergestellt, daß die Zentren der Ta-Scheiben auf
einem konzentrischen Kreis mit einem Radius von 29 mm bezogen
auf das Zentrum der Cr-Scheibe angeordnet waren. Die so
hergestellten Targets wurden in der in Fig. 1 dargestellten
Sputtervorrichtung verwendet. Mit einer Leistung von etwa 400 W wurde
eine Sputterabscheidung auf Substrate aus Al und Glas
ausgeführt, die sich um ihre Achsen 7 drehten und auch um die
zentrale Achse 1 umliefen. Während der Sputterabscheidung wurde
ein Ar-Gasstrom mit elner Flußrate von 5 ml/Min. und ein Vakuum
von 2 x 10&supmin;&sup4; Torr aufrechterhalten.
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Durch eine Röntgenbeugungsanalyse wurde bestätigt, daß
alle resultierenden Legierungen amorph waren. Ferner zeigte
eine Elektronensondenmikroanalyse, daß die amorphen Legierungen
aus Cr-26 Atom-% Ta, Cr-33 Atom-% Ta, Cr-45 Atom-% Ta, Cr-52
Atom-% Ta, Cr-64 Atom-% Ta und Cr-69 Atom-% Ta bestanden.
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Diese Legierungen wurden in 12 N-HCL bei 30ºC spontan
passiviert und mit einer Mikrowaage konnte selbst nach einer
Eintauchdauer von einem Monat kein Korrosionsverlust
nachgewiesen werden.
Beispiel 2
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Eine Cr-Scheibe und eine Nb-Scheibe, beide mit einem
Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von 6 mm, wurden als
Targets in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung installiert.
Auf Substraten aus Al und Glas, die sich um ihre Achsen 7
drehten und auch um die zentrale Achse 1 der Vorrichtung
umliefen wurde mit einer Leistung von etwa 400 W eine
Sputterabscheidung ausgeführt. Während der Sputterabscheidung wurde ein
Ar-Gasstrom mit einer Flußrate von 5 ml/Min und ein Vakuum von
1x10&supmin;&sup4; - 4x10&supmin;&sup4; Torr aufrechterhalten.
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Durch eine Röntgenbeugungsanalyse wurde bestätigt, daß
die resultierende Legierung amorph war. Ferner zeigte eine
Elektronensondenmikroanalyse, daß die amorphe Legierung eine Cr-43
Nb-Legierung war.
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Diese Legierung wurde in 12 N-HCl bei 30ºC spontan
passiviert und zeigte eine geringe mittlere
Korrosionsgeschwindigkeit von 0,5 mm/Jahr, berechnet aus dem Korrosionsverlust
durch einmonatiges Eintauchen in die 12 N-HCl. Folglich wurde
herausgefunden, daß die amorphe Legierung in hohem Maße
korrosionsbeständig ist.
Beispiel 3
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Durch Anordnen von Ta-Scheiben und anderen
verschiedenartigen Metall- oder Legierungsscheiben, jeweils mit einem
Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 1 mm, auf einer Cr-
Scheibe mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von 6
mm wurden Targets so hergestellt, daß die Zentren der
Ta-Scheiben oder der anderen Scheiben auf einem konzentrischen Kreis mit
einem Radius von 29 mm, bezogen auf das Zentrum der Cr-Scheibe
angeordnet waren. Die Targets wurden in der in Fig. 1
dargestellten Sputtervorrichtung verwendet. Bei einer Leistung von
etwa 400 W wurde eine Sputterabscheidung auf Substrate aus Al
und Glas ausgeführt, wobei die Substrate sich um ihre Achsen 7
drehten und auch um die zentrale Achse der Vorrichtung umliefen.
Während der Sputterabscheidung strömte ein Ar-Gasstrom mit einer
Rate von 5 ml/Min und ein Vakuum 2 x 10&supmin;&sup4; Torr wurde
aufrechterhalten.
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Durch eine Röntgenbeugungsanalyse wurde bestätigt, daß
die resultierenden Legierungen alle amorph waren. Die durch eine
Elektronensondenmikroanalyse erhaltenen Zusammensetzungen dieser
amorphen Legierungen sind in Tabelle 2 dargestellt. Diese
Legierungen wurden in 12 N-HCl bei 30ºC spontan passiviert und es
wurde herausgefunden, daß sie in hohem Maße korrosionsbeständig
waren.
Tabelle 2
Korrosionsgeschwindigkeit der amorphen Legierungen,
gemessen in 12 N-HCl bei 30ºC
Tabelle 2 (Fortsetzung
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Wie vorstehend im einzelnen erläutert, sind die
erfindungsgemäßen amorphen Legierungen amorphe Legierungen die Cr und
mindestens ein aus der aus Ta und Nb bestehenden Gruppe
ausgewähltes Element als wesentliche Elemente enthalten, und die
amorphen Legierungen können durch Sputtern einfach hergestellt
werden. Die erfindungsgemäßen amorphen Legierungen besitzen eine
extrem hohe Korrosionsbeständigkeit durch eine spontane
Passivierung aufgrund der Ausbildung stabiler Schutzfilme, selbst in
sehr korrosiven Umgebungen, wie etwa schwach oxidierender,
konzentrierter Chlorwasserstoffsäure.