一种高强度铬铝合金靶材及其制备方法与流程

1.本发明涉及热等静压法粉末冶金技术领域，尤其涉及到一种高强度铬铝系靶材及其制备领域。


背景技术：

2.铬铝及铬铝系靶材主要用于在氮气环境中进行反应镀膜，在刀具或工具表面形成crn、aln、craln等涂层，增加表面硬度、耐腐蚀性、耐摩擦性、热稳定性等参数，提高工模具的使用性能和寿命。现有制备铬铝靶材的方法一般有热压、烧结和热等静压法，由于热压-烧结等方法工艺复杂、容易偏析、稳定性差等缺点，目前以热等静压法制备为主。热等静压法的一般步骤为，粉末的混合、装包套、真空抽气、包套封口、热等静压。目前已公布的热等静压法相关专利申请大多都是在这个大体步骤中进行部分参数具体化，如对粉末的纯度、粒度、混料方式、热等静压工艺范围提出具体要求等等。通过现有方法虽能够制备出成型的铬铝靶材，但靶材的延展性和强度都很低，其抗折强度大多低于120mpa，部分低于200mpa，材料比较脆。这是因为，在一定温度下铝和铬一旦形成al
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cry相，其强度将大幅降低，脆性大幅增大。然而在实际的涂层镀膜过程中，溅射靶与电弧阴极必须承受诸多严苛的应用条件，靶材边缘的材料必须承受重达1吨的力，脆性材料在这么大的重力作用下会发生崩角或断裂，直接影响镀膜过程和产品的稳定性，甚至损坏镀膜设备。


技术实现要素：

3.为解决常用铬铝靶材强度过低过脆，容易崩边缺角及在镀膜过程中易发生崩角或断裂的危险，本发明公开了一种高强度高延展性的铬铝合金靶材及其制备方法。
4.本发明是通过以下技术方案予以实现的：一种高强度铬铝合金靶材，其特征在于，所述铬铝合金靶材含有铝元素和铬元素，其中铝元素按重量比不小于15%，其余为铬元素。
5.优选的，所述铬铝合金靶材含有铝、铬和添加元素，其中，含铝不小于15%，所述添加元素为b、si、y、co、v、zr、c、w、ta中的一种或多种，添加元素占比不超过10%，所述铬铝合金靶材的抗折强度大于400mpa。
6.一种制备高强度铬铝合金靶材的方法，其特征在于，包括以下步骤：b1、粉末混合：准备好铬粉、铝粉，将铬粉、铝粉混合均匀，形成混合料；其中，铝粉占比不低于15%；b2、装包套除气：将混合料装入到金属包套内，焊接好端盖、抽气管，然后加热抽气；b3、热等静压：抽完气后将包套上的抽气管压扁、焊接密封并进行热等静压，得到铬铝靶坯；b4、机加工：将热等静压后的铬铝靶坯去除包套，机加工成成品靶材。
7.优选的，所述步骤b1中，粉末混合时添加少量元素，所述少量元素为b、si、y、co、v、
zr、c、w、ta中的一种或多种，且所述少量元素的重量占比不大于10%。
8.优选的，所述步骤b2中，在装包套除气时，包套的材质为铝、铁或铜。
9.优选的，所述步骤b2中，包套抽气的温度为530℃以下，真空度为10-3
pa。
10.优选的，所述步骤b2中，包套抽气的温度为350-530℃。
11.优选的，所述步骤b3中，热等静压的温度为530℃以下，压力大于100mpa。
12.优选的，所述步骤b3中，热等静压的温度为450-530℃。
13.本发明的技术效果如下：本发明一种高强度铬铝靶材由铬粉和铝粉制作而成，通过粉末混合、装包套除气、热等静压、机加工等加工步骤，形成一种高强度高延展性的铬铝合金靶材，本发明解决了常用铬铝靶材强度过低过脆，容易崩边缺角及在镀膜过程中易发生崩角或断裂的问题。
具体实施方式
14.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，本发明包含其技术思想范围内的其它实施方式和及其变形。
15.实施例1cral（85:15 wt%）靶材的制备（1）、提供4.26kg铬粉和0.74kg铝粉，即铬粉和铝粉的质量比为85:15，通过多维混料机机械混合2h。
16.（2）、准备好
ø
100
×
150的低碳钢包套，把混合好的粉末装入包套，振实，焊接好端盖、抽气管。
17.（3）、把包套装入真空炉中，连接抽气管，进行升温抽气，抽气的温度为500℃，保持温度待真空度达到2
×
10-3
pa后，把抽气管压扁封焊。
18.（4）、抽完气的包套装入热等静压设备进行热等静压烧结，热等静压的温度为500℃，压力为170mpa，保温保压5h。
19.（5）、热等静压后的铬铝靶坯进行去包套并线切割成6
×6×
80mm的试样，测试试样条的抗折强度为436mpa。
20.实施例2cral（45:55 wt%）靶材的制备（1）、提供6.78kg铬粉和8.22kg铝粉，即铬粉和铝粉的质量比为45：55（原子比为30:70），通过多维混料机机械混合2h。
21.（2）、准备好
ø
250
×
150的低碳钢包套，把混合好的粉末装入包套，振实，焊接好端盖、抽气管。
22.（3）、把包套装入真空炉中，连接抽气管，进行升温抽气，抽气的温度为450℃，保持温度待真空度达到2
×
10-3
pa后，把抽气管压扁封焊。
23.（4）、抽完气的包套装入热等静压设备进行热等静压烧结，热等静压的温度为470℃，压力为170mpa，保温保压4h。
24.（5）、热等静压后的铬铝靶坯进行去包套并线切割成6
×6×
80mm的试样，测试试样条的抗折强度和韧性。
25.实施例3cralb（45:54:1 wt%）靶材的制备（1）、提供6.75kg铬粉、8.1kg铝粉和0.15kg硼粉，即铬粉、铝粉、硼粉的质量比为45：55：1，通过多维混料机机械混合2h。
26.（2）、准备好
ø
250
×
150的低碳钢包套，把混合好的粉末装入包套，振实，焊接好端盖、抽气管。
27.（3）、把包套装入真空炉中，连接抽气管，进行升温抽气，抽气的温度为450℃，保持温度待真空度达到2
×
10-3
pa后，把抽气管压扁封焊。
28.（4）、抽完气的包套装入热等静压设备进行热等静压烧结，热等静压的温度为480℃，压力为170mpa，保温保压5h。
29.（5）、热等静压后的铬铝靶坯进行去包套并线切割成6
×6×
80mm的试样，测试试样条的抗折强度，经测定该试样条无法折断，只可折弯，具有很高的韧性。
30.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种高强度铬铝合金靶材，其特征在于：所述铬铝合金靶材含有铝元素和铬元素，其中铝元素按重量比不小于15%，其余为铬元素。2.根据权利要求1所述的一种高强度铬铝合金靶材，其特征在于：所述铬铝合金靶材含有铝、铬和添加元素，其中，含铝不小于15%，所述添加元素为b、si、y、co、v、zr、c、w、ta中的一种或多种，添加元素占比不超过10%，所述铬铝合金靶材的抗折强度大于400mpa。3.一种制备高强度铬铝合金靶材的方法，其特征在于，包括以下步骤：b1、粉末混合：准备好铬粉、铝粉，将铬粉、铝粉混合均匀，形成混合料；其中，铝粉占比不低于15%；b2、装包套除气：将混合料装入到金属包套内，焊接好端盖、抽气管，然后加热抽气；b3、热等静压：抽完气后将包套上的抽气管压扁、焊接密封并进行热等静压，得到铬铝靶坯；b4、机加工：将热等静压后的铬铝靶坯去除包套，机加工成成品靶材。4.根据权利要求3所述的一种制备高强度铬铝合金靶材的方法，其特征在于：所述步骤b1中，粉末混合时添加少量元素，所述少量元素为b、si、y、co、v、zr、c、w、ta中的一种或多种，且所述少量元素的重量占比不大于10%。5.根据权利要求3所述的一种制备高强度铬铝合金靶材的方法，其特征在于：所述步骤b2中，在装包套除气时，包套的材质为铝、铁或铜。6.根据权利要求3所述的一种制备高强度铬铝合金靶材的方法，其特征在于：所述步骤b2中，包套抽气的温度为530℃以下，真空度为10-3
pa。7.根据权利要求6所述的一种制备高强度铬铝合金靶材的方法，其特征在于：所述步骤b2中，包套抽气的温度为350-530℃。8.根据权利要求3所述的一种制备高强度铬铝合金靶材的方法，其特征在于：所述步骤b3中，热等静压的温度为530℃以下，压力大于100mpa。9.根据权利要求8所述的一种制备高强度铬铝合金靶材的方法，其特征在于：所述步骤b3中，热等静压的温度为450-530℃。

技术总结
本发明提供了一种高强度铬铝合金靶材及其制备方法。所述铬铝合金靶材含有铝元素和铬元素，其中铝元素按重量比不小于15%，其特点是具有极高的强度或韧性，易加工成复杂形状，不易发生崩裂或折断。该靶材的制备的主要过程包括铬粉、铝粉及其他掺杂粉末的混合、装包套脱气、热等静压、机加工等。机加工等。


技术研发人员：陈卫飞 佘旭 蒋卫辉
受保护的技术使用者：湖南株冶环保科技有限公司
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2022/5/31