專利名稱：一種鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
金屬和合金靶材是進(jìn)行真空鍍膜應(yīng)用的關(guān)鍵材料，隨著材料表面要求鍍膜的膜層種類的不同，所用到的靶材種類也不同，一種在金屬刀具、模具、工具表面改性的膜層是CrAlN膜，它是采用鉻鋁合金靶材經(jīng)過真空濺射鍍在材料表面，該膜層可以達(dá)到2000HV以上的硬度，摩擦系數(shù)0.3，使用溫度在700°C，而且具有銀色的外觀，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。但是由于鉻和鋁這二種合金性質(zhì)相差非常大(鉻的熔點(diǎn)有1863°C，鋁的熔點(diǎn)只有655°C，兩者相差了 1208°C，很難同時(shí)進(jìn)行熔煉鑄造，而且在熔化狀態(tài)下，鉻和鋁之間會發(fā)生劇烈的冶金化學(xué)反應(yīng)，生成多種成分的化合物，造成合金成分分布不均勻，無法滿足靶材對合金成分均勻的要求)，目前一般只能通過粉末冶金工藝來生產(chǎn)。在通過粉末冶金工藝生產(chǎn)鉻鋁合金時(shí)，粉末冶金工藝的具體實(shí)施方法和條件對于合金的性能有重量影響。中國發(fā)明專利申請201110344364.8公開了一種鉻鋁合金靶材的粉末真空熱壓燒結(jié)制備方法，鉻鋁合金靶材成分配比為:鉻質(zhì)量百分比含量為109Γ90%，鋁質(zhì)量百分比含量10% 90%，其制備步驟是:
(I )、金屬鉻粉末的粒度為45 μ πΓ245 μ m,金屬鋁粉末的粒度為20 μ πΓ 65 μ m,所有粉末純度在99.5wt%以上；
(2)、將鉻粉和鋁粉混合均勻；
(3)、將混合好的鉻粉和鋁粉裝在燒結(jié)用的模具中，將模具放入真空熱壓機(jī)中，抽真空后燒結(jié)，燒結(jié)溫度從室溫升溫至450°C飛00°C，保溫5 10分鐘，然后繼續(xù)升溫到9000C 1200°C，同時(shí)壓力 保持在5 IOOMPa范圍內(nèi)，真空度達(dá)到6.7*10-2 6.7*10_3Pa，保持溫度、壓力和真空度時(shí)間為10飛0分鐘，然后開始降溫，同時(shí)降低壓力至5MPa，直至冷卻到室溫后，完全卸除壓力；
(4)、冷卻到室溫后，去除真空，脫模，獲得燒結(jié)成型的鉻鋁合金靶材坯料，然后通過車床車加工或者磨床磨削獲得鉻招合金祀材。該專利方法通過在燒結(jié)過程中同時(shí)施加壓力和熱的雙重作用，確保了燒結(jié)后的合金靶材達(dá)到較高的相對密度，但是從其實(shí)施例的提供的圖片可見，其所得鉻鋁合金靶材的合金化程度較低，致密度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝過程簡單、成本較低且所得靶材織構(gòu)分布均勻、晶粒大小分布均勻、致密度高、成膜性能好的鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
一種鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法，其包括依次進(jìn)行的如下步驟:
(I)選擇純度大于99.5wt%的鉻粉和純度大于99.99wt%的鋁粉作為原材料，鉻粉和鋁粉的粒度分布區(qū)間為-100目+200目，按照要求的比例放入V型混料機(jī)中，然后將混料機(jī)抽真空至KT1Pa級，通入氬氣，再抽真空，反復(fù)3次，然后，設(shè)定1(Γ30轉(zhuǎn)/分的速度混料5 10小時(shí)；
(2)將混料完畢的粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在IOOMPa 300MPa的壓力下壓制1(Γ20分鐘，然后將壓制好的坯體置于真空自蔓延高溫合成爐中，進(jìn)行自蔓延反應(yīng)，洗爐過程中，真空度要求達(dá)到KT3Pa級，獲得泡沫狀的鉻鋁合金；
(3)將泡沫狀的鉻鋁合金用破碎機(jī)粉碎成為-200目的合金粉體，然后將合金粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在200MPa 400MPa的壓力下壓制3(Γ60分鐘，獲得鉻鋁合金坯；
(4)將鉻鋁合金坯置于鋼包套中，進(jìn)行真空脫氣處理，處理完畢，將鋼包套置于熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理獲得鉻鋁合金錠坯，熱等靜壓燒結(jié)溫度為110(Tl25(rC，燒結(jié)壓力為10(T200MPa，燒結(jié)時(shí)間為2 10小時(shí)；
(5)對鉻鋁合金錠坯進(jìn)行機(jī)加工處理，得到鉻鋁合金靶材成品。根據(jù)本發(fā)明，鉻鋁合金靶材中鉻與鋁的比例根據(jù)應(yīng)用的要求來定，通常鉻與鋁的質(zhì)量比要求為1:0.1 10。根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)中，自蔓延反應(yīng)優(yōu)選在保護(hù)氣氛例如氬氣保護(hù)下進(jìn)行，進(jìn)一步地，反應(yīng)時(shí)爐內(nèi)的真空度優(yōu)選為l 50Pa。由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果:
本發(fā)明在將二種原料充分混合之后、實(shí)施熱等靜壓燒結(jié)之前，特別采取了步驟(2)的合
金化處理，所制備的鉻鋁 合金靶材致密度高、晶粒大小分布均勻，真空鍍膜性能好。


圖1為實(shí)施例1的鉻鋁合金靶材成品的金相組織照片；
圖2為實(shí)施例2的鉻鋁合金靶材成品的金相組織照片；
圖3為實(shí)施例3的鉻鋁合金靶材成品的金相組織照片；
圖4為對比例I的鉻鋁合金靶材成品的金相組織照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。顯然本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1
本實(shí)施例一種鉻鋁合金靶材的制造方法，包括依次進(jìn)行的下列步驟:
(1)選擇純度大于99.5wt%的鉻粉和純度大于99.99wt%的鋁粉作為原材料，鉻粉和鋁粉的粒度分布區(qū)間為-100目+200目，按照要求的比例(鉻與鋁質(zhì)量比為7:3)放入V型混料機(jī)中，然后將混料機(jī)抽真空至KT1Pa級，通入氬氣，再抽真空，反復(fù)3次，然后，設(shè)定30轉(zhuǎn)/分的速度混料8小時(shí)；
(2)將混料完畢的粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在200MPa的壓力下壓制10分鐘，然后將壓制好的坯體置于真空自蔓延高溫合成爐中，進(jìn)行自蔓延反應(yīng)(保護(hù)氣氛為氬氣，反應(yīng)真空度為約10Pa)，洗爐過程中，真空度要求達(dá)到10_3Pa級，獲得泡沫狀的鉻鋁合金;
(3)將泡沫狀的鉻鋁合金用破碎機(jī)粉碎成為-200目的合金粉體，然后將合金粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在300MPa的壓力下壓制40分鐘，獲得鉻鋁合金坯；
(4)將鉻鋁合金坯置于鋼包套中，進(jìn)行真空脫氣處理，處理完畢，將鋼包套置于熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理獲得鉻鋁合金錠坯，熱等靜壓燒結(jié)溫度為1150°C，燒結(jié)壓力為150MPa，燒結(jié)時(shí)間為5小時(shí)；
(5)對鉻鋁合金錠坯進(jìn)行機(jī)加工處理，得到鉻鋁合金靶材成品。實(shí)施例2
本實(shí)施例一種鉻鋁合金靶材的制造方法，包括依次進(jìn)行的下列步驟:
(1)選擇純度大于99.5wt%的鉻粉和純度大于99.99wt%的鋁粉作為原材料，鉻粉和鋁粉的粒度分布區(qū)間為-100目+200目，按照要求的比例(鉻與鋁質(zhì)量比為1:1)放入V型混料機(jī)中，然后將混料機(jī)抽真空至KT1Pa級，通入氬氣，再抽真空，反復(fù)3次，然后，設(shè)定10轉(zhuǎn)/分的速度混料10小時(shí)；
(2)將混料完畢的粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在IOOMPa的壓力下壓制20分鐘，然后將壓制好的坯體置于真空自蔓延高溫合成爐中，進(jìn)行自蔓延反應(yīng)(保護(hù)氣氛為氬氣，反應(yīng)真空度為約20Pa)，洗爐過程中，真空度要求達(dá)到10_3Pa級，獲得泡沫狀的鉻鋁合金;
(3)將泡沫狀的鉻鋁合金用破碎機(jī)粉碎成為-200目的合金粉體，然后將合金粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在200MPa的壓力下壓制60分鐘，獲得鉻鋁合金坯；
(4)將鉻鋁合金坯置于鋼包套中，進(jìn)行真空脫氣處理，處理完畢，將鋼包套置于熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理獲得鉻鋁合金錠坯，熱等靜壓燒結(jié)溫度為1200°C，燒結(jié)壓力為120MPa，燒結(jié)時(shí)間為6小時(shí)；
(5)對鉻鋁合金錠坯進(jìn)行機(jī)加工處理，得到鉻鋁合金靶材成品。實(shí)施例3
本實(shí)施例一種鉻鋁合金靶材的制造方法，包括依次進(jìn)行的下列步驟:
(1)選擇純度大于99.5wt%的鉻粉和純度大于99.99wt%的鋁粉作為原材料，鉻粉和鋁粉的粒度分布區(qū)間為-100目+200目，按照要求的比例(鉻與鋁質(zhì)量比為3:7)放入V型混料機(jī)中，然后將混料機(jī)抽真空至KT1Pa級，通入氬氣，再抽真空，反復(fù)3次，然后，設(shè)定20轉(zhuǎn)/分的速度混料8小時(shí)；
(2)將混料完畢的粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在300MPa的壓力下壓制10分鐘，然后將壓制好的坯體置于真空自蔓延高溫合成爐中，進(jìn)行自蔓延反應(yīng)(保護(hù)氣氛為氬氣，反應(yīng)真空度為約20Pa)，洗爐過程中，真空度要求達(dá)到10_3Pa級，獲得泡沫狀的鉻鋁合金;
(3)將泡沫狀的鉻鋁合金用破碎機(jī)粉碎成為-200目的合金粉體，然后將合金粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在400MPa的壓力下壓制30分鐘，獲得鉻鋁合金坯；
(4)將鉻鋁合金坯置于鋼包套中，進(jìn)行真空脫氣處理，處理完畢，將鋼包套置于熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理獲得鉻鋁合金錠坯，熱等靜壓燒結(jié)溫度為1100°C，燒結(jié)壓力為150MPa，燒結(jié)時(shí)間為9小時(shí)；
(5)對鉻鋁合金錠坯進(jìn)行機(jī)加工處理，得到鉻鋁合金靶材成品。
對比例I
一種鉻鋁合金靶材的制造方法，包括如下步驟:
(I)選擇純度大于99.5wt%的鉻粉和純度大于99.99%的鋁粉作為原材料，粉末粒度分布區(qū)間為為-100目+200目，按照要求比例放入V型混料機(jī)中，然后將混料機(jī)抽真空至IO-1Pa級，然后通入Ar氣氛，再抽真空，反復(fù)3次。然后，設(shè)定10 30轉(zhuǎn)/分的速度混料8小時(shí)。(2)將混料完畢的粉體置于熱等靜壓鋼包套中，進(jìn)行脫氣處理，抽真空后密封；
(3)將鉻鋁合金坯置于鋼包套中，進(jìn)行真空脫氣處理，然后將處理完畢的包套置于熱等
靜壓設(shè)備中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理，熱等靜壓燒結(jié)溫度為550°C，燒結(jié)壓力為150MPa，燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)。(4)將壓制完畢的錠坯按照圖紙進(jìn)行機(jī)加工處理，得到鉻鋁合金靶材成品。對上述實(shí)施例f 3及對比例I所得鉻鋁合金靶材的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行考察，結(jié)果參見圖廣4。從圖f 4可見，按照本發(fā)明的方法所制備的鉻鋁合金靶材，其致密度非常高，晶粒大小分布均勻。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的生產(chǎn)方法包括依次進(jìn)行的如下步驟: (1)選擇純度大于99.5wt%的鉻粉和純度大于99.99wt%的鋁粉作為原材料，鉻粉和鋁粉的粒度分布區(qū)間為-100目+200目，按照要求的比例放入V型混料機(jī)中，然后將混料機(jī)抽真空至KT1Pa級，通入氬氣，再抽真空，反復(fù)3次，然后，設(shè)定1(Γ30轉(zhuǎn)/分的速度混料5 10小時(shí)； (2)將混料完畢的粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，在IOOMPa 300MPa的壓力下壓制1(Γ20分鐘，然后將壓制好的坯體置于真空自蔓延高溫合成爐中，進(jìn)行自蔓延反應(yīng)，洗爐過程中，真空度要求達(dá)到KT3Pa級，獲得泡沫狀的鉻鋁合金； (3)將泡沫狀的鉻鋁合金用破碎機(jī)粉碎成為-200目的合金粉體，然后將合金粉體置于冷等靜壓包套中 ，抽真空后密封，在200MPa 400MPa的壓力下壓制3(Γ60分鐘，獲得鉻鋁合金坯； (4)將鉻鋁合金坯置于鋼包套中，進(jìn)行真空脫氣處理，處理完畢，將鋼包套置于熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理獲得鉻鋁合金錠坯，熱等靜壓燒結(jié)溫度為110(Tl25(rC，燒結(jié)壓力為10(T200MPa，燒結(jié)時(shí)間為2 10小時(shí)； (5)對鉻鋁合金錠坯進(jìn)行機(jī)加工處理，得到鉻鋁合金靶材成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟(I)中，所述要求的比例是:鉻與鋁質(zhì)量比為1:0.f 10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟(2)中，使所述自蔓延反應(yīng)在氬氣保護(hù)氣氛保護(hù)下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟(2)中，進(jìn)行自蔓延反應(yīng)時(shí)，爐內(nèi)真空度為l 50Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于:鉻鋁合金靶材的純度大于99.5wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于:鉻鋁合金靶材的晶粒尺寸小于200微米。
7.—種如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的鉻鋁合金靶材，其特征在于:鉻鋁合金靶材的純度大于99.5wt%,晶粒尺寸小于200微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉻鋁合金靶材的生產(chǎn)方法，其包括(1)將鉻粉和鋁粉在入V型混料機(jī)中混料；(2)將粉體置于冷等靜壓包套中，抽真空后密封，壓制10~20分鐘，然后置于真空自蔓延高溫合成爐中，進(jìn)行自蔓延反應(yīng)，獲得泡沫狀鉻鋁合金；(3)將合金粉碎成為-200目的合金粉體，置于冷等靜壓包套中，進(jìn)行壓制，獲得鉻鋁合金坯；(4)將合金坯置于鋼包套中，進(jìn)行真空脫氣處理，完畢，進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理獲得鉻鋁合金錠坯，(5)機(jī)加工得到鉻鋁合金靶材成品。本發(fā)明在將二種原料充分混合之后、實(shí)施熱等靜壓燒結(jié)之前，特別采取了步驟(2)的合金化處理，所制備的鉻鋁合金靶材致密度高、晶粒大小分布均勻，真空鍍膜性能好。
文檔編號C23C14/34GK103182507SQ20131008874
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者趙珍珍, 方慶, 謝玉 申請人:昆山海普電子材料有限公司