一种钛铝合金靶材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛铝合金靶材及制备方法。所述钛铝合金靶材包括以下重量百分比的组分：钇0.3‑2wt％、钛40～85wt％和铝余量。本发明专利技术采用冷喷涂工艺制备钛铝合金靶材，工艺简单，操作方便，合金成分范围宽，适合大规模工业生产，所制得的钛铝合金靶材纯度≥99.9％，相对密度≥95％，尺寸不受限制，厚度可达到3～12mm，长度可达到4000mm，氧含量≤1200ppm，晶粒尺寸小，且镀膜后产品薄膜附着力强。

A titanium aluminum alloy target and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种钛铝合金靶材及其制备方法
本专利技术涉及溅射靶材
，具体涉及一种钛铝合金靶材及其制备方法。
技术介绍
目前，钛铝合金的制备加工技术主要有如下几种：(1)铸锭冶金技术；(2)粉末冶金技术；(3)快速冷凝技术；(4)复合材料技术。钛铝合金铸锭冶金技术存在铸锭成分偏析和组织不均匀等问题；快速冷凝技术制备的钛铝合金粉末，化学成分稳定，工艺性能良好，但随着热处理温度的变化，粉末的显微结构和显微硬度会发生相应变化；复合材料技术制备的钛铝合金显示出良好的强化性能，但横向性能、环境抗力等问题仍有待解决；粉末冶金法可制备组织均匀、细小的制件，且可实现制件的近净成形，可有效解决Ti-Al金属间化合物合金难于加工成形问题。但钛的塑性变形差，且钛、铝熔点相差大，如何冷喷形成一定厚度的涂层获得钛铝合金靶材亟需解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种钛铝合金靶材及其制备方法，该靶材纯度高，相对密度大，尺寸不受限制，晶粒尺寸小，合金成分稳定，且镀膜后产品薄膜附着力强。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种钛铝合金靶材，包括以下重量百分比的组分：钇0.3-2wt％、钛40～85wt％和铝余量。本专利技术在靶材中掺杂钇。一方面，钇具有较大的原子半径，钇溶解在晶内造成的畸变能远大于溶解在晶界的畸变能；因此，钇原子极易在晶界析出相上聚集，这能使得系统能量降低并达到亚稳定状态。另一方面，钇与钛铝的电负性相差大，不易产生固溶体，因而大部分钇原子会优先聚集在晶界等缺陷处。这强化了晶界，阻碍了晶界的滑移，也阻止了氧在晶界的扩散。因为在氧化过程中，晶界为优先形核的区域，也是金属阳离子重要的短程扩散通道。当钇原子聚集时，相当于堵塞了通道，降低了转化速率，提高了合金的抗氧化性能和附着力。当钇含量过多的时候，会使得析出相大大增多且析出相出现不均匀聚集现象。因此，本专利技术中钇的含量为0.3-2wt％。在钛铝合金靶材中，当铝的含量过大，镀膜出来的薄膜颜色会发蒙发黑，无法达到预期的玫瑰金颜色；铝的含量过小，薄膜颜色偏浅黄且抗高温氧化性差，故本专利技术中选择钛含量在40-85wt％。优选地，所述钛铝合金靶材的氧含量≤1200ppm，晶粒尺寸≤40μm。本专利技术还提供了上述的钛铝合金靶材的制备方法，包括以下步骤：(1)按比例配料，制备D50粒径为25-100μm的钛铝粉末；当粉末粒径偏小时，比表面积会变大，分子的相互摩擦会增多，使得粉末的流动性变差；同时，粉末极易团聚，不利于连续化生产，影响生产效率；也会使得喷涂产品密度降低，表观不良；粉末太细还不利于后续的回收，因此，选择D50粒径为25-100μm的钛铝粉末。(2)以不锈钢钢管或钛管作为靶材基管，对靶材基管表面依次进行喷砂处理和打底处理；(3)冷喷涂：将打底处理后的靶材基管安装在传动设备上，使靶材基管绕其中心轴转动，喷枪沿靶材基管的水平方向相对往返移动，启动冷却装置后，将钛锆粉末通过喷枪冷喷涂到靶材基管表面，沉积形成涂层，得到靶材。本专利技术采用冷喷涂工艺制备钛铝合金靶材，冷喷涂工艺中由于钛铝合金粉末没有经历明显的热过程，整个过程中粒子没有熔化，保持固体状态，粒子发生纯塑性变形聚合形成涂层，基本不发生组织结构的变化，因此，靶材的涂层致密度高，晶粒尺寸小，合金成分稳定等。优选地，所述步骤(1)中，钛铝粉末的D50粒径为30-50μm。优选地，所述步骤(2)中，靶材基管为304无磁不锈钢管，成本低。喷砂处理是指采用磨料对靶材基管表面进行喷砂，去除靶材基管表面污垢和氧化层，优选地，所述步骤(2)中，喷砂处理所用的磨料为白刚玉、钢丝切丸或铸钢砂，优选为铸钢砂。优选地，所述步骤(2)中，打底处理的方式为电弧喷涂，优选为铜铝丝电弧喷涂。选用铜铝丝电弧喷涂，具有以下优点：1)成本相对低；2)打底后表面活化性能高，与后续喷涂涂层结合强度高；3)环境污染小。优选地，所述步骤(3)中，靶材基管的转速为120-180r/min，优选为150-180r/min。优选地，所述步骤(3)中，喷枪的移动速度为20-40mm/s，优选为25-30mm/s。冷喷涂与热喷涂不同，涂层是一定宽度的，可根据喷嘴的大小来进行初步估算；再由转速来确定移动速度，这样可避免靶材呈现竖条纹状，有利于降低喷涂成本。优选地，所述步骤(3)中，冷喷涂的工艺参数为：主气压力为3-8Mpa，载气压力为3.5-8.5Mpa，主气加热温度为380-1000℃，喷涂距离为20-100mm。对于冷喷涂来说，粒子动能是关键。气体压力大，粒子的速度相对大。结合生产实际情况，主气压力选择3-8Mpa。在气体压力一定时，通过加热预热气体，能进一步提高粉末颗粒的速度；同时，较高的温度有利于粉末颗粒在撞击时产生塑性变形。结合粉末自身特性，主气加热温度选择380-1000℃。冷喷涂时，超音速双相流离开喷嘴后，受到空气的影响，其速度、方向和温度都将发生变化。这个需要综合考虑各种因素的影响，选择最佳的喷涂距离。更优选地，所述冷喷涂的工艺参数为：主气压力为4MPa～6MPa；载气压力为4.5MPa～6MPa；主气加热温度为400℃～650℃；喷枪距离为20mm～45mm，制备得到的靶材基本不发生组织结构的变化。优选地，主气及载气均为氮气或惰性气体，进一步优选的，冷喷涂所用的主气和载气分别独立选自氮气或氦气；再进一步优选的，冷喷涂所用的主气和载气采用氮气。氮气成本较低。优选地，所述步骤(3)中，冷喷涂时还将除尘风口对应喷枪的圆周区域且随喷枪来回移动，收集未沉积的粉末，粉末可回收、出售，降低成本。所述钛铝合金靶材的制备方法中还包括对步骤(3)制得的靶材进行机械加工，得到钛铝合金靶材成品的步骤。本专利技术在冷喷涂设有冷却装置的目的是减少基管及涂层受热膨胀。进一步优选的，冷却装置包括水冷装置或气冷装置，其中，水冷装置为在靶材基管内部通入循环水，水温为5℃～40℃；气冷装置为在靶材基管周围设有风刀，气冷所用的气体为低温压缩空气或氮气；进一步优选的，冷喷涂时设有水冷装置冷却，所用的水为常温水。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的钛铝合金靶材的制备方法工艺简单，操作方便，合金成分范围宽，适合大规模工业生产，所制得的靶材纯度≥99.9％，相对密度≥95％，尺寸不受限制，厚度可达到3～12mm，长度可达到4000mm，氧含量≤1200ppm，晶粒尺寸小，且镀膜后产品薄膜附着力强。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1本实施例为钛管上制备钛铝合金靶材，钛铝合金靶材包括以下重量百分比的组分：铝15wt％、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛铝合金靶材，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：钇0.3-2wt％、钛40～85wt％和铝余量。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛铝合金靶材，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：钇0.3-2wt％、钛40～85wt％和铝余量。


2.根据权利要求1所述的钛铝合金靶材，其特征在于，所述钛铝合金靶材的氧含量≤1200ppm，晶粒尺寸≤40μm。


3.权利要求1或2所述的钛铝合金靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例配料，制备D50粒径为20-100μm的钛铝粉末；
(2)以不锈钢钢管或钛管作为靶材基管，对靶材基管表面依次进行喷砂处理和打底处理；
(3)冷喷涂：将打底处理后的靶材基管安装在传动设备上，使靶材基管绕其中心轴转动，喷枪沿靶材基管的水平方向相对往返移动，启动冷却装置后，将钛锆粉末通过喷枪冷喷涂到靶材基管表面，沉积形成涂层，得到靶材。


4.根据权利要求3所述的钛铝合金靶材的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，钛铝粉末的D50粒径为30-50μm。


5.根据权利要求3所述的钛铝合金靶材的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，靶材基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，黄显峰，雷雨，周志宏，杨永添，
申请(专利权)人：广州市尤特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44