一种钛铝合金靶材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钛铝合金靶材及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：按照合金成分设计要求混合海绵钛和铝块，熔炼后依次进行等温轧制

【技术实现步骤摘要】
一种钛铝合金靶材及其制备方法


[0001]本专利技术属于冶金制备领域，涉及一种靶材，尤其涉及一种钛铝合金靶材及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着现代机械加工业朝着高精度
、
高速切削
、
硬加工代研磨
、
干加工
(
无冷却液
)
保护环境以及降低成本等方向发展，对刀具性能提出了相当高的要求
。
因此，开发各种耐磨性能优越
、
能长时间进行稳定加工的切削材料是必然的发展趋势
。
[0003]以过渡族金属碳化物
、
氮化物
、
硼化物和金刚石膜等为代表的硬质涂层由于具有超硬和耐磨等特点，己在机械加工工具
、
模具和机械零件等方面获得广泛应用
。
物理气相沉积
(Physical Vapor Deposition
，
PVD)
是沉积硬质涂层的主导技术，采用
PVD
方法制备的氮化钛铝
(TiA1N)
涂层是在二元涂层的基础上发展起来的一种新型三元复合涂层，其硬度显著高于
TiN
涂层，同时涂层的抗高温氧化性
、
膜基结合强度
、
耐腐蚀性和耐磨性均得到提高
。
因此
TiA1N
被认为是较
TiN
更有前途的新型涂层材料，近年来受到广泛关注
。/>[0004]TiA1N
涂层的膜料为钛铝合金
。
目前，制造钛铝合金靶材的方法有两种，粉末冶金法和熔炼法
。
粉末冶金法难以解决气体杂质含量高的问题，而且该方法对粉末的要求很高，制备难度极大
。
熔炼法有真空感应熔炼
、
真空自耗熔炼
、
凝壳熔炼等问题
。
无论哪种方法都需要解决熔炼缺陷
、
成分偏析
、
杂质等问题，以及从铸锭到靶材的成型问题
。
[0005]CN 104278167A
公开了一种高质量钛铝合金靶材的制造方法，所述方法包括：先进行真空自耗电弧炉熔炼，再进行真空自耗凝壳炉熔炼制备钛铝合金，依次包括配料步骤
、
烘料步骤
、
电极压制步骤
、
电极焊接步骤
、
真空自耗电弧炉熔炼步骤
、
和真空自耗凝壳炉熔炼步骤，其中：在所述烘料步骤中，将配好的原料海绵钛和金属铝进行烘烤处理，得到烘烤好的原料；在所述电极压制步骤中，将所述烘烤好的原料进行压制处理，得到电极；在所述电极焊接步骤中，将所述电极进行焊接处理，得到焊接好的电极；在所述真空自耗电弧炉熔炼步骤中，将所述焊接好的电极进行真空自耗电弧炉熔炼处理，得到真空自耗电弧炉熔炼后的锭坯；在所述真空自耗凝壳炉熔炼步骤中，将所述真空自耗电弧炉熔炼后的电极进行真空自耗凝壳炉熔炼处理，得到真空自耗凝壳炉熔炼后的铸锭
。
该专利提供的制造方法在熔炼时难以消除挥发类杂质和氧化物杂质
。
另外，靶材由铸锭直接机加工得到，靶材性能完全取决于铸锭质量，不容易控制
。
[0006]综上所述，现有的靶材制备方法难以消除材料内的杂质
。
材料塑性加工困难，靶材的晶粒
、
尺寸等关键数据主要在熔炼阶段获得，难以得到有效控制
。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种钛铝合金靶材及其制备方法
。
本专利技术通过采用电子束熔炼法多次熔炼获得成分和组织均匀，内部无缺陷的铸锭；使用等温轧制方法将铸坯加工成晶粒细小均匀的靶坯
。
该方法能有效控制钛铝合金靶材的性
能，适用于批量生产
。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种钛铝合金靶材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0010]按照合金成分设计要求混合海绵钛和铝块，熔炼后依次进行等温轧制
、
退火以及机械加工后得到所述钛铝合金靶材；
[0011]所述熔炼包括依次进行的一次熔炼
、
二次熔炼以及三次熔炼
。
[0012]本专利技术通过多次熔炼可以获得成分和组织均匀
、
内部物缺陷的铸锭；使用等温轧制方法将铸坯加工成晶粒细小均匀的靶坯
。
该方法能有效控制钛铝合金靶材的性能，适用于批量生产
。
[0013]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述海绵钛的平均粒径为
10
～
20mm
，例如可以是
10mm、12mm、14mm、16mm、18mm
或
20mm
，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用
。
[0014]优选地，所述铝块的平均粒径为
10
～
20mm
，例如可以是
10mm、12mm、14mm、16mm、18mm
或
20mm
，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用
。
[0015]本专利技术采用海绵钛为制备原料可以在不降低靶材性能的基础上降低原料成本
。
[0016]优选地，所述铝块重量高于理论值的
1.5
～
3wt
％，例如可以是
1.5wt
％
、1.7wt
％
、1.9wt
％
、2.1wt
％
、2.3wt
％
、2.5wt
％
、2.7wt
％或
3wt
％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用
。
[0017]考虑到后续熔炼过程中材料的烧损，铝块应的添加量应高于理论所需重量，但是铝块的添加量不宜过高，其原因为：添加量过高时会改变合金比例，从而影响产品的性能
。
[0018]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述混合前还包括对海绵钛和铝块的预处理过程
。
[0019]优选地，所述预处理包括依次进行的超声清洗
、
干燥以及冷却
。
[0020]优选地，所述超声清洗中的清洗液包括无水乙醇
。
[0021]优选地，所述干燥包括真空干燥
。
[0022]优选地，所述真空干燥的温度为
100
～
150℃
，例如可以是
100℃、110℃、120℃、130℃、140℃
或
150℃
，但不限于所列举的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钛铝合金靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：按照合金成分设计要求混合海绵钛和铝块，熔炼后依次进行等温轧制
、
退火以及机械加工后得到所述钛铝合金靶材；所述熔炼包括依次进行的一次熔炼
、
二次熔炼以及三次熔炼
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述海绵钛的平均粒径为
10
～
20mm
；优选地，所述铝块的平均粒径为
10
～
20mm
；优选地，所述铝块重量高于理论值的
1.5
～
3wt
％
。3.
根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合前还包括对海绵钛和铝块的预处理过程；优选地，所述预处理包括依次进行的超声清洗
、
干燥以及冷却；优选地，所述超声清洗中的清洗液包括无水乙醇；优选地，所述干燥包括真空干燥；优选地，所述真空干燥的温度为
100
～
150℃
；优选地，所述真空干燥的时间为2‑
3h
；优选地，所述冷却的终点为
20
～
30℃。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述一次熔炼
、
二次熔炼以及三次熔炼中的真空度
≤5
×
10
‑2Pa
；优选地，所述一次熔炼
、
二次熔炼以及三次熔炼后均进行后处理；优选地，所述后处理包括依次进行的保持真空状态以及降温过程；优选地，所述保持真空状态的时间为3～
4h
；优选地，所述降温过程中通入惰性气体
。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述一次熔炼的功率为
200
～
250kW
；优选地，所述一次熔炼的控制速度为
70
～
100kg/h。6.
根据权利要求1‑5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述二次熔炼的功率为
200
～
250kW
；优选地，所述二次熔炼的控制速度为
70
～
100kg/h。7.
根据权利要求1‑6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述三次熔炼的功率为
200
～
250kW
；优选地，所述三次熔炼的控制速度为
70
～
100kg/h。8.
根据权利要求1‑7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述等温轧制的温度为
1100
～
1200℃
；优选地，所述等温...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，潘杰，陈石，廖培君，周友平，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：