一种粉末冶金AlSnCu合金靶材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种粉末冶金AlSnCu合金靶材及其制备方法，属于金属材料的制备加工领域。首先按照成份比例配备合金原料，采用喷粉制备出AlSnCu合金粉末；将筛选后的粉末置入纯铝包套；进行真空除气；随后进行分段热等静压，即在125～225℃之间进行不低于100MPa的热等静压，不少于2小时；然后在460±5℃进行不低于100MPa的热等静压，不少于4小时；热等静压完成后的出炉温度不高于200℃；将致密化后的材料进行机械加工或者小变形量的挤压或者轧制，制得方便利用的材料形状。得到靶材的晶粒尺寸均匀、形状近等轴状、成分均匀、无明显织构，少或无缺陷和杂质，同时过程控制难度小、材料利用率高。

A powder metallurgy alsncu alloy target and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种粉末冶金AlSnCu合金靶材及其制备方法
本专利技术涉及磁控溅射轴瓦减磨合金层用AlSnCu合金靶材及其制备方法，尤其是一种粉末冶金AlSnCu合金靶材及其制备方法，属于金属材料的制备加工领域。
技术介绍
AlSnCu合金是一种综合性能良好的轴承合金，具有良好的抗粘咬性、耐磨减摩性、耐腐蚀性、顺应性和嵌入性等，同时又具有密度小、导热性好、承载能力大、疲劳强度高等优良特性。将AlSnCu合金通过磁控溅射复合到铜基合金上，可以制备出性能优异的复合轴瓦。AlSnCu合金材是磁控溅射制备该高性能轴瓦减磨层的必备原材料。作为溅射用的靶材，要求其具有组织、成分均匀，无明显织构，以及少无杂质等特点。AlSnCu合金中，Sn是以单质的形式存在于基体之中，而Sn的熔点仅为232℃，远低于Al的熔点660℃，这导致采用传统的熔铸工艺制备该材料时，偏析严重，难以满足靶材的要求。奥地利Miba公司采用磁控溅射技术在轴承表面溅射一层组织非常细小的AlSn合金，实现了极高的耐磨性、抗疲劳强度等。这种新型材料镀层的轴瓦，属于滑动轴承的第四代产品，目前国际上只有英国、德国、奥地利等少数几个国家批量生产。综上所述，根据当前轴瓦的使用要求，开发出满足其磁控溅射工艺的AlSnCu合金靶材及其制备方法，是实现国产高性能先进轴瓦的关键技术基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种粉末冶金AlSnCu合金靶材及其制备方法，可以制备出组织、成分均匀，无明显织构，以及少无杂质等特点的靶材。该靶材作为轴瓦的磁控溅射镀层的基础原材料，可以显著改善轴瓦表面减磨层的组织和性能。一种粉末冶金AlSnCu合金靶材，该合金靶材中，锡含量为15～25wt.％，铜含量为1.5～3.5wt.％，其余为铝。进一步地，所述合金靶材中，杂质含量≤0.5wt.％。上述粉末冶金AlSnCu合金靶材的制备方法，包括以下步骤：(1)制粉：将铝、铜和锡按成份比例配备合金原料，采用喷粉制备出AlSnCu合金粉末，并进行筛分；(2)包套：将步骤(1)中得到的粉末置入纯铝包套，并焊接封装，留有排气管道；(3)真空除气：对步骤(2)中包套封装的AlSnCu合金粉末进行真空除气；(4)分段热等静压：对步骤(3)中的包套进行分段热等静压，先在125～225℃之间进行不低于100MPa的热等静压，不少于2小时；然后在460±5℃进行不低于100MPa的热等静压，不少于4小时；热等静压完成后的出炉温度不高于200℃；(5)机械加工或者机械加工和变形加工：将步骤(4)中所得的锭坯进行机械加工，或者先进行机械加工，再进行小变形量的挤压或者轧制，得到粉末冶金AlSnCu合金靶材。步骤(1)中，铝、铜和锡的纯度均为99.9wt％以上；筛分后，得到粒径为50～100μm的合金粉末。步骤(3)中，所述的真空除气在220～225℃温度下进行，直至压强低于5×10-3Pa，并且保持至少2小时稳定。步骤(4)中，在125～225℃之间进行不低于100MPa的热等静压，不少于2小时，在保证锡相为固体的前提下，使得铝基体达到屈服状态，发生致密化；然后在460±5℃进行不低于100MPa的热等静压，不少于4小时，此时铝基体发生扩散连接，形成完整基体，锡相熔化；热等静压完成后的出炉温度不高于200℃，锡相凝固。与一次热等静压相比，采用此方法既实现了铝基体的扩散连接，又抑制了锡相熔化呈网状分布于铝晶粒的晶界。步骤(5)所述的小变形量的挤压或者轧制中，挤压比小于10，轧制变形率低于60％，变形温度(即挤压或者轧制的温度)在200～225℃之间。上述方法制备的粉末冶金靶材的相对密度高于≥98％。上述方法制备的粉末冶金靶材中的锡相颗粒的长向和宽向不超过50μm，厚度不超过12μm。上述方法制备的粉末冶金靶材中的锡和铜元素分布均匀，任意位置与名义成分偏差低于5％。上述方法制备的粉末冶金靶材中杂质总和小于0.5wt.％。采用本专利技术的方法可以制得晶粒均匀、成分分布均匀、无明显织构的组织，并且可将杂质控制在0.5％以下，材料的有效利用率接近90％。与传统的熔铸相比，该方法可以实现制备组元熔点差较大的合金靶材，并且制备出的靶材特别适合磁控溅射镀层工艺。该工艺也可以用来生产CuPb合金等。附图说明图1是粉末冶金制备靶材的工艺流程图。图2是包套的实物照片。图3-1是实施例1中经过挤压制备出的靶材的微观组织照片，图3-2是图3-1的局部放大图。图4-1是实施例2中经过挤压制备出的靶材的微观组织照片，图4-2是图4-1的局部放大图。具体实施方式如图1所示，为本专利技术粉末冶金制备AlSnCu合金靶材的工艺流程图，主要包括配料、真空喷粉、筛粉、包套、真空除气、分段热等静压、机械加工、塑性变形等步骤，最终得到成品。本专利技术粉末冶金AlSnCu合金靶材制备方法包括如下具体步骤：(1)按照成份比例配备合金原料，采用喷粉制备出AlSnCu合金粉末，并进行筛粉；按照质量百分比计算所包含的合金成分为：锡含量为15～25wt.％，铜含量为1.5～3.5wt.％，杂质总和小于0.5wt.％，其余为铝。(2)将筛选后的粉末置入纯铝包套，如图2所示，并焊接封装，留有排气管道；(3)在220～225℃进行真空除气，直至压强低于5×10-3Pa，并且保持至少2小时稳定；(4)随后进行分段热等静压，即在125～225℃之间进行不低于100MPa的热等静压，不少于2小时；然后在460±5℃进行不低于100MPa的热等静压，不少于4小时；热等静压完成后的出炉温度不高于200℃；(5)将致密化后的材料进行机械加工或者小变形量的挤压或者轧制(挤压比小于10，轧制变形率低于60％)，变形温度在200～225℃之间，制得方便利用的材料形状。实施例1按照质量百分比配料，包含的各种材料的比例为：锡含量占15wt.％，铜含量占3.5wt.％，杂质总和小于0.5wt.％，其余为铝。将上述材料混合后，在真空喷粉炉中进行喷粉，完成后进行筛粉，选取颗粒介于50～70μm的粉末。将筛选后的粉末进行包套处理，焊接封装，预埋除气管道，打压检查包套的气密性。对包套在223℃进行真空除气，直至压强低于5×10-3Pa，并且保持2小时稳定。对除气后的包套进行分段热等静压，先在200±5℃之间进行110±5MPa的热等静压，时长3小时；然后在460±5℃进行110±5MPa的热等静压，时长4小时；热等静压完成后150℃出炉温。将热等静压后的锭坯进行机械加工，再进行挤压板带，挤压比为7，挤压温度为200～225℃。本实施例中，靶材制品的致密度为99％；锡相颗粒的长向和宽向未超过50μm，厚度未超过12μm；锡和铜元素分布均匀，任意位置与名义成分偏差低于5％。实施例2按照质量百分比配料，包含的各种材料的比例为：锡含量占2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末冶金AlSnCu合金靶材，其特征在于：该合金靶材中，锡含量为15～25wt.％，铜含量为1.5～3.5wt.％，其余为铝。/n

【技术特征摘要】
1.一种粉末冶金AlSnCu合金靶材，其特征在于：该合金靶材中，锡含量为15～25wt.％，铜含量为1.5～3.5wt.％，其余为铝。


2.根据权利要求1所述的粉末冶金AlSnCu合金靶材，其特征在于：该合金靶材中，杂质含量≤0.5wt.％。


3.根据权利要求1或2所述的粉末冶金AlSnCu合金靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)制粉：将铝、铜和锡按比例配备合金原料，采用喷粉制备出AlSnCu合金粉末，并进行筛分；
(2)包套：将得到的粉末置入纯铝包套，并焊接封装，留有排气管道；
(3)真空除气：对包套封装的AlSnCu合金粉末进行真空除气；
(4)分段热等静压：对包套进行分段热等静压，先在125～225℃之间进行不低于100MPa的热等静压，不少于2小时；然后在460±5℃进行不低于100MPa的热等静压，不少于4小时；热等静压完成后的出炉温度不高于200℃；
(5)机械加工或者机械加工和变形加工：将所得的锭坯进行机械加工，或者先进行机械加工，再进行小变形量的挤压或者轧制，得到粉末冶金AlSnCu合金靶材。


4.根据权利要求3所述的粉末冶金AlSnCu合金靶材的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄树晖，朱宝宏，张永安，刘红伟，熊柏青，李志辉，李锡武，闫丽珍，闫宏伟，温凯，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11