一种降低多弧铬靶生产成本的方法技术

本发明专利技术提供一种降低多弧铬靶生产成本的方法，包括以下步骤：步骤一、准备好20号钢包套；步骤二、制备密度比铬粉振实密度高10%的304不锈钢屑压块，通过液压机，将纯净干燥的304不锈钢屑压制成密度为4.62g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种降低多弧铬靶生产成本的方法
本专利技术属于粉末冶金领域，特别涉及一种可以显著降低多弧铬靶加工成本的方法。
技术介绍
多弧离子镀膜技术是采用阴极电弧蒸发源的一种离子镀技术。从19世纪美国专利技术家爱迪生提出利用真空电弧进行镀膜的设想并申请美国专利，到20世纪80年代后，我国引进大量设备和技术，多弧离子镀获得了迅速的发展。多弧离子镀的基本组成包括真空镀膜室、阴极弧源、基片、负偏压电源，真空系统。其中阴极弧源是多弧离子镀的核心，它所产生的金属等离子体自动维持阴极和镀膜室之间的弧光放电。微小的弧斑在阴极靶面迅速徘徊，弧斑电流密度很大，达到105~107A/cm2，电压为20V左右。由于微弧能量密度非常大，弧斑发射金属蒸气流的速度可以达到108m/s，阴极靶本身既是蒸发源，又是离化源。外加磁场可以改变阴极弧斑在阴极靶面的移动速度，并且使得弧斑均匀和细化，以达到阴极靶面均匀烧蚀，延长靶材的使用寿命。阴极弧斑高的能流密度，在阴极表面上形成微小熔池，导致阴极靶材剧烈蒸发。热发射和场致发射共同导致电子发射，而且电子被阴极表面的强电场加速，以极高的速度飞离阴极表面电子和中性原子碰撞并使之离化，这个区域称为离化区。在这一区域内，高密度的热等离子体1.01325MPa（10atm）被形成了，由于电子比重离子轻得多，所以电子飞离离化区的速度要比重离子高得多，这样在离化区就出现正的空间电荷云。离化区的空间电荷，是导致加速区强电场的主要原因。该电场一方面使电子加速离开阴极表面，另一方面也使得离子回归阴极表面，回归的离子流对熔池的冲击作用可能是液滴喷溅的原因。因此在阴极表面附近只有离子和液滴向外空间发射，所以基片上只能接收离子和液滴，而无中性原子。在靶材前方附近形成的金属等离子体，由电子、正离子、液滴和中性金属蒸气原子组成。由于金属蒸气仅占很小部分（低于2%），因而在基片上沉积的离子束流中几乎全部由离子和液滴组成。因此，多弧离子度具有高的离化率、沉积速率快，可以通过基体施加偏压进一步提高离子能量，从而达到膜层/基体结合强度高等优点。阴极电弧蒸发源可以是Cr，Ti，Zr，Al等单相或者多相靶材。多弧离子镀膜技术具有沉积速率高、绕镀性能好、结合力强、膜层均匀等优点，被广泛应用于机械、航天、工具、装饰等领域。当前多弧离子镀铬靶的加工方式是通过将金属铬破碎成60目以下的铬粉，然后通过装入钢包套、振实、真空加热脱气、真空封焊，最后进行热等静压（HIP）。热等静压铬粉的体积会收缩40%，金属铬粉被压制成达到理论密度99%的实体铬坯料。同时，钢包套和已经致密成型的铬坯料扩散焊连接在一起，后续再通过车（铣）加工或者酸洗等方法将外层钢包套去掉，然后通过线切割或者锯切将整块的实体铬分切成最终靶材所需要的毛坯。这是非常成熟的工艺，最早可见专利CN93101604描述的内容。后续专利CN201510762127和专利CN201910397062分别对热等静压的参数（包括温度、压力和时间以及包套的镀层）都做了非常有益的探索，使得粉末铬靶的工艺从圆形铬锭和方形铬锭发展到管状铬坯料。专利CN201811312386和专利CN201611247231还针对HIP之后钢包套去除问题做了一些有益探索，值得借鉴。但是随着粉末铬靶工艺成熟和市场需求的持续增加，工业化面临的下一个问题就是如何降低成本。由于HIP工艺的时间、压力和温度等参数基本是最低能保证产品合格的成本支出，无法再进一步降低HIP过程的成本。而针对铬靶的使用特点，可以从减少昂贵的金属铬的切割浪费和机加工成本来实现降低成本的目的。众所周知，多弧离子镀的靶材多是圆形，国内镀膜设备最常用的是Φ100*40mm，厚度40mm中有10mm是用来加工外螺纹，以方便和镀膜设备进行螺纹连接。业界为了降低成本，将此车螺纹的10mm铬用廉价的黄铜替代（通过镶嵌或者钎焊连接），金属铬HIP之后的成本在180元每公斤，而黄铜的价格为40元每公斤，综合考虑镶嵌和扩散焊接的成本，这种替代工艺可以节省8%左右的成本，因此，是一个较好的成本降低的方案。但是热等静压之后的圆形铬锭，直径Φ105mm，长度在400mm~1000mm不等，需要将长度方向下料成为33mm的坯料再进行后续精加工。下料方式有线切割和锯切或者砂轮切割等方式。线切割物料损耗最小，但是线切割速度太慢、费用高，产生的废水还有污染。锯切或者砂轮切割速度很快，但是切割宽度都在2~4mm，材料损耗大，通常都在10%左右，并且由于铬的硬度高，普通锯条损耗块，需要采用合金锯齿的锯条，无形中也增加了成本。
技术实现思路
因此，针对当前工艺和产业对多弧铬靶成本继续降低的需求，主要针对连接螺纹处材料造价高且完全没有必要用基体材料铬，后续线切割费用高，镶嵌和钎焊铜块两种工序繁杂而且存在镀膜过程中热胀冷缩造成脱落的风险等现实问题，本专利技术提供一整套解决方案，将材料利用率和加工方式优化到最优程度，不仅降低了成本而且提高了产品使用的可靠性。根据上述目的，本专利技术技术方案为：先制备密度比铬粉振实密度高10%的304不锈钢屑压块，在铬粉装包套的过程，将计算好重量的铬粉和304不锈钢屑压块交替装入包套。然后采用传统成熟工艺进行脱气、封装、HIP。HIP后获得的圆形铬锭，在304不锈钢屑压块的部位，由于304不锈钢屑压块处的密度要高3%~5%，造成此部位包套会凸出一小部分，对该凸出部位进行精确锯切下料，然后车削加工成品，其中10mm高的外螺纹部分完全以304不锈钢代铬，既减少了铬粉原料的投入，也方便了后续锯切和机加工外螺纹，从而实现了减低25%左右成本的目的，具有很好的市场推广意义。本专利技术提供如下技术方案：一种降低多弧铬靶生产成本的方法，包括以下步骤：步骤一、准备好20号钢包套；步骤二、制备密度比铬粉振实密度高10%的304不锈钢屑压块，通过液压机，将纯净干燥的304不锈钢屑压制成密度为4.62g/cm3的压块；步骤三、将步骤一中钢包套的最底层放入步骤二中制成的304不锈钢屑压块，然后将计算好重量的铬粉和304不锈钢屑压块交替装入钢包套，钢包套的最上层也放入304不锈钢屑压块；步骤四、真空脱气：在温度为450℃，真空度小于2*10-3Pa条件下，对步骤三中获得的钢包套进行脱气，直至钢包套内部气体脱除彻底，保温结束后，用氧乙炔火焰三道封焊脱气管，确保气体不再进入钢包套内部；步骤五、热等静压：将步骤四中封焊好的钢包套送入热等静压机，进行热等静压；步骤六、机加工成品：经过步骤五的热等静压之后的钢包套，其外表面会显现规律的凸起，即为304不锈钢屑压块的位置，在此位置进行锯切，然后进行成品机加工，将外螺纹加工在锯切端，最后获得溅射部位为高纯铬、外螺纹连接部位为304不锈钢实体的扩散焊接件。作为本专利技术的一种改进，在步骤一中，钢包套的内径为123mm。作为本专利技术的一种改进，在步骤二中，304不锈钢屑压块的尺寸制成直径为123mm，厚度为17mm。作为本专利技术的一种改进，在步骤三中，钢包套在装入粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低多弧铬靶生产成本的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、准备好20号钢包套；/n步骤二、制备密度比铬粉振实密度高10%的304不锈钢屑压块，通过液压机，将纯净干燥的304不锈钢屑压制成密度为4.62g/cm

【技术特征摘要】
1.一种降低多弧铬靶生产成本的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、准备好20号钢包套；
步骤二、制备密度比铬粉振实密度高10%的304不锈钢屑压块，通过液压机，将纯净干燥的304不锈钢屑压制成密度为4.62g/cm3的压块；
步骤三、将步骤一中钢包套的最底层放入步骤二中制成的304不锈钢屑压块，然后将计算好重量的铬粉和304不锈钢屑压块交替装入钢包套，钢包套的最上层也放入304不锈钢屑压块；
步骤四、真空脱气：在温度为450℃，真空度小于2*10-3Pa条件下，对步骤三中获得的钢包套进行脱气，直至钢包套内部气体脱除彻底，保温结束后，用氧乙炔火焰三道封焊脱气管，确保气体不再进入钢包套内部；
步骤五、热等静压：将步骤四中封焊好的钢包套送入热等静压机，进行热等静压；
步骤六、机加工成品：经过步骤五的热等静压之后的钢包套，其外表面会显现规律的凸起，即为304不锈钢屑压块的位置，在此位置进行锯切，然后进行成品机加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭凌剑，彭方平，彭夏元，
申请(专利权)人：江苏应用元素科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32