一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法，TiAlCrSiY合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Ti10

【技术实现步骤摘要】
一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，涉及一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法，特别涉及一种真空磁控溅射或多弧离子镀膜用低成本、高性能TiAlCrSiY合金靶材的制备方法。

技术介绍

[0002]自上世纪60年代人们将稀土应用引入金属或合金表面改性以来，解决了工业应用中的诸多材料问题。在PVD离子镀中，添加稀土元素是改善涂层表面质量的有效和简便的技术方法。据报道，在TiN或其体系的硬质涂层中添加稀土元素，可显著提高膜层致密性、膜基结合力及抗氧化性能，减少涂层大颗粒和孔隙率。PVD稀土涂层刀具比未添加稀土的高温强度更好，适于在更高的切削速度下服役。而稀土的引入方法是把稀土元素(如Y、Ce、La等)加入到靶材中，通过冶炼或粉末冶金等工艺制成含有稀土元素的合金靶材。
[0003]熔炼工艺制备含稀土合金靶材时，浇注过程易产生缩孔、疏松、宏观偏析，同时合金成分和组织均匀性难以保证。
[0004]粉末冶金工艺则是将混合粉末装入包套中，经过脱气后直接热等静压烧结成致密的靶材。由于钛粉末松装密度和振实密度均比较低，由此方法制作的靶材材料利用率相对较低，从而造成该类靶材成本较高，不利于工业化生产。同时稀土元素活性强易氧化，通常采用氢化脱氢工艺制备，粉末冶金法制备的靶材中O和H含量很高，这会降低膜层力学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法，该TiAlCrSiY合金靶材具有成本低而性能高的特点；采用该制备方法得到的TiAlCrSiY合金靶材中气体杂质元素O、H含量低，可显著提升靶材制备过程中的材料利用率。为了实现上述目的，采用如下技术方案。
[0006]一种TiAlCrSiY合金靶材，按原子百分比由以下成分组成：Ti10
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50％，Al20
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78％，Cr10
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40％，Si1
‑
20％，Y0
‑
10％且Y不为0。
[0007]上述TiAlCrSiY合金靶材，作为一种优选方式，按原子百分比由以下成分组成，Ti为10
‑
40％(例如，12％、15％、20％、25％、30％、35％、38％)，Al为20
‑
60％(例如，22％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、58％)，Cr为10
‑
35％(例如，12％、15％、20％、25％、30％、33％)，Si为1
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15％(例如，1.5％、2％、3％、5％、10％、14％)，Y为0.1
‑
5％(例如，0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、4.5％)。
[0008]上述TiAlCrSiY合金靶材，作为一种优选方式，按原子百分比由以下成分组成，Ti为15
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20％(例如，16％、17％、18％、19％)，Al为35
‑
60％(例如，37％、40％、45％、48％、50％、52％、55％、57％、59％)，Cr为10
‑
35％(例如，12％、15％、20％、25％、30％、33％)，Si为1
‑
8％(例如，1.5％、2％、3％、5％、6％、7％)，Y为1
‑
5％(例如，1.2％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％、4.5％)。
[0009]上述TiAlCrSiY合金靶材，作为一种优选方式，所述TiAlCrSiY合金靶材采用粉末
冶金工艺制备，其中Y元素是以AlY2合金粉的形式加入。
[0010]本专利技术还提供了一种上述TiAlCrSiY合金靶材的制备方法，采用如下技术方案。
[0011]一种上述TiAlCrSiY合金靶材的制备方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1，雾化制粉：将AlY2中间合金雾化制备得到AlY2合金粉；
[0013]步骤2，混粉：在一定真空度下，将原料粉末Ti、Al、Cr、Si和步骤1中制备的AlY2合金粉混合得到混合粉末；
[0014]步骤3，冷压成型：将步骤2中的所述混合粉末均匀填充到冷压模具中，压制成冷压坯；
[0015]步骤4，装包套：将步骤3中的冷压坯叠装入铝包套中；
[0016]步骤5，脱气：将步骤4中装满冷压坯的包套放入脱气炉中脱气；
[0017]步骤6，热等静压：将步骤5中脱气后的包套放入热等静压炉内烧结致密化，得到热等静压锭坯；
[0018]步骤7，机加工：对步骤6得到的锭坯进行机加工和清洗得到所需成品靶材。
[0019]在上述制备方法中，作为一种优选方式，所述雾化制粉是指将AlY2中间合金熔化后通过雾化冷却制成AlY2合金粉，雾化温度为1450
‑
1500℃(例如，1460℃、1470℃、1480℃、1490℃)。
[0020]在上述制备方法中，作为一种优选方式，在所述步骤1中，雾化得到的AlY2合金粉纯度≥99.8％，其中O≤0.4wt％，H≤0.05wt％，优选地，所述AlY2合金粉的粒度为
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200目～
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300目，优选为
‑
300目。
[0021]本专利技术中，所述AlY2中间合金可以选择市售的AlY2合金块。本专利技术中，将AlY2合金也叫作中间合金，将Y单质做成合金，使其便于加入到合金中，解决熔炼中Y容易烧损的问题。
[0022]此外，本专利技术采用较细小粒度的金属粉末不仅有利于增加粉末松装密度，还有利于解决合金靶材的偏析问题。由于采用雾化方法制备得到的AlY2合金粉在
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300目这个粒度段的得粉率高，因而在解决偏析问题的基础上，采用
‑
300目的AlY2合金粉有利于降低合金靶材的生产成本。
[0023]现有技术中，Y粉通常采用氢化脱氢进行制备，由于制备过程中脱氢不完全，氢化脱氢得到的Y粉中O和H含量高，其中，O含量为1
‑
2wt％，H含量为1
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3wt％，较高的O和H的存在都会降低靶材所形成的膜层的性能。
[0024]本专利技术采用雾化制粉工艺，选择市售的AlY2合金块经雾化制备得到AlY2合金粉，能有效减少最终制备得到的靶材中的O和H含量。
[0025]本专利技术采用AlY2合金粉代替稀土元素Y单质，与Ti、Al、Cr、Si粉末共混后制备TiAlCrSiY合金靶材，克服了因稀土元素Y单质活性强易氧化需要进行氢化脱氢所导致的合金靶材中O和H含量高的缺陷，最终保证了由合金靶材所形成的膜层的力学性能。同时，采用AlY2合金粉代替稀土元素Y单质，还能解决熔炼过程中稀土元素单质容易被烧损的问题。
[0026]在上述制备方法中，作为一种优选方式，所述Ti粉的粒度为35～45μm，所述Al粉的粒度为35～45μm，所述Cr粉的粒度为
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200目～...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiAlCrSiY合金靶材，其特征在于，按原子百分比由以下成分组成：Ti 10
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50％，Al 20
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78％，Cr 10
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40％，Si 1
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20％，Y 0
‑
10％且Y不为0，所述TiAlCrSiY合金靶材采用粉末冶金工艺制备，其中Y元素是以AlY2合金粉的形式加入。2.根据权利要求1所述的TiAlCrSiY合金靶材，其特征在于，按原子百分比由以下成分组成，Ti为10
‑
40％，Al为20
‑
60％，Cr为10
‑
35％，Si为1
‑
15％，Y为0.1
‑
5％；优选地，按原子百分比由以下成分组成，Ti为15
‑
20％，Al为35
‑
60％，Cr为10
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35％，Si为1
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8％，Y为1
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5％。3.一种根据权利要求1或2所述的TiAlCrSiY合金靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，雾化制粉：将AlY2中间合金雾化制备得到AlY2合金粉；步骤2，混粉：在一定真空度下，将原料粉末Ti、Al、Cr、Si和步骤1中制备的AlY2合金粉混合得到混合粉末；步骤3，冷压成型：将步骤2中的所述混合粉末均匀填充到冷压模具中，压制成冷压坯；步骤4，装包套：将步骤3中的冷压坯叠装入铝包套中；步骤5，脱气：将步骤4中装满冷压坯的包套放入脱气炉中脱气；步骤6，热等静压：将步骤5中脱气后的包套放入热等静压炉内烧结致密化，得到热等静压锭坯；步骤7，机加工：对步骤6得到的锭坯进行机加工和清洗得到所需成品靶材。4.根据权利要求3所述的TiAlCrSiY合金靶材的制备方法，其特征在于，所述雾化制粉是指将AlY2中间合金熔化后通过雾化冷却制成AlY2合金粉，雾化温度为1450
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1500℃；优选地，在所述步骤1中，雾化得到的AlY2合金粉纯度≥99.8％，其中O≤0.4wt％，H≤0.05wt％，优选地，所述AlY2合金粉的粒度为
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200目～
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300目，优选为
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300目；优选地，所述Ti粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤戈，张欠男，魏铁峰，岳万祥，施政，王建峰，
申请(专利权)人：苏州六九新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：