一种高综合性能PVD合金靶材及其制备和应用制造技术

本申请提供了一种高综合性能PVD合金靶材及其制备和应用，所述靶材为烧结合金，元素按重量计包括：铬3.0wt.％至15.8wt.％、锰0.5wt.％至3.0wt.％、镍0.5wt.％至9.5wt.％、铜14.0wt.％至36.0wt.％、碳5.0wt.％至14.0wt.％，余量为铁，以及总量不大于0.5wt％的杂质；所述烧结合金中的至少部分铜元素以非晶态铜存在，所述烧结合金中包含碳化锰0.2wt.％至1.4wt.％、碳化镍0.2wt.％至4.5wt.％、碳化铬1.3wt.％至8.0wt.％和碳化铁7.5wt.％至27.0wt.％。使用所述靶材通过PVD沉积制备的膜的抗菌寿命可以达到8年至10年，并且在同等厚度下，产品耐磨性更高，在同样的耐磨性情况下基于所述靶材的膜的厚度可以更薄。磨性情况下基于所述靶材的膜的厚度可以更薄。磨性情况下基于所述靶材的膜的厚度可以更薄。

【技术实现步骤摘要】
一种高综合性能PVD合金靶材及其制备和应用


[0001]本文涉及但不限于金属材料领域，涉及但不限于一种合金靶材及其制备和应用，尤其涉及但不限于一种高综合性能PVD合金靶材及其制备和应用。

技术介绍

[0002]现有的抗菌材料主要包括银、铜、锌和氧化钛，其中银、铜、锌本身有杀菌作用，氧化钛可以通过光照来杀菌。以上材料应用于物理气相沉积靶材(PVD)中制备相关抗菌产品。
[0003]用于PVD靶材的制备方法通常包括以下方法：1)通过熔炼法，将银融入锆金属或者其他金属中(例如97％锆+3％银)；2)通过熔炼法，将常规铜融入不锈钢等金属中(例如97％不锈钢+3％铜)；3)通过烧结法，将常规铜掺杂入不锈钢中(例如80％不锈钢+20％铜)；4)通过熔炼法，将锌融入其他金属材料中；5)通过掺杂法(烧结)，将氧化钛掺入他金属材料中。
[0004]但包含银、铜或锌的抗菌材料作为PVD用靶材用于制备卫浴五金件时，产品寿命差，成本高，容易氧化腐蚀变色。氧化钛类物质导电性差，无法应用在离子镀膜等有导电性需求的PVD镀膜工艺中。且其中氧化钛膜层的杀菌效果只能在足够高的紫外线强度下才能发挥出来，厨卫环境中的光照条件很难达到。

技术实现思路

[0005]以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
[0006]本申请提供了一种靶材，其特征在于，所述靶材为烧结合金，元素按重量计包括：铬3.0wt.％至15.8wt.％、锰0.5wt.％至3.0wt.％、镍0.5wt.％至9.5wt.％、铜14.0wt.％至36.0wt.％、碳5.0wt.％至14.0wt.％，余量为铁，以及总量不大于0.5wt％的杂质；
[0007]所述烧结合金中的至少部分铜元素以非晶态铜存在，所述烧结合金中包含碳化锰0.2wt.％至1.4wt.％、碳化镍0.2wt.％至4.5wt.％、碳化铬1.3wt.％至8.0wt.％和碳化铁7.5wt.％至27.0wt.％。
[0008]在本申请提供的一种实施方式中，所述合金的基体相为铁、锰、镍、铬的固溶体，所述合金的基体相中弥散分布有包括：碳化锰、碳化铬、碳化镍和碳化铁中的任意一种或更多种。
[0009]在本申请提供的一种实施方式中，所述非晶态铜分布在晶界、相界和扩散进入晶粒内中的任意一处或更多处。
[0010]在本申请提供的一种实施方式中，铁和锰、镍、铬构成了合金的主相基材，非晶态草酸铜在烧结过程中产生的纳米级非晶态铜均匀的分布在基材中。
[0011]又一方面，本申请提供了上述的靶材的制备方法，所述制备方法包括将铬、锰、镍、铜、铁以及非晶态草酸铜烧结制得。
[0012]在本申请提供的一种实施方式中，所述草酸铜为非晶态草酸铜。
[0013]在本申请提供的一种实施方式中，所述原料中的铁选自45号钢、20号钢、40号钢和
50号钢中的任意一种或更多种。
[0014]在本申请提供的一种实施方式中，所述制备方法包括，
[0015]1)升温所述原料，去除其中的气体和水分；
[0016]2)继续升温至去除所述原料中的油脂物质；
[0017]3)继续升温形成合金，所述合金的基体相为铁、锰、镍、铬的固溶体，所述合金的基体相中弥散分布有包括：碳化锰、碳化铬、碳化镍和碳化铁中的任意一种或更多种；
[0018]在本申请提供的一种实施方式中，步骤1)中所述升温为升温至200℃至250℃，之后保温0.5h至2h；
[0019]在本申请提供的一种实施方式中，步骤2)中所述升温为升温至400℃至450℃，之后保温0.5h至2h；
[0020]在本申请提供的一种实施方式中，步骤3)中的升温为升温至800℃至1100℃，之后保温4h至8h；
[0021]在本申请提供的一种实施方式中，步骤3)所述保温的至少部分时间通入了氢气，之后在惰性气体下保温，优选地，通入氢气的时间为0.5h至1.5h。
[0022]又一方面，本申请提供了上述的靶材在物理气相沉中的应用。
[0023]在本申请提供的一种实施方式中，所述靶材在抗菌产品中的应用。
[0024]又一方面，本申请提供了一种使用物理气相沉积方法制备得到的表面沉积有靶材的装置，其特征在于，所述物理气相沉积方法使用的靶材为上述的靶材。制备得到的装置例如可以是卫浴产品以及汽车零部件等。
[0025]在本申请提供的高综合性能PVD合金靶材，非晶态草酸铜的作用是在烧结过程中分解成纳米级非晶态铜和二氧化碳。非晶态草酸铜的热分解是阳离子的逐步还原过程(Cu
2+
→
Cu
1+
→
Cu0)，非晶态草酸铜在800℃至1100℃时反应2变得非常快，生成的铜原子没有机会按照最密堆积原理排列，从而保留原来的分布状态形成非晶态铜，分解过程化学反应式如下：
[0026]反应1：CuC2O4→
COOCu+CO2↑
[0027]反应2：COOCu
→
Cu(非晶态)+CO2↑
(800℃至1100℃)
[0028]本申请提供的高综合性能PVD合金靶材通过将混合均匀的锰粉、镍粉、铬粉、非晶态草酸铜粉和钢粉烧结而制成，使得合金靶材和PVD膜层的主要基体相为铁、铬的固溶体，基体相中弥散分布着碳化锰、碳化镍、碳化铬的细小强化相，非晶态草酸铜分解产生的纳米级非晶态铜主要分布在晶界、相界上，小部分非晶态铜扩散进入晶粒表层。本申请提供的高综合性能PVD合金靶材和所镀的膜层由于存在多种弥散分布的碳化物和无晶界非晶态铜从而具有优异的耐蚀性、耐磨性、抗菌性，适用于厨卫产品的表面处理。
[0029]本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来专利技术实现和获得。
附图说明
[0030]附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
[0031]图1为本申请实施例10制得的合金靶材所镀膜的样品ASS盐雾测试前的照片；
[0032]图2为本申请实施例10制得的合金靶材所镀膜的样品ASS盐雾测试256小时的照片。
[0033]图3本申请实施例10制得的合金靶材扫描电镜图片，从图中可以看出铜为非晶态铜。
[0034]图4本申请实施例10制得的合金靶材的非晶铜分布，从图4中可以看出，非晶铜主要分布在在晶界和相界，少量扩散至晶粒内
[0035]图5本申请实施例10制得的合金靶材的晶界上铜呈现出无晶型、均匀的非晶态微观形貌SEM图。
[0036]图6本申请实施例10制得的合金靶材的铬分布的元素mapping图，从图6可以看出，铬溶在基体中，分布有铬的微区同时分布有碳。
[0037]图7本申请实施例10制得的合金靶材的镍分布的元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种靶材，其特征在于，所述靶材为烧结合金，元素按重量计包括：铬3.0wt.％至15.8wt.％、锰0.5wt.％至3.0wt.％、镍0.5wt.％至9.5wt.％、铜14.0wt.％至36.0wt.％、碳5.0wt.％至14.0wt.％，余量为铁，以及总量不大于0.5wt％的杂质；所述烧结合金中的至少部分铜元素以非晶态铜存在，所述烧结合金中包含碳化锰0.2wt.％至1.4wt.％、碳化镍0.2wt.％至4.5wt.％、碳化铬1.3wt.％至8.0wt.％和碳化铁7.5wt.％至27.0wt.％。2.根据权利要求1所述的靶材，其特征在于，所述合金的基体相为铁、锰、镍、铬的固溶体，所述合金的基体相中弥散分布包括：碳化锰、碳化铬、碳化镍和碳化铁中的任意一种或更多种。3.根据权利要求1或2所述的靶材，其特征在于，所述非晶态铜分布在晶界、相界和扩散进入晶粒内中的任意一处或更多处。4.根据权利要求1至3中任一项所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将铬、锰、镍、铜、铁以及非晶态草酸铜烧结制得。5.根据权利要求4所述的靶材的制备方法，其特征在于，原料中的铁选自45号钢、20号钢、40号钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：林孝发，林孝山，骆洋洋，周年润，王铭，
申请(专利权)人：九牧厨卫股份有限公司，
类型：发明
国别省市：