一种CrAlCu复合靶材及其制备方法和应用技术

本申请涉及粉末冶金材料的技术领域，具体公开了一种CrAlCu复合靶材及其制备方法和应用。本申请公开的CrAlCu复合靶材为双层结构，以CrAlCu合金靶材为靶材上层，以Al背板为靶材底层；所述CrAlCu合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Cr=30

【技术实现步骤摘要】
一种CrAlCu复合靶材及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及粉末冶金材料的
，具体涉及一种CrAlCu复合靶材及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的进步和科技的发展，对材料表面性能提出了越来越高的要求，不仅要求其具有较高的硬度、耐磨、耐腐蚀性能，更要求其具有较高的耐高温性能，以满足越来越高的工程需要。
[0003]在材料表面涂覆一层硬质涂层是提高材料表面性能的一种经济实用的有效途径，硬质涂层作为机械功能膜的一个重要分支，在机械加工工具中应用很广，特别是在金属切削中占了主导地位。硬质涂层能改善材料的表面性能，减少与工件的摩擦和磨损，有效的提高材料表面硬度、韧性、耐磨性和高温稳定性，大幅度提高涂层产品的使用寿命。
[0004]近年来，利用物理气相沉积技术(PVD)在工、模具表面制备先进硬质涂层的应用受到广泛关注。复合多层膜、纳米复合多层膜成为目前超硬涂层技术发展的重要方向。这些涂层不仅应用于切削刀具领域，也在模具行业得到一定程度的应用。
[0005]目前，在AlCrN涂层中加入的Cu元素，通过形成AlCrCuN纳米复合结构，由于不具有NaCl型结晶结构，且在使用金属中添加了氮化难度最大的Cu元素，显著提高了靶材的耐磨性。但是，由于Cu和Al会发生反应，在热等静压时Cu和Al反应放热量大，会导致锭坯熔化，导致靶材制备失败。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本申请提供一种CrAlCu复合靶材及其制备方法和应用。
[0007]本申请提供了一种CrAlCu复合靶材，采用如下的技术方案：一种CrAlCu复合靶材，所述CrAlCu复合靶材为双层结构，以CrAlCu合金靶材为靶材上层，以Al背板为靶材底层；所述CrAlCu合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Cr＝30
‑
69at％，Al＝30
‑
69at％，Cu＝1
‑
10at％；所述CrAlCu合金靶材的厚度大于所述Al背板的厚度。
[0008]本申请提供的复合靶材具有双层结构，上层以铬铝铜合金靶材为基体，底层是铝板，上层结合于底层上；本申请采用该制备方法得到的铬铝铜合金靶材具有纯度高，致密度高，成分控制精准，组织均匀无偏析，导热性能和力学性更优，可以解决常规CrAlCu靶材制造过程中存在的熔化问题。
[0009]优选地，所述CrAlCu合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Cr＝50
‑
65at％，Al＝30
‑
45at％，Cu＝5
‑
10at％。
[0010]在一个具体的实施方案中，所述CrAlCu合金靶材按原子百分比可以由以下成分组成：Cr＝30at％，Al＝69at％，Cu＝1at％；Cr＝45at％，Al＝50at％，Cu＝5at％；Cr＝48at％，Al＝42at％，Cu＝10at％；Cr＝66at％，Al＝33at％，Cu＝1at％；Cr＝60at％，Al＝
30at％，Cu＝10at％；Cr＝50at％，Al＝45at％，Cu＝5at％；Cr＝65at％，Al＝35at％，Cu＝5at％；Cr＝55at％，Al＝35at％，Cu＝10at％。
[0011]优选地，所述CrAlCu合金靶材的厚度为8
±
1mm；所述Al背板的厚度为4
±
1mm。
[0012]优选地，所述CrAlCu合金靶材的相对密度≥98％，平均晶粒尺寸≤100μm。
[0013]第二方面，本申请提供了上述CrAlCu复合靶材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：按照所述CrAlCu合金靶材的成分比例，将Cu粉以CrCu合金粉末的形式和Al粉或者将Cu粉以CrCu合金粉末的形式与Al粉以及Cr粉混合均匀，得到CrAlCu合金粉末；将所述CrAlCu合金粉末和Al背板相叠放入包套后，依次进行脱气处理和热等静压处理，得到复合坯料；将所述复合坯料去除包套后，进行机加工和清洗，得到所述CrAlCu复合靶材。
[0014]在本申请的具体实施例中，合金粉末的制备具体方法为：采用雾化制粉的方法，将Cr块和Cu块原料熔炼后雾化得到CrCu合金粉末。
[0015]在AlCrN涂层中加入的Cu元素，通过形成AlCrCuN纳米复合结构，由于不具有NaCl型结晶结构，且在使用金属中氮化难度最大的Cu的添加，显著提高了耐磨性。由于Cu和Al会发生反应，在热等静压时Cu和Al反应放热量大，会导致锭坯熔化从而靶材制备失败。本申请将Cu以CrCu合金粉末的形式加入，有效避免了直接加Cu粉时，Cu粉与Al粉产生反应放热，造成材料熔化的现象出现。
[0016]优选地，各原料粉末的规格参数具体为：纯度为99.8wt％以上，粒度为
‑
325目。
[0017]优选地，所述Al背板的性能参数为：热导率≥150W/(m.K)，抗拉强度≥100MPa，屈服强度≥75MPa。
[0018]优选地，所述脱气处理的条件为：温度为500
‑
600℃，真空度为10
‑2‑
10
‑3Pa；保温时间为20
‑
40h。
[0019]脱气的目的是将压坯中的气体杂质元素，比如氧、氮、水蒸气等脱出，降低靶材中气体杂质元素含量，保证靶材纯度；同时使包套内达到一定负真空，保证HIP时锭坯充分致密化。
[0020]本申请采用温度较高的脱气处理步骤，在该过程中，真空度条件下，Cu和Al先反应；保证热等静压温度较低，Cu和Al不会发生剧烈反应，避免了反应放热过多，导致靶材脆性大，甚至出现熔化现象。
[0021]优选地，所述热等静压的条件为：温度为350
‑
450℃，压力为120
‑
140MPa，保温保压时间为4
‑
6h。
[0022]热等静压烧结温度、压力及时间是匹配的；温度过高，尽管前期Cu和Al会发生合金化反应，同样存在熔化风险以及靶材脆性开裂问题；温度过低时，靶材致密度低，影响镀膜性能。
[0023]第三方面，本申请还提供了上述CrAlCu复合靶材在制备用于刀具硬质涂层或模具硬质涂层中的应用。
[0024]综上所述，本申请的技术方案具有以下效果：本申请制备的CrAlCu复合靶材为双层结构，与单层CuAlCu靶材相比，热等静压时Cu和Al反应放热量相对减少，锭坯熔化风险降低，同时双层靶材利用率更高，节约靶材使用
成本。
[0025]本申请制备的CrAlCu合金靶材具有纯度高，致密度高，组织均匀无偏析，导热性能和塑性都有改善。
[0026]本申请制备的复合结构的CrAlCu靶材具有高的热导率和良好的综合力学性能；当该复合靶材在高的溅射功率或功率密度下使用时，靶材装夹部位能承受机械应力和热应力作用，不会脆性断裂和受力弯曲翘曲。
附图说明
[0027]图1为本申请的C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CrAlCu复合靶材，其特征在于，所述CrAlCu复合靶材为双层结构，以CrAlCu合金靶材为靶材上层，以Al背板为靶材底层；所述CrAlCu合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Cr=30
‑
69at%，Al=30
‑
69at%，Cu=1
‑
10at%；所述CrAlCu合金靶材的厚度大于所述Al背板的厚度。2.根据权利要求1所述的CrAlCu复合靶材，其特征在于，所述CrAlCu合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Cr=50
‑
65at%，Al=30
‑
45at%，Cu=5
‑
10at%。3.根据权利要求1所述CrAlCu复合靶材，其特征在于，所述CrAlCu合金靶材的厚度为8
±
1mm；所述Al背板的厚度为4
±
1mm。4.根据权利要求1所述CrAlCu复合靶材，其特征在于，所述CrAlCu合金靶材的相对密度≥98%，平均晶粒尺寸≤100μm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述CrAlCu复合靶材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：按照所述CrAlCu合金靶材的成分比例，将Cu粉以CrCu合金粉末的形式和Al粉或者将Cu粉以CrCu合金粉末的形式与Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤戈，施政，魏铁峰，孟晓亭，张欠男，岳万祥，张学华，
申请(专利权)人：北京安泰六九新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：