專利名稱：一種通過大強度電流生產鋁鈦合金靶材的方法
技術領域：
本發明涉及粉末冶金加工領域的金屬表面鍍膜材料，尤其涉及一種鋁鈦合金靶材 的生產方法。
背景技術：
鋁鈦合金是一種新型的真空鍍膜用合金濺射靶材，在該合金中，通過調配鋁與鈦 的含量可以獲得不同特性的鋁鈦合金靶材，如配合氮氣放電起弧實施濺射，可以獲得高硬 度低摩擦系數表面膜，特別適合各種刀具、模具和其它易損件的表面層涂，因此用途廣泛。 但其制備很困難，這是因為在不同的成分配比條件下，鋁和鈦之間可以形成多種金屬間化 合物，如Ti3Al、TiAl, TiAl2, TiAl3等，這些金屬間化合物的存在導致了鋁鈦合金的加工脆 性，特別是合金中鋁的含量超過50%時，合金的氧化性驟然提高，傳統條件下很快就會氧化 甚至燃燒。而且，合金化過程是一個放熱膨脹的過程，往往造成孔隙率高，氧化嚴重的后果， 無法滿足靶材要求。因此，同時也造成了工藝流程的復雜化。國內專利200710303869. 3提 供了一種采用熱等靜壓制備粉末冶金鈦鋁靶材的工藝，該工藝采用熱等靜壓手段，流程長， 要求高，然而制作出來的材料性能卻不穩定，而且成本過高。而其他一些文獻報道的工藝， 有在鑄造過程中產生氣泡、疏松和偏析的；有成分與組織的均勻性難以保證，導致品質不穩 定，而且鋁含量超過50%就無法制備，工業應用規模大受限制的。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服上述技術的缺陷，提供一種通過大強度電流生 產鋁鈦合金靶材的方法。該方法能針對鋁鈦合金靶材尤其是鋁含量超過50%的鋁鈦合金靶 材的特點和應用需求制備出高質量的鋁鈦合金靶材。本發明的技術解決方案是，所述一種通過大強度電流生產鋁鈦合金靶材的方法系 采用如下原料和工藝步驟制得鋁鈦合金靶材1、采用鋁粉和鈦粉配料獲得坯料，其中鈦粉的重量百分比為5 75%，其余為鋁 粉。所采用的鈦粉的粒度范圍為10 ΙΟΟμπι，純度彡99. 5%，氧含量< 500ppm ；鋁粉的粒 度范圍為10 50 μ m，純度彡99. 5%，氧含量彡500ppm ；2、將步驟1所得坯料投入混料機中均勻混合4 16小時后，倒入模具中振動均 勻；3、將步驟2所得裝有混合均勻的坯料的模具置于加熱機電路的正極基板與負 極基板之間，通過該電器電源的正極基板與負極基板向模具中的粉末坯料施加5000 25000A電流和5V左右的電壓。通過電極對模具中的鋁粉與鈦粉混合坯料施加壓力以使坯 料粉末致密化，收到抑制鋁和鈦在化合反應時產生過大體積膨脹的效果。壓力范圍為5 50Mpa。所施加之大強度電流使模具中的鋁粉與鈦粉混合坯料加熱升溫達400 520°C時， 保溫5 20分鐘，排出粉末間氣體并脫去成型劑。然后，加大電流強度，溫度快速上升到 800 1200°C實施10 30分鐘燒結，使模具內的鈦粉與鋁粉混合坯料燒結成型即為鋁鈦合金靶材半成品。4、連同模具一起將步驟3所得鋁鈦合金靶材半成品置入預先設定的600 1200°C的電阻爐中加熱4 6小時，關爐，隨爐自然冷卻至室溫，脫模，即得燒結成型的鋁鈦合金靶 材成品。本發明的有益效果是，如上所述，采用了 一種可以通過獲得大電流的裝置。該裝置 通過大電流輸入到裝有鋁粉和鈦粉的坯料中，利用大電流的能量使鋁粉和鈦粉發熱，同時， 施加5 50MPa壓力，由鋁粉和鈦粉發生化合反應時自身產生的大量熱能，使鋁和鈦自身發 生反應生產出鋁鈦合金靶材。
具體實施例方式實施例1 1、取鈦粉5公斤、鋁粉95公斤配料得坯料，鈦粉與鋁粉的粒度均為ΙΟμπι，純度均 彡99. 5%，氧含量均彡500ppm ；2、將步驟1所得坯料投入混料機中均勻混合4小時后倒入模具中振動均勻；3、將步驟2所得裝有混合均勻的坯料的模具置于中國長沙永騰金屬材料有限責 任公司生產的TL-2000單相加熱機電路的正極基板與負極基板之間，通過該電器電源的正 極基板與負極基板向模具中的粉末坯料施加5000A電流和5V電壓。通過電極對模具中的 坯料施加5MPa壓力使坯料加熱升溫達400°C時保溫5分鐘。然后加大電流強度，溫度快速 上升到80(TC實施10分鐘燒結，使坯料燒結成型。4、連同模具一起將步驟3所得鋁鈦合金靶材半成品置入600°C電阻爐中加熱4小 時，關爐，隨爐自然冷卻至室溫，脫模，得鋁鈦合金靶材成品。實施例2:1、取鈦粉75公斤、鋁粉25公斤配料得坯料，其中鈦粉的粒度為ΙΟΟμπι，鋁粉的粒 度為50 μ m。鈦粉與鋁粉的純度均彡99. 5%，氧含量均彡500ppm ；2、將步驟1所得坯料投入混料機中均勻混合16小時后倒入模具中振動均勻；3、將步驟2所得裝有混合均勻的坯料的模具置于中國長沙永騰金屬材料有限責 任公司生產的TL-2000單相加熱機電路的正極基板與負極基板之間，通過該電器電源的正 極基板與負極基板向模具中的粉末坯料施加25000A電流和5V電壓。通過電極對模具中的 坯料施加50MPa壓力使坯料加熱升溫達520°C時保溫20分鐘。然后加大電流強度，溫度快 速上升到120(TC實施30分鐘燒結，使坯料燒結成型。4、連同模具一起將步驟3所得鋁鈦合金靶材半成品置入1200°C電阻爐中加熱6小 時，關爐，隨爐自然冷卻至室溫，脫模，得鋁鈦合金靶材成品。以上所獲鋁鈦合金靶材成品，致密度>99%，晶粒尺寸< ΙΟΟμπι、成分均勻，成本 低，完全能夠滿足大規模產業化生產的要求。
權利要求
一種通過大強度電流生產鋁鈦合金靶材的方法，該方法系采用如下原料和工藝步驟制得鋁鈦合金靶材1、采用鈦粉和鋁粉配料獲得坯料，其中鈦粉的重量百分比為5～75％，其余為鋁粉，所采用的鈦粉的粒度范圍為10～100μm，純度≥99.5％，氧含量≤500ppm；鋁粉的粒度范圍為10～50μm，純度≥99.5％，氧含量≤500ppm；2、將步驟1所得坯料投入混料機中均勻混合4～16小時后，倒入模具中振動均勻；3、將步驟2所得裝有混合均勻的坯料的模具置于加熱機電路的正極基板與負極基板之間，通過該電器電源的正極基板與負極基板向模具中的鋁粉與鈦粉混合坯料施加5000～25000A電流和5V的電壓，通過電極對模具中的坯料施加壓力以使坯料粉末致密化，壓力范圍為5～50Mpa，所施加之大強度電流使模具中的鋁粉與鈦粉混合坯料加熱升溫達400～520℃時，保溫5～20分鐘，排出粉末間氣體并脫去成型劑，然后，加大電流強度，溫度快速上升到800～1200℃實施10～30分鐘燒結，使模具內的鈦粉與鋁粉混合坯料燒結成型即為鋁鈦合金靶材半成品；4、連同模具一起將步驟3所得鋁鈦合金靶材半成品置入預先設定的600～1200℃的電阻爐中加熱4～6小時，關爐，隨爐自然冷卻至室溫，脫模，即得燒結成型的鋁鈦合金靶材成品。
1.)、采用鈦粉和鋁粉配料獲得坯料，其中鈦粉的重量百分比為5 75%，其余為鋁粉，所 采用的鈦粉的粒度范圍為10 100 μ m，純度> 99. 5%，氧含量彡500ppm ；鋁粉的粒度范圍 為10 50 μ m，純度彡99. 5 %，氧含量彡500ppm ；
2.)、將步驟1所得坯料投入混料機中均勻混合4 16小時后，倒入模具中振動均勻；
3.)、將步驟2所得裝有混合均勻的坯料的模具置于加熱機電路的正極基板與負極基 板之間，通過該電器電源的正極基板與負極基板向模具中的鋁粉與鈦粉混合坯料施加 5000 25000A電流和5V的電壓，通過電極對模具中的坯料施加壓力以使坯料粉末致密化， 壓力范圍為5 50Mpa，所施加之大強度電流使模具中的鋁粉與鈦粉混合坯料加熱升溫達 400 520°C時，保溫5 20分鐘，排出粉末間氣體并脫去成型劑，然后，加大電流強度，溫 度快速上升到800 1200°C實施10 30分鐘燒結，使模具內的鈦粉與鋁粉混合坯料燒結 成型即為鋁鈦合金靶材半成品；
4.)、連同模具一起將步驟3所得鋁鈦合金靶材半成品置入預先設定的600 1200°C的電 阻爐中加熱4 6小時，關爐，隨爐自然冷卻至室溫，脫模，即得燒結成型的鋁鈦合金靶材成品。
全文摘要
一種通過大強度電流生產鋁鈦合金靶材的方法，系采用如下步驟制得產品1、采用鈦粉和鋁粉，鈦粉重量比為5～75％，其余為鋁粉；2、均勻混合4～16小時后倒入模具；3、將模具置于加熱機正、負極基板之間施加5000～25000A電流和5V電壓。升溫達400～520℃時，保溫5～20分鐘。溫升到800～1200℃實施10～30分鐘燒結；4、置入600～1200℃電阻爐加熱4～6小時，冷卻，脫模得成品。本發明采用可獲得大電流的裝置，利用大電流使鋁粉和鈦粉發熱，施以壓力，使鋁和鈦自身反應產出鋁鈦合金靶材。產品的致密度＞99％，晶粒尺寸≤100μm、成本低，完全能滿足大規模產業化生產的要求。
文檔編號C22C21/00GK101823147SQ20091004467
公開日2010年9月8日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者余鵬 申請人:余鵬