[发明专利]高性能靶材用多主元合金材料及其制备方法

说明书

高性能靶材用多主元合金材料及其制备方法，属于金属材料及其制备领域。多主元合金的成分为Ce_xCoCrCuFeMn_yZr_z，其中0.1≤x≤0.4；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.01x/(x+y+z+4)0.10；0.01y/(x+y+z+4)0.25；0.01z/(x+y+z+4)0.25，其制备方法包括：按化学式分别称取各种原料置于球磨罐中，加入不锈钢球，在保护气体环境下将放有原料的球磨罐密封起来；将上述球磨罐置于行星式球磨机上混料；将上述混料后的粉末在保护气氛环境下装入石墨模具，放电等离子烧结即得所需多主元合金材料。本发明方法制备的多主元合金材料成分与原料配比成分一致；升降温速度快、加热效率高，且烧结过程中保持一定压力，最大限度的提高了合金的致密度，减少了材料的空隙；该方法工艺简单、易于操控、节能环保，可制备出高纯高致密的合金靶材。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及高性能靶材用多主元合金材料及其制备方法。

背景技术

涂层刀具是利用气相沉积的方法在传统刀具(如：硬质合金或高速钢)基体表面涂覆一层高硬度、高耐磨、且具有良好化学稳定性、耐高温氧化等优点的材料，进而作为化学屏障和热屏障减小刀具在工作过程中与被加工工件之间的扩散和化学反应，降低刀具磨损，提高刀具使用寿命、加工效率和被加工件的表面质量等。刀具涂层的制备技术分为化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)和物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)两种。由于CVD存在反应温度高、沉积速率低、沉积过程气体有一定毒性等缺点，于是开发PVD技术并于上世纪80年代取得突破。PVD技术在环境保护、控制涂层组元成分和结构方面相较于CVD具有优势。随着刀具用涂层材料和涂层技术的快速发展，刀具涂层正在向多元化、功能化、多层复合涂层方向发展。PVD镀膜是在真空环境下，靶材中的原子通过等离子体作用在基体表面形核长大的过程，受到电磁场、温度等复杂因素的影响。靶材是PVD涂层的重要原材料，靶材的纯度、密度、组织结构等直接影响其烧蚀、涂层成分、结构与性能。随着气相沉积技术的不断发展与应用范围的不断扩大，对靶材的质量、种类与性能要求越来越高。多主元合金突破传统合金设计理念，以至少5种主要合金元素且每种元素摩尔比介于5％-35％之间，且具有高硬度、高耐磨性、抗回火软化、耐腐蚀等特点，具有广阔的发展前景。因此，开发和设计一种高性能靶材用多主元合金材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能靶材用多主元合金材料及其制备方法。本发明采用放电等离子烧结工艺制备Ce_xCoCrCuFeMn_yZr_z多主元合金材料，由于放电等离子烧结具有表面净化作用、低温快速烧结、可控气氛、加热均匀等优点，同时在烧结过程中保持一定的压力，可以制备出高纯、高致密、性能优良的合金靶材。

本发明提出的高性能靶材用Ce_xCoCrCuFeMn_yZr_z多主元合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按化学式Ce_xCoCrCuFeMn_yZr_z的计量比分别称取二氧化铈和各种纯金属粉末，其中0.1≤x≤0.4；0.1≤y≤1.3；0.1≤z≤1.3；0.01x/(x+y+z+4)0.10；0.01y/(x+y+z+4)0.25；0.01z/(x+y+z+4)0.25。

(2)将称量好的各种原料置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将放有原料的球磨罐密封起来。

(3)将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料。

(4)将上述均匀混料后的粉末在保护气氛环境下装入石墨模具，然后放电等离子烧结即得所需多主元合金材料。