[发明专利]一种喷射成形AlSnCu合金靶材及其制备方法

说明书

本发明涉及一种喷射成形AlSnCu合金靶材及其制备方法，属于金属材料的制备加工领域。该靶材中锡含量为15～25wt.％，铜含量为0.8～1.4wt.％，杂质总和小于0.3wt.％，其余为铝。按比例配料，加热融化为合金熔液；合金熔液通过陶瓷导流管，流入喷射成形设备腔体，以高速氮气为载体将液流分散为小液滴；使高速运动的小液滴降温形成半固半液的小颗粒，并在旋转的接收盘上再次聚集形成锭坯；车削锭坯，包套；进行闭式模锻；进行机械加工，制得最终产品。采用本发明方法制备的AlSnCu合金靶材的晶粒细小，约20μm以下，并且铝基体和锡相均呈现出均匀的近等轴状，锭坯各处成分均匀、无明显织构，少或无缺陷和杂质。

技术领域

本发明涉及高功率轴瓦磁控溅射减磨合金层用AlSnCu合金靶材及其制备方法，尤其是一种喷射成形AlSnCu合金靶材及其制备方法，属于金属材料的制备加工领域。

背景技术

高功率柴油机轴瓦一般采用钢背加铜铅合金基体的结构，为了进一步提升此类轴瓦的使用寿命、承载能力、疲劳强度等，目前的先进工艺是在铜铅合金基体上再镀一层10～20um的AlSnCu合金减磨层。采用磁控溅射的方法可以保证AlSnCu合金减磨层具有良好的均匀性，以及与基体的较好粘结。

资料显示，奥地利Miba公司采用磁控溅射技术在钢背加铜铅合金基体轴承表面溅射一层组织非常细小的AlSn合金，改善了轴瓦耐磨性、抗疲劳强度等，从而提升了轴瓦的寿命。这种新型材料镀层的轴瓦，属于滑动轴承的第四代产品，目前国际上只有少数几个国家批量生产，其中奥地利Miba公司处于领先地位。

AlSnCu合金靶材是在轴瓦表面制备减磨层的材料基础，靶材的组织状态(尤其是Sn相的形态)、成份均匀性等，对溅射层质量有决定性的影响。在AlSnCu合金中，Sn与Cu不同，不能与Al形成固溶体，而是以单质的形式存在于基体之中。Sn的熔点仅为232℃，远低于Al的熔点660℃，这导致采用传统的熔铸工艺制备该材料时，成份偏析严重，并且Sn相沿着Al基体晶粒的晶界呈网状分布，难以满足测控溅射用靶材的组织和成分均匀性诉求。

综上所述，根据当前高功率柴油机轴瓦的使用要求，开发出满足其磁控溅射镀层工艺的AlSnCu合金靶材及其制备方法，是实现国产高性能先进轴瓦制备的关键技术基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷射成形AlSnCu合金靶材及其制备方法，可以制备出组织、成分均匀，无明显织构，以及少无杂质等特点的靶材。该靶材作为轴瓦的磁控溅射镀层的基础原材料，可以显著改善轴瓦表面减磨层的组织和性能。

一种喷射成形AlSnCu合金靶材，按照质量百分比计算，所包含的合金成分为：锡含量为15～25wt.％，铜含量为0.8～1.4wt.％，杂质总和小于0.3wt.％，其余为铝。

所述的喷射成形AlSnCu合金靶材中，锡含量优选为16～24wt.％，更优选为18-22wt％；铜含量优选为0.9～1.3wt.％，更优选为1.0-1.2wt％。

优选的，所述喷射成形靶材的相对密度高于98％。

优选的，所述喷射成形靶材中的锡相颗粒的长向和宽向不超过40μm，厚度不超过10μm。

优选的，所述喷射成形靶材中的锡和铜元素分布均匀，任意位置与名义成分偏差低于5％。

一种喷射成形AlSnCu合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔料：将高纯的铝、铜或者铝铜中间合金，与锡按照成份比例配备合金原料，在坩埚中熔化成合金熔液，并搅拌均匀；

(2)分散：合金熔液通过陶瓷导流管，均匀的从坩埚中流入喷射成形设备腔体，以氮气流为载体将液流分散为小液滴；

(3)沉积：调控液滴的飞行距离，从而控制其温度降低量，使高速运动的小液滴降温，形成半固半液的小颗粒，并在旋转的接收盘上再次聚集，形成圆柱锭坯；