[发明专利]一种铬铝硅靶材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铬铝硅靶材及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：将原料粉末混合均匀，其中铬以铬粉形式加入，粉末粒度为‑300目～+400目；铝以铝粉形式加入，粉末粒度为‑200目～+400目；硅以硅粉形式加入，粉末粒度为‑300目～+400目；装入包套；高温除气，封焊；热等静压，热等静压保温温度为400～500℃。无需冷等静压或其它预压方式，选用合适的粉末粒度，保证了粉末的均匀性，避免了偏析的产生，选用相对较低的合适的热等静压温度400～500℃避免了铝与其它元素例如铬发生化学反应生成脆性金属间化合物的可能。

技术领域

本发明涉及金属粉末制备技术领域，具体涉及一种铬铝硅靶材及其制备方法。

背景技术

目前，铬铝靶材被广泛用于在工具和模具表面制备CrAlN涂层，此涂层具有高硬度和低摩擦系数的优点，大大提高了工具和模具的使用性能和寿命。在铬铝靶材中加入元素Si制作成铬铝硅靶材，经过物理气相沉积工艺可在涂层中形成非晶态的Si₃N₄，其对涂层晶粒的长大具有强烈的抑制作用，从而使涂层晶粒更加细小，达到提高涂层硬度的目的。另外，Si₃N₄可有效地阻碍氧向涂层内部的扩散，明显提高涂层抗高温氧化性能。

中国发明专利201310412617.X铬铝硅合金靶材及其制备方法中提到了采用热等静压方法制备铬铝硅靶材，该专利提到的铬铝硅的制备方法存在以下几点有待改进的地方：(1)该方法中需要进行冷等静压处理，加长了生产周期，增加了生产成本，而且由于冷等静压所选用的液态介质会增加粉末污染的机会；(2)选用大于800℃的温度对包套进行热等静压，将在坯料中生成复杂的金属间化合物，可参见Al-Cr系相图，这将给靶材的加工带来极大困难，甚至去皮后坯料由于内应力的原因而直接裂开；(3)粉末混合不均匀，容易造成偏析。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高效、低成本、低污染、无金属间化合物产生、组织均匀、无偏析、无气孔、致密度高的铬铝硅靶材及其制备方法，以解决现有技术中的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明提供了一种铬铝硅靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将原料粉末混合均匀，其中铬以铬粉的形式加入，粉末粒度为-300目～+400目；铝以铝粉形式加入，粉末粒度为-200目～+400目；硅以硅粉形式加入，粉末粒度为-300目～+400目；

(2)将混合均匀的粉末装入包套；

(3)将装满粉末的包套进行高温除气，除气完成后对包套进行封焊；

(4)将脱气完成的包套进行热等静压处理，热等静压保温温度为400～500℃，保温压力为80～150MPa，保温保压时间2～5h；

(5)将热等静压完成后形成的锭坯进行机械加工制备成铬铝硅靶材。

粉末混合选用三维混料机或V字型混料机进行混合，混料时间大于3小时。

粉末混合时，在混料腔室中加入粉末总重量比例1～20％的5～20毫米的不锈钢球。

步骤(2)所述的包套材质为普通碳钢、不锈钢、铝、铝合金、铜、铜合金的一种。

步骤(3)所述的包套除气温度为200～500℃，真空度小于5×10^-3Pa的情况下保持时间大于3小时。

上述铬铝硅靶材，按原子百分比计算，其化学组成为铬10～55％、铝30～90％、硅2～15％。

上述铬铝硅靶材，微观结构为铬颗粒、硅颗粒镶嵌在铝基体中。