[发明专利]一种钛铝合金靶材的制备方法

说明书

本发明揭示了一种钛铝合金靶材的制备方法，包括：称量钛原料和铝原料，将钛原料分为第一钛原料和第二钛原料，将铝原料分为第一铝原料和第二铝原料；将第一钛原料和第一铝原料置于水冷铜坩埚内熔炼得到第一熔体；将第一熔体冷却得到第一铸锭；将第一铸锭置于水冷铜坩埚底部，并加入第二钛原料和第二铝原料进行熔炼得到第二熔体；将第二熔体进行冷却得到第二铸锭；将第二铸锭加热至完全熔化后精炼，快速浇铸得到靶坯；将靶坯依次进行装包套、脱气、热等静压处理，最后烧结得到烧结体；将烧结体取出包套后进行机加工得到钛铝合金靶材。本发明采用分步熔炼的方式，能解决现有技术制备钛铝合金靶材中存在大量的缩孔和疏松等缺陷等技术问题。

技术领域

本发明涉及制备高性能靶材技术领域，尤其涉及一种钛铝合金靶材的制备方法。

背景技术

钛铝合金靶材主要应用于刀具涂层行业，靶材制造一般采用熔炼、热压或等静压的方法制造，其中熔炼的靶材合金化较好，热压靶材成本较低但密度低，热等静压靶材具有致密度高能够批量生产的有点。在靶材使用过程中一般在氮气或乙炔等气体的环境下进行反应溅射，形成涂层。钛铝N、CrN、钛铝CrN是近几年来开发的硬质涂层新材料。钛铝N涂层刀片已商品化。它的化学稳定性和抗氧化磨损性能好，用其加工高合金钢、不锈钢、钛合金和镍合金时的刀具寿命可比钛N涂层高3～4倍。此外，钛铝N涂层中如果有合适的铝浓度，切削时在刀具前刀面和切屑的界面上还会产生一层硬质的惰性保护膜，该膜有较好的隔热性，可更有效地用于高速切削。

钛铝合金靶材的制备通常是采用真空熔炼技术，但是在制备过程中生产效率较低。且钛和铝两种元素密度和熔点差异非常大，所以要制备组分均匀的合金十分困难，现有技术制备的钛铝合金靶材组分不均匀，而且成本过高，钛铝合金靶材中存在大量的缩孔和疏松等缺陷。现有技术制备钛铝合金靶材仍然存在缺陷，合金铸锭中存在大量的缩孔和疏松等缺陷，严重制约着钛铝合金靶材的使用和发展。

对于钛铝合金靶材的制备，现有技术还采用了粉末冶金，采用粉末冶金制备钛铝合金靶材，虽然可以很好的保证靶材的均匀性并实现成型，但是依然存在不足。

一方面由于需要经过长时间混粉，容易造成靶材中氧含量升高，且由于钛和铝熔点相差较大，且根据钛铝合金相图，钛和铝均可形成多种金属化合物，在烧结的过程中，难以保证单质钛与铝之间完全反应并得到完全合金化的钛铝相。穆健刚等在《钛铝靶材的相结构对涂层的结构和性能的影响》一文中研究了完全合金化和完全未合金化钛铝靶材的结构，完全合金化靶沉积涂层的硬度高于完全未合金化靶材3GPa。

另外一方面，对于钛铝合金靶材，由于钛和铝的组分比值接近1:1，难以通过钛粉和铝粉简单混合再成型，从而制备出高纯度的钛铝靶材。钛铝合金靶材是半导体溅射靶材中的一种金属材料，随着半导体靶材对原材料纯度的要求越来越高，这种制备方法存在一定的不足。

鉴于现有技术的不足，一种能有效解决合金靶材组分不均匀且纯度过低的钛铝合金靶材制备方法是本行业内急需的。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种钛铝合金靶材的制备方法。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供了一种钛铝合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

称量配料：按钛铝合金靶材所需的配比称量钛原料和铝原料，将钛原料分为第一钛原料和第二钛原料，将铝原料分为第一铝原料和第二铝原料；

一次熔炼：将所述第一钛原料和第一铝原料置于水冷铜坩埚内，抽真空后送电加热，并熔炼得到第一钛铝合金熔体；

一次冷却：将所述第一钛铝合金熔体降温至室温，得到第一钛铝合金铸锭；

二次熔炼：将所述第一钛铝合金铸锭置于水冷铜坩埚底部，并加入第二钛原料和第二铝原料，按照一次熔炼的熔炼步骤重复进行熔炼，得到第二钛铝合金熔体；