[发明专利]一种用于X射线管阳极靶的金属涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于X射线管阳极靶的金属涂层及其制备方法，以W、Cr、Mo或Ag为金属靶，通过改进磁控溅射工艺，在铜基底上沉积得厚度25～40μm的金属涂层，所制备的金属涂层与基底结合力可超过100N，且涂层致密、均匀性好，可作为激发X射线的阴极射线管中阳极靶使用。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，涉及X射线管用阳极靶表面改性处理，具体涉及一种用于X射线管阳极靶的金属涂层及其制备方法。

背景技术

近几十年，随着X射线检测技术的发展与进步，其应用领域得到极大的拓展。X射线被广泛应用于医学影像、材料微结构与成分分析、工业无损检测以及公共安全检测等领域。X射线管为X射线系统中的核心部件，而阳极靶作为X射线管中产生射线的关键源，直接影响系统的安全、稳定和工作效率。

由于X射线管应用的环境差异，要求能提供不同波长的X射线。因此，针对不同的要求，需要阳极靶采用不同材质。除此之外，由于某些高功率应用的能量要求，阳极靶材还需具有高温强度高、抗热冲击性能好、散热快等特点。实际应用中，常采用不同的单质块体材料作为阳极靶材，如Cu、Fe、Cr、W、Mo、Ag、Mn等常见的金属单质。块体阳极靶材主要存在以下两方面问题：(1)难熔金属的制备和机械加工难度大，如Cr、W和Mo存在熔点高、脆性大问题等；(2)靶材与管身异种材质的连接技术要求高，如常见的Fe、W、Mo、Mn与Cu管身的焊接加工问题。解决以上两大问题，技术和资金上都需要大量投入。考虑在Cu基底上制备各类所需金属涂层，以达到不同波长X射线源要求，可有效规避以上两方面问题，既能利用了Cu基底和Cu管身的优良连接性能，也避免了高纯阳极靶材料的制备和成型加工问题。

目前制备各类金属涂层的方法主要有电弧离子镀、大气等离子喷涂、冷喷涂和3D激光涂层、蒸发镀和磁控溅射技术等。其中，相对于其它制备方法，磁控溅射法制备的金属涂层具有均匀致密，厚度可调控，附着强度高，以及可选靶材广泛等特点。然而，早期磁控溅射沉积技术得到的涂层大多在几微米厚度尺度，随着沉积厚度超过20微米后，涂层与基底结合力会因涂层内应力和涂/基热应力原因，导致附着强度急剧下降，这使磁控溅射沉积涂层应用范围大大缩小。

因此，针对X射线阴极用管块体阳极靶材料存在加工和管身连接难度大，以及现有涂层型阳极靶厚度过低和结合力不高的问题，探索磁控溅射沉积工艺在金属基体上制备满足实际应用厚度(30μm以上)的功能涂层具有重要的科学意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种用于X射线管阳极靶的金属涂层及其制备方法，该制备方法所制备阳极靶表面的金属涂层，其与基底结合力可超到100N，涂覆致密且均匀性好，可作为激发X射线的阴极射线管中阳极靶使用，进而有效解决X射线阴极用管块体阳极靶材料存在难以加工、管身连接难度大等问题。

为达到上述目的，本发明提供的用于X射线管阳极靶的金属涂层制备方法包括以下步骤：

(1)预处理

对铜基底依次进行抛光和清洗，以去除铜基底表面氧化物和吸附物，并干燥备用；

(2)偏压反溅射清洗

将步骤(1)干燥后的铜基底置于磁控溅射设备的真空炉腔内，抽真空至不大于2×10^-4Pa，在氩气气氛下，采用偏压反溅射清洗以去除铜基底表面氧化物或/和吸附杂质；

(3)靶材预溅射

在氩气气氛下，对金属靶材进行预溅射，以去除靶材表面氧化物或/和吸附杂质；

(4)沉积金属涂层

保持步骤(3)氩气气氛下，于溅射功率为200～300W、靶基距5～6cm、沉积温度150～400℃的条件下对金属靶材进行溅射，至沉积于铜基底表面的金属涂层达到设定厚度，溅射过程中，控制单次沉积厚度为2～10μm后中断沉积10～20min，所述金属涂层厚度大于25μm；