[发明专利]一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法，TiAlCrSiY合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Ti10‑50％，Al20‑78％，Cr10‑40％，Si1‑20％，Y0‑10％且Y不为0；其制备方法包括雾化制粉、混粉、冷压成型、装包套、脱气、热等静压等步骤，其中，将AlY₂中间合金雾化得到AlY₂合金粉；然后在一定真空度下将原料粉末Ti、Al、Cr、Si和AlY₂合金粉混合得到混合粉末；再将混合粉末冷压成冷压坯、经装包套、脱气、热等静压得到成品靶材。本发明制备的TiAlCrSiY合金靶材致密度高，纯度高，气体杂质元素O、H含量低，组织均匀无偏析且材料利用率高、成本低。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法，特别涉及一种真空磁控溅射或多弧离子镀膜用低成本、高性能TiAlCrSiY合金靶材的制备方法。

背景技术

自上世纪60年代人们将稀土应用引入金属或合金表面改性以来，解决了工业应用中的诸多材料问题。在PVD离子镀中，添加稀土元素是改善涂层表面质量的有效和简便的技术方法。据报道，在TiN或其体系的硬质涂层中添加稀土元素，可显著提高膜层致密性、膜基结合力及抗氧化性能，减少涂层大颗粒和孔隙率。PVD稀土涂层刀具比未添加稀土的高温强度更好，适于在更高的切削速度下服役。而稀土的引入方法是把稀土元素(如Y、Ce、La等)加入到靶材中，通过冶炼或粉末冶金等工艺制成含有稀土元素的合金靶材。

熔炼工艺制备含稀土合金靶材时，浇注过程易产生缩孔、疏松、宏观偏析，同时合金成分和组织均匀性难以保证。

粉末冶金工艺则是将混合粉末装入包套中，经过脱气后直接热等静压烧结成致密的靶材。由于钛粉末松装密度和振实密度均比较低，由此方法制作的靶材材料利用率相对较低，从而造成该类靶材成本较高，不利于工业化生产。同时稀土元素活性强易氧化，通常采用氢化脱氢工艺制备，粉末冶金法制备的靶材中O和H含量很高，这会降低膜层力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TiAlCrSiY合金靶材及其制备方法，该TiAlCrSiY合金靶材具有成本低而性能高的特点；采用该制备方法得到的TiAlCrSiY合金靶材中气体杂质元素O、H含量低，可显著提升靶材制备过程中的材料利用率。为了实现上述目的，采用如下技术方案。

一种TiAlCrSiY合金靶材，按原子百分比由以下成分组成：Ti10-50％，Al20-78％，Cr10-40％，Si1-20％，Y0-10％且Y不为0。

上述TiAlCrSiY合金靶材，作为一种优选方式，按原子百分比由以下成分组成，Ti为10-40％(例如，12％、15％、20％、25％、30％、35％、38％)，Al为20-60％(例如，22％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、58％)，Cr为10-35％(例如，12％、15％、20％、25％、30％、33％)，Si为1-15％(例如，1.5％、2％、3％、5％、10％、14％)，Y为0.1-5％(例如，0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、4.5％)。

上述TiAlCrSiY合金靶材，作为一种优选方式，按原子百分比由以下成分组成，Ti为15-20％(例如，16％、17％、18％、19％)，Al为35-60％(例如，37％、40％、45％、48％、50％、52％、55％、57％、59％)，Cr为10-35％(例如，12％、15％、20％、25％、30％、33％)，Si为1-8％(例如，1.5％、2％、3％、5％、6％、7％)，Y为1-5％(例如，1.2％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％、4.5％)。

上述TiAlCrSiY合金靶材，作为一种优选方式，所述TiAlCrSiY合金靶材采用粉末冶金工艺制备，其中Y元素是以AlY₂合金粉的形式加入。

本发明还提供了一种上述TiAlCrSiY合金靶材的制备方法，采用如下技术方案。