專利名稱：一種涂層用靶極材料釬焊工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料科學(xué)，特別提供了一種涂層用靶極材料釬焊工藝方法。
背景技術(shù)：
涂層用靶極作為一種重要的揮發(fā)陰極材料，用于涂敷重要零件，以提高工件表面的高溫抗氧化、抗腐蝕性能，從而提高其使用性能。
現(xiàn)有技術(shù)中的靶極材料通常是單層結(jié)構(gòu)的。對(duì)于雙層結(jié)構(gòu)的涂層用靶極，通常其外套是作為揮發(fā)陰極的關(guān)鍵零件，內(nèi)套是作為冷卻等其它輔助用途的零件，外套和內(nèi)套之間通常形成固定連接，固定連接的質(zhì)量直接影響著靶極以及涂層的質(zhì)量。
因此，人們期望獲得一種效果更佳的涂層用靶極材料及其對(duì)應(yīng)的制造工藝，以便獲得更好的技術(shù)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述涂層用靶極，相關(guān)技術(shù)分述如下一、靶極組成所述靶極主要由外套(1)、內(nèi)套(2)組成，內(nèi)套(2)安裝在外套(1)內(nèi)部，二者之間為固定連接；所述外套(1)是進(jìn)行涂層操作時(shí)用作揮發(fā)陰極的關(guān)鍵零件；外套(1)選用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分質(zhì)量百分比含量為Si4.5～5.5％；Y1.1～1.8％；優(yōu)選條件下要求外套材料中的其它成分例如Fe≤0.25％。
內(nèi)套(2)為冷卻水套，要求材料致密，導(dǎo)熱性好；優(yōu)選方案中其可以選用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分含量為Cu3.8～4.9％；Mn0.3～0.9％；Mg1.2～1.8％；Si≤0.5％；Fe≤0.5％；Zn≤0.3％；Ni≤0.1％；所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間的固定連接形式優(yōu)選為釬焊。釬焊選用焊料優(yōu)選為Pb基材料，優(yōu)選具體例之一是按照重量百分比，除Pb之外的其它成分含量為Sn38～42％；Sb1.3～2.3％；雜質(zhì)≤0.5％。
所述外套(1)與內(nèi)套(2)之間的間隙為0.3～2mm(優(yōu)選為0.8～1mm)，所述的間隙在釬焊操作后用焊料填滿，所以釬焊層(3)的厚度即對(duì)應(yīng)著以上的間隙值。所述靶極的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)選如下外套厚度為5～40mm(優(yōu)選10～30mm)；內(nèi)套厚度為1～20mm(優(yōu)選2～8mm)；二、靶極制造工藝一)外套制造工藝涂層用靶極的外套(1)可以為鑄造件。
靶極外套材料為鑄造的Al-Si-Y合金。冶煉陰極靶的外套用Y中間合金可以采用真空感應(yīng)爐熔煉；外套毛坯可以采用金屬型鑄造、底注式澆注的方法制造。目前極少有人開展該合金的研究工作，也無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和資料可查，同時(shí)，根據(jù)靶極的工作狀態(tài)、作為揮發(fā)陰極要求材料本身必須致密，無非金屬夾雜、氣孔、縮孔、疏松、針孔等影響導(dǎo)電性的缺陷，以保證涂覆的連續(xù)性，對(duì)鑄造過程的質(zhì)量控制要求極高，因此外套材料Al-Si-Y合金的鑄造工藝是本技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
靶極材料的外套(1)的鑄造工藝
所述涂層用靶極材料的外套(1)選用如下的原材料進(jìn)行制造工業(yè)純鋁、工業(yè)硅、Al-Y中間合金；所述外套(1)的鑄造過程為首先熔煉原材料，然后在金屬模具(4)中澆注成型。
所述涂層用靶極材料的外套(1)可以選用如下的原材料進(jìn)行制造工業(yè)純鋁、工業(yè)硅、Al-Y中間合金；所述原料組成按照重量百分比優(yōu)選可以是如下方案工業(yè)硅的含量成分為Si約為99％，F(xiàn)e約為0.3％，Al約為0.3％，Ca約為0.05％；Al-Y中間合金的含量成分為Y約為10％，F(xiàn)e≤0.15％，其它雜質(zhì)總和≤0.5％。
金屬模具(4)主要由金屬內(nèi)芯(401)、金屬模具外套(402)和金屬底模(403)組成；其中金屬內(nèi)芯(401)和金屬模具外套(402)都與金屬底模(403)配合安裝，且金屬內(nèi)芯(401)安裝在金屬模具外套(402)內(nèi)部。與金屬模具(2)相配合的還可以有砂型上蓋(5)和澆口杯(6)。
所述涂層用靶極外套(1)的鑄造工藝分為原料熔煉和澆注兩大步驟所述熔煉工藝是選用電阻坩堝爐作為熔煉設(shè)備，首先將坩堝預(yù)熱，然后放入熔煉原料進(jìn)行熔煉。
涂層用靶極外套(1)的鑄造工藝中優(yōu)選的原材料熔煉工藝是選用電阻坩堝爐；使用前應(yīng)清理坩堝，保證坩堝內(nèi)及表面無任何其它材料；進(jìn)一步優(yōu)選按以下要求配料Y按約1.8％配料，使用Al-Y合金(Y10％)配料，Si按約5％配料(預(yù)計(jì)合金燒損量為Si約為0.5％；Y約為1.0％)；熔煉時(shí)可以首先將電阻坩堝爐預(yù)熱到200～400℃，然后加入工業(yè)純鋁及Al-Y中間合金，升溫至爐料全部化清，并調(diào)整爐內(nèi)溶液溫度至550～800℃，然后加入工業(yè)硅，關(guān)閉爐蓋至工業(yè)硅完全熔化，并可以加入覆蓋劑；然后精煉，并可以攪拌使合金均勻化；(除去覆蓋劑)并加入除氣劑除氣，之后除去合金液表面熔渣。
涂層用靶極外套(1)的鑄造工藝中，所述更優(yōu)選的熔煉工藝是所述電阻坩堝爐為石墨坩堝，將石墨坩堝預(yù)熱到250～350℃，然后加入工業(yè)純鋁及Al-Y中間合金，升溫至爐料全部化清，并調(diào)整爐內(nèi)溶液溫度至650～750℃，然后加入工業(yè)硅，關(guān)閉爐蓋至工業(yè)硅完全熔化；然后在保證合金液均勻化的條件下精煉除去合金液表面熔渣；加入六氯乙烷除氣，加入量為合金總量的0.1％～2％。
所述澆注工藝是首先將金屬模具(4)預(yù)熱，然后按照要求組合模具并澆注。所述優(yōu)選的澆注工藝可以是首先將金屬模具(4)預(yù)熱到250～550℃并保溫直至金屬模具(4)各處溫度均勻再進(jìn)行澆注；澆注過程可以是打開爐蓋，除去表面氧化皮；盛出合金液，待澆包內(nèi)合金液溫度為650～800℃時(shí)澆注，同時(shí)澆注時(shí)金屬模具(4)溫度應(yīng)控制在200～350℃之間；待鑄件冒口凝固后，開啟金屬模具(4)取出外套(1)。
所述澆注工藝優(yōu)選可以是在澆筑之前，先在金屬模具(4)的金屬內(nèi)芯(401)上噴涂石墨涂料，在金屬模具外套(402)上噴涂氧化鋅涂料，上述涂料層要求厚度均勻，涂層總厚度不超過0.4mm；然后清理金屬模具(4)表面灰塵及附著的涂料，然后組合金屬模具(4)，準(zhǔn)備澆注；所有使用的澆注工具應(yīng)噴涂氧化鋅涂料，并加熱至350℃以上(優(yōu)選350～600℃)，然后降至室溫使用。
優(yōu)選的澆注過程是先將金屬模具(4)在爐中加熱至380～420℃，并保溫0.5小時(shí)以上；打開爐蓋后首先除去表面氧化皮，然后用干燥的澆包盛出合金液，進(jìn)行測(cè)溫，待包內(nèi)合金液溫度為700～750℃時(shí)澆注，同時(shí)澆注時(shí)金屬模具(4)溫度應(yīng)控制在230～320℃之間；待鑄件冒口凝固后，開啟金屬模具(4)取出外套(1)。
以上所述涂層用靶極外套的鑄造工藝的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)新型的涂層用靶極，本發(fā)明工藝方法可操作性強(qiáng)、效果好、簡(jiǎn)單實(shí)用，具有極大的推廣和應(yīng)用價(jià)值。
在外套鑄造工藝中的其他相關(guān)問題研究1、鋁釔中間合金的配制金屬釔的熔點(diǎn)為1450℃，密度為6.07，晶型為密排六方；金屬鋁的熔點(diǎn)的660℃，密度為2.7，晶型為面心立方，由于面心立方晶格中位錯(cuò)動(dòng)能較小，易產(chǎn)生位錯(cuò)，而位錯(cuò)為離子在基體中遷移提供了通道，因此Y離子是可以擴(kuò)散到Al基體中的，根據(jù)Al-Y合金相圖，實(shí)際應(yīng)用中基本可用的范圍是Y原子量比2～5％(重量百分比6～20％)，此時(shí)合金液相線溫度約620～660℃左右；參見圖3，優(yōu)選的數(shù)據(jù)是Y原子量比在2.8％(重量百分比10％)左右時(shí)，可形成共晶，更有利于下一步合金的熔煉，此時(shí)合金液相線溫度在約640℃左右，因此我們可以優(yōu)選Y重量百分比約為10％的Al-Y合金作為熔煉的中間合金。
由于釔極其活潑，在大氣中極易氧化，同時(shí)高溫下，釔與一般的氧化物耐火材料都發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此我們選用水冷銅坩堝真空感應(yīng)爐進(jìn)行鋁釔中間合金的配制。通過多次試驗(yàn)，確定的配制工藝如下按比例在坩堝中加入高純鋁和純釔，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到約2×10-1Pa時(shí)送電，控制溫度在約900℃左右(±20℃)，待合金完全熔化后，降溫至700℃左右(±20℃)。然后再送電，通過電磁攪拌作用使成分均勻化，并迅速澆注在鋼錠模中，冷卻后破真空取出，保存于密封筒中待用。
按照以上的優(yōu)選參數(shù)進(jìn)行操作后，經(jīng)過化學(xué)分析，中間合金的具體成分如下Y約為10.01％；Fe約為0.079％；Al是基體金屬。
2、外套(1)的質(zhì)量控制1)對(duì)鑄造完成后的外套(1)進(jìn)行X射線檢查，允許缺陷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB9438-88中I類鑄件規(guī)定，鑄件內(nèi)部無任何缺陷，附合美國(guó)AA-CS-M5-85鋁合金鑄件分極標(biāo)準(zhǔn)中A級(jí)(最高級(jí))鑄件的要求，X光檢測(cè)可以采用美國(guó)ASTM E-155鋁、鎂合金鑄件探傷標(biāo)準(zhǔn)。
2)鑄件經(jīng)機(jī)械加工后，加工表面無任何缺陷。
3)鑄件本體取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，在某次試驗(yàn)中的結(jié)果如下上部Y 1.58％；Si 4.55％；Fe 0.15％中部Y 1.52％；Si 4.47％；Fe 0.13％下部Y 1.61％；Si 4.35％；Fe 0.16％通過化學(xué)成分分析可知，鑄造成形的外套(1)成分均勻。另外，由于Al-Y中間合金在進(jìn)入鋁液后馬上就被鋁液所包覆，無法與空氣接觸，同時(shí)由于覆蓋劑的作用及合金溫度控制，因此合金元素Y的燒損很小。
化學(xué)分析方法按GB/T 6987-86每爐取一個(gè)進(jìn)行，由供方按爐號(hào)提供碎屑。如果第一次化學(xué)分析的結(jié)果不合格時(shí)，允許進(jìn)行第二次化學(xué)分析。當(dāng)?shù)诙位瘜W(xué)分析的結(jié)果仍不合格時(shí)，則對(duì)每一件進(jìn)行化學(xué)分析。
4)我們對(duì)鑄件本體進(jìn)行掃描電鏡分析，電鏡分析結(jié)果如附圖4～6。從附圖4～6中可以看出，兩種鑄件中釔形態(tài)和分布基本一致，且都較均勻。國(guó)產(chǎn)件由于Y的含量較高，因此分布密度較大。另外，在硅的分布中，除初晶硅外，基體中存在分布均勻的硅-釔共生相，從圖7Y-Si相圖分析，該相可能是Y3Si5和Al3Y的混合體，由此可知，Y有阻礙Si初晶生長(zhǎng)的作用，因此在不加變質(zhì)劑的情況在，初晶硅也較細(xì)小。通過以上分析可知，鋁釔合金外套鑄件質(zhì)量?jī)?yōu)異，合金成分均勻，內(nèi)部組織性能良好。
鑄造后釬焊前靶極材料的供應(yīng)狀態(tài)提供的陰極靶材機(jī)械加工后不經(jīng)熱處理供應(yīng)。
二)靶極的內(nèi)套(2)的制作工藝內(nèi)套為冷卻水套，要求材料致密，導(dǎo)熱性好，通過化學(xué)分析得知，其化學(xué)成分為L(zhǎng)Y12合金，因此選用LY12硬鋁合金棒材經(jīng)機(jī)械加工完全可以滿足使用要求。內(nèi)套采用LY12鋁合金制造(可以是鑄造)，化學(xué)成分應(yīng)符合GB3191-82的要求。
具體而言內(nèi)套(2)選用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分含量為Cu3.8～4.9％；Mn0.3～0.9％；Mg1.2～1.8％；Si≤0.5％；Fe≤0.5％；Zn≤0.3％；Ni≤0.1％；三)靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)二者之間的固定連接方式優(yōu)選方案是采用釬焊工藝固定的。外套(1)和內(nèi)套(2)之間的釬焊工藝是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)之一，為保證靶極外套(1)的良好工作狀態(tài)，外套(1)和內(nèi)套(2)之間的釬焊層(3)必須具有良好的導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能，同時(shí)釬焊層(3)與外套(1)和內(nèi)套(2)之間必須結(jié)合緊密，沒有間隙，否則，靶極工作時(shí)，在大電流的作用下，間隙處會(huì)產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，造成局部材料熔化，從而導(dǎo)致工作失效。內(nèi)外套之間的間隙(被釬焊層(3)填滿，所述間隙值就對(duì)應(yīng)著釬焊層(3)的厚度)為0.3～2mm(優(yōu)選為0.8～1mm)，因此要取得良好的釬焊效果，就必須有高質(zhì)量的釬焊工藝來保證。
所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間釬焊選用焊料優(yōu)選為Pb基材料，優(yōu)選的組成配比如下按照重量百分比，除Pb之外的其它成分的質(zhì)量百分含量為Sn38～42％；Sb1.3～2.3％；雜質(zhì)≤0.5％。
表1優(yōu)選的釬焊料的化學(xué)成分(％)

按以上成分配制釬焊料并熔化，攪拌均勻后澆注成條形試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析和銑削加工以檢查成分的均勻性和材料的致密性，測(cè)量熔點(diǎn)，其熔點(diǎn)為280℃，其化學(xué)成分見表2。
表2釬焊料化學(xué)成分

由表2可知，該釬焊料的成分均勻且燒損極少。由于該釬焊料的密度太大，通過X-射線無法檢驗(yàn)其內(nèi)在質(zhì)量，所以我們通過對(duì)試樣以0.5mm為進(jìn)刀量，逐層進(jìn)行銑削加工，并用放大鏡觀察加工表面，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)任何缺陷，說明釬焊料的內(nèi)部質(zhì)量非常致密。
一種涂層用靶極材料釬焊工藝方法，釬焊原料選用工業(yè)純鉛、工業(yè)純錫和工業(yè)純銻；熔化設(shè)備是自動(dòng)控溫電阻爐、石墨坩堝和烘箱；所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者進(jìn)行釬焊的過程是首先對(duì)外套(1)與內(nèi)套(2)進(jìn)行表面活化處理以減小焊料與外套(1)之間和焊料與內(nèi)套(2)之間的濕潤(rùn)角，然后將它們裝卡在釬焊工裝上實(shí)施釬焊操作。
靶極材料的表面活化工藝的研究由于外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間的間隙很小(優(yōu)選只有0.8mm～1mm)，因此為保證釬焊質(zhì)量，要求焊料與內(nèi)外套的潤(rùn)濕角越小越好，最好對(duì)內(nèi)套外表面與外套內(nèi)表面預(yù)先進(jìn)行表面活化處理。
由于金屬錫與焊料(Pb、Sn、Sb合金)的潤(rùn)濕角為0，可完全潤(rùn)濕，因此我們選擇了外套(1)與內(nèi)套(2)表面鍍錫，但由于錫與鋁基體之間的結(jié)合力小，滲透性差，所以采用了先在Al基體表面鍍銅，然后在銅表面鍍錫的復(fù)合工藝。最終，使用該工藝在內(nèi)套(2)的外表面和外套(1)的內(nèi)表面均勻的鍍上一層優(yōu)選厚度約為5-8μm的銅鍍層及在銅鍍層表面鍍上一層優(yōu)選厚度約為10-15μm，結(jié)合緊密的錫鍍層，見圖8。
涂層用靶極材料釬焊工藝過程是將預(yù)先經(jīng)過表面活化處理的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)裝卡密封，然后將其放入烘箱中，在230～350℃條件下保溫至少0.5小時(shí)；然后熔化焊料，在350～450℃條件下熔化Pb，然后依次加入Sn、Sb，完全熔化后攪拌均勻，并在270～390℃條件下保溫；對(duì)上述過程處理過的靶極組件和焊料同時(shí)進(jìn)行釬焊澆注，預(yù)熱溫度230～350℃，澆鑄溫度270～390℃；澆注完成后，冷卻，卸去卡具。
涂層用靶極材料釬焊工藝優(yōu)選內(nèi)容是將預(yù)先經(jīng)過表面活化處理的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)裝卡密封，然后將其放入烘箱中，在280～300℃條件下保溫至少1～4小時(shí)；然后熔化焊料，在350～450℃條件下熔化Pb，然后依次加入Sn、Sb，完全熔化后攪拌均勻，并在270～390℃條件下保溫；對(duì)上述過程處理過的靶極組件(包括靶極的外套(1)和內(nèi)套(2))和焊料同時(shí)進(jìn)行釬焊澆注，預(yù)熱溫度280～300℃，澆鑄溫度320～340℃。
涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于采用專用工裝(8)用來對(duì)靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)進(jìn)行裝卡和密封，所述專用工裝(3)的結(jié)構(gòu)主要是有以下幾個(gè)部分構(gòu)成固定底座(801)、緊固螺栓(802)、澆口杯(803)；為便于釬焊前的安裝定位，還可以選用間隙針(804)。
本發(fā)明所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于在釬焊之前對(duì)靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)的表面活化處理是對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理并在銅表面再進(jìn)行鍍錫處理。
化學(xué)鍍銅工藝的研究1)新工藝化學(xué)鍍銅的涂覆原理同其它一般的化學(xué)鍍銅工藝一樣，新工藝是借助適合的還原劑(次亞磷酸鈉)使銅鍍液中的游離態(tài)的銅離子還原成固態(tài)銅晶體涂覆在工件表面的一種方法。
2)化學(xué)鍍銅的熱力學(xué)條件化學(xué)鍍銅發(fā)生在水溶液與具有催化活性的固體界面，由還原劑將銅離子還原成金屬銅層。鍍液中化學(xué)反應(yīng)方程式為
E0＝ψ0Cu2+/Cu-ψ0NaH2PO2/NaH2PO2由于次亞磷酸鈉的電位比銅離子的電位負(fù)，所以從熱力學(xué)上判斷，用次亞磷酸鈉還原銅離子是可行的。
人們希望化學(xué)鍍銅的反應(yīng)只發(fā)生在工件表面，但是，從熱力學(xué)上看，化學(xué)鍍銅體系本質(zhì)上是不穩(wěn)定的。如果存在活化核心、雜質(zhì)或某些金屬微粒，就隨時(shí)可能導(dǎo)致在溶液本體內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。正常濃度的絡(luò)合劑并不能阻止鍍液的自發(fā)分解，為防止這個(gè)問題，鍍液中必須添加穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑的加入量很小，它們優(yōu)先吸附在活性核心表面阻止其與還原劑反應(yīng)；如果穩(wěn)定劑加入量過多，化學(xué)鍍銅可能會(huì)完全停止。
有時(shí)鍍液中添加絡(luò)合劑之后，鍍速十分緩慢，加入某種添加劑增加鍍速至適當(dāng)水平，又不至于損害鍍液的穩(wěn)定性，這類添加劑統(tǒng)稱為促進(jìn)劑。
總之，在水溶液中用次亞磷酸鈉做還原劑還原銅離子是滿足熱力學(xué)條件的。在堿性溶液中對(duì)化學(xué)鍍銅反應(yīng)有利，但是鍍液中必須含有適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑、緩沖劑和穩(wěn)定劑。
3)化學(xué)鍍銅的動(dòng)力學(xué)除熱力學(xué)上成立之外，化學(xué)反應(yīng)還必須滿足動(dòng)力學(xué)條件。化學(xué)鍍銅如同其它催化反應(yīng)一樣需要熱能才能使反應(yīng)進(jìn)行，這是化學(xué)鍍液達(dá)到一定溫度時(shí)才有鍍速的原因。理論上化學(xué)鍍銅的速度可以用反應(yīng)產(chǎn)物濃度增加和反應(yīng)物濃度的減少來表達(dá)。由于實(shí)際使用的化學(xué)鍍銅液中含有某些添加劑，以便穩(wěn)定鍍液和提高鍍層性能。但是這些添加劑的存在使得影響因素過多，因此情況變得相當(dāng)復(fù)雜?？茖W(xué)工作者提出了各種化學(xué)沉積的機(jī)理、假說，試圖對(duì)化學(xué)鍍銅的實(shí)驗(yàn)事實(shí)作出合理的解釋，增加對(duì)化學(xué)鍍銅現(xiàn)象的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。本課題綜合前人研究成果，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)，提出如下的動(dòng)力學(xué)模型化學(xué)鍍銅陰極反應(yīng)即銅離子還原歷程的可能性如下(A)
陰極部分的極化曲線的Tafel斜率為-163.5mv/dec?；陔p電子躍遷需要非常高的活化能，因此機(jī)理(A)被排除。對(duì)于機(jī)理(C)，與實(shí)測(cè)電化學(xué)參數(shù)不符，也不能成立。因此銅離子的還原歷程只可能按機(jī)理(B)進(jìn)行。即為雙電子分步躍遷；步驟為陰極反應(yīng)的速度控制環(huán)節(jié)。
(D)(E)(F)上述反應(yīng)在銅沉積過程中均同時(shí)發(fā)生，單個(gè)反應(yīng)速度則決定于鍍液組成、使用周期、溫度及pH值等條件。
鍍錫工藝研究在靶極材料的內(nèi)外表面涂覆一層導(dǎo)電銅后，為了使涂層與釬焊料(鉛錫銻合金，熔點(diǎn)280℃)有優(yōu)良的潤(rùn)濕性能，在銅鍍層的基底上再掛上一層錫，傳統(tǒng)的掛錫工藝是手工掛錫，該工藝最大的缺點(diǎn)是錫層不均勻，由于外套(1)和內(nèi)套(2)之間間隙很小(通常僅有0.8～1mm)，使用手工方法顯然不行。
對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理的過程依次是脫脂、浸重離子、退鍍、化學(xué)鍍銅，其中脫脂配方構(gòu)成是OP乳化劑、Na2CO3、NaPO3；按照質(zhì)量百分比，其中Na2CO3為10～30％，NaPO35～25％；脫脂工藝規(guī)范是溫度40～80℃，時(shí)間5～60min；
浸重離子配方構(gòu)成是復(fù)合添加劑、Ni2+、CO2+；其中Ni2+、CO2+30～70g/L；浸重離子工藝規(guī)范是溫度15～30℃，時(shí)間1～10min；退鍍液配方是鉻酸4～18g/L，HCL2～12g/L；退鍍工藝規(guī)范是溫度15～30℃，時(shí)間1～2min。
化學(xué)鍍銅的鍍液成分與特性新工藝的化學(xué)鍍銅液主要成分有銅鹽、絡(luò)合劑、還原劑、pH值調(diào)整劑、析出促進(jìn)劑、微量添加劑、溶液穩(wěn)定劑等。
化學(xué)鍍銅的配方是CuSO4·5H2O60～90g/L；EDTA80～150g/L；NaH2PO2·H2O20～80g/L；Cl，βγ30～60g/L；Ni2+，Co2+0.1～10g/L；2-MBT0.1～10g/L；1，1-聯(lián)吡啶1～20mg/L；化學(xué)鍍銅工藝規(guī)范是pH9～12；溫度60～70℃；鍍速8～10μm/h；時(shí)間60～100min。
對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理的優(yōu)選過程依次是脫脂、水洗、浸重離子、退鍍、水洗、化學(xué)鍍銅、水洗、干燥，其中，水洗過程為采用去離子水室溫水洗，時(shí)間優(yōu)選為1～5min。
銅鍍層成分與形態(tài)分析該工藝下銅鍍層主要有Cu、Ni、P、Co等組成，次亞磷酸鈉作為化學(xué)鍍銅的還原劑。Ni2+濃度的改變對(duì)鍍層析出速度、鍍層中Ni/Cu比值及電阻值的影響列于表3。從表3可知，增加鍍液中Ni2+濃度，即提高鍍層中Ni，P的含量，鍍層中Ni/Cu比值低于鍍液中Ni2+/Cu2+的比值，因而鍍液中Cu2+更容易被還原。此外，鍍層中Ni/Cu比值與電阻值成正比，有時(shí)添加劑的析出促進(jìn)劑是Co2+而不是Ni2+，這種情況下Co/Cu低于加Ni2+時(shí)鍍層中Ni/Cu比值。
表3Ni2+濃度對(duì)鍍層析出速度、鍍層中Ni/Cu比值及電阻值的影響

一般的化學(xué)鍍銅層表面形態(tài)相當(dāng)粗糙，并且容易形成粒狀晶體，但如果增加鍍液中Ni2+的濃度、升高PH值，且采用次亞磷酸鈉作為還原劑，鍍銅層的表面形態(tài)就有很大程度的改善。可獲得的鍍層平滑、晶粒細(xì)小、與靶極材料的吸附力增加。加入硫脲、2-MBT等表面活性劑會(huì)得到針狀結(jié)晶的銅鍍層，這是其它化學(xué)鍍銅法無法比擬的。
鍍層結(jié)合力分析鍍層結(jié)合力是指鍍層與基體金屬(或中間鍍層)的結(jié)合強(qiáng)度，即單位表面積的鍍層從基體金屬(或中間鍍層)上剝離所需要的力，是鍍層重要的力學(xué)性能之一。鍍層結(jié)合力不良會(huì)引起鍍層剝落，不僅直接影響外觀質(zhì)量，而且鍍層的防護(hù)性和功能性(如導(dǎo)電、耐磨、焊接性等)，所以鍍層結(jié)合力不合格，則無須進(jìn)行其它性能的檢驗(yàn)。
在靶極材料(尤其鋁釔合金)鍍銅鍍層的結(jié)合力很差，采用一般的二次浸鋅法根本無法滿足要求。為此本課題采用最新浸涂配方—浸重離子配方。在化學(xué)鍍銅之前，對(duì)靶極材料浸涂重離子，退除后使靶極材料表面活化，以便獲得良好的結(jié)合力。
采用熱震法對(duì)鍍銅后的靶極材料進(jìn)行試驗(yàn)，即將靶極材料加熱到約600℃，保溫1～1.5h，取出后水淬，銅鍍層沒有剝落，這說明由該工藝所獲得的銅鍍層結(jié)合力良好。
涂層用靶極材料釬焊工藝優(yōu)選內(nèi)容對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍錫處理化學(xué)鍍錫工藝研究所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理之后和鍍錫處理之前進(jìn)行化學(xué)浸錫處理。
浸錫是把工件浸入含有錫金屬鹽的溶液中，按化學(xué)置換原理在工件表面沉積出金屬錫層。它與一般的化學(xué)鍍?cè)聿煌?，浸錫液中不含還原劑。銅的電位(E0Cu2+/Cu＝0.34v)比錫(E0Sn2+/Sn＝-0.14v)正，因而從熱力學(xué)原理判定從鍍銅層上不可能置換出錫，即不能實(shí)現(xiàn)浸錫。要實(shí)現(xiàn)在鍍銅層浸鍍錫必須加入銅離子絡(luò)合劑，如硫脲，檸檬酸、氰化物等。它們與Cu2+形成穩(wěn)定絡(luò)合物以后使銅的電位大幅度負(fù)移。當(dāng)絡(luò)合劑的濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，置換反應(yīng)可以發(fā)生，在銅鍍層上沉積出錫。實(shí)驗(yàn)表明濃度約為2.0mol/L的硫脲濃度最佳，該置換反應(yīng)可寫成。硫脲還有改善鍍層質(zhì)量、提高結(jié)合力的作用。
浸錫過程中發(fā)生兩個(gè)副反應(yīng)使Cu2+增多，Cu2+的聚集會(huì)影響鍍液壽命和鍍層的可焊性，因此應(yīng)盡量避免空氣對(duì)Cu的氧化作用及Cu2+對(duì)Cu的溶解所述在銅鍍層上進(jìn)行化學(xué)浸錫的配方和工藝規(guī)范Sn2+10～20g/L；HCl10～20g/L；N2H4CS35～50g/L；溫度50～80℃；時(shí)間1～2min。
化學(xué)浸錫法的缺點(diǎn)是只能在鍍銅層上沉積厚度有限的錫層(一般只有約0.5μm)，為此須在浸錫層上化學(xué)鍍錫。
本工藝采用還原劑法化學(xué)鍍錫，具體過程是選用如下配方SnCl23～15g/L，檸檬酸鈉50～150g/L，EDTA二鈉5～30g/L，NaCH3COO5～20g/L，TiCl35～25ml/L，苯磺酸0.2～5ml/L；工藝參數(shù)如下pH8.0～10.0，溫度70～130℃。
鍍液中檸檬酸鈉是Sn2+的絡(luò)合劑，濃度大于120g/L，則鍍速降低，而小于80g/L鍍液不穩(wěn)定，以約100g/L為最佳。EDTA二鈉阻止Ti3+氧化，其影響與檸檬酸鹽相同，濃度過低過高都不好，以約15g/L為宜。NaAC對(duì)沉積速度影響不大，但有利于提高鍍液的穩(wěn)定性。
表面活化工藝效果分析通過采用化學(xué)鍍銅新工藝及前處理工藝，成功地在靶極材料上涂覆功能性導(dǎo)電銅層，且結(jié)合力良好；通過采用浸錫、化學(xué)鍍錫工藝，活化了靶極表面，經(jīng)釬焊證明，表面活化效果較好，內(nèi)外套間釬料充滿情況理想，X射線檢測(cè)合格。
以上所述釬焊過程工藝效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中靶極的釬焊工藝。
三、利用上述靶極材料進(jìn)行涂層涂鍍舉例所使用的涂層靶極如上所述，其是揮發(fā)陰極材料，所述靶極材料由外套(1)、內(nèi)套(2)組成，內(nèi)套(2)安裝在外套(1)內(nèi)部，二者之間為固定連接；其中靶極外套材料為鑄造的Al-Si-Y合金；靶極的內(nèi)套(2)為冷卻水套，其材料可以選用LY11；靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)之間如上所述優(yōu)選采用釬焊工藝固定連接。
所述靶材用于涂敷高溫和腐蝕性等條件下的工件，以提高表面的高溫抗氧化、抗腐蝕性能，從而提高工件的使用性能。
因?yàn)樗鐾繉硬捎煤泄?、釔耐熱元素的鋁合金陰極靶材作為涂層材料，用現(xiàn)有技術(shù)中的涂鍍工藝，在零件表面涂鍍涂層，在工件表面形成Al-Si-Y擴(kuò)散合金化高溫防護(hù)涂層，高溫等環(huán)境下的防護(hù)。
涂層的金相檢測(cè)對(duì)經(jīng)過涂層涂覆相關(guān)操作的工件，在規(guī)定位置，用線切割切取金相試樣，在金相顯微鏡下觀察。以檢查涂層厚度和涂層連續(xù)、擴(kuò)散界面是否合格。(參見圖10、圖11)檢查后可知質(zhì)量達(dá)到預(yù)期要求。
涂層成分分析1)涂層涂鍍后，其化學(xué)成分分析結(jié)果見下表4。從表4可以看出，涂鍍后涂層的成分符合靶材的成分范圍要求。
表4

涂層的相結(jié)構(gòu)分析(見圖12)涂層的X-光相分析，從圖12結(jié)果可知，所述涂層的相結(jié)構(gòu)為NiAl相，是抗高溫氧化的標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)構(gòu)。
涂層的高溫抗氧化、抗腐蝕性能試驗(yàn)1)涂層1100℃恒溫氧化性能試驗(yàn)樣品尺寸為20×15×3mm，恒溫氧化試驗(yàn)在靜態(tài)空氣中進(jìn)行，將樣品放入預(yù)先加熱稱重的氧化鋁坩堝中，置于預(yù)加熱到1100℃的馬沸爐中進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)，每20h取出冷卻至室溫后稱重。分析圖13可見涂層氧化40小時(shí)進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)階段。從圖14、15可以得出，涂層經(jīng)過1100℃恒溫氧化100小時(shí)后，涂層表面生成氧化層均以Al2O3為主，有少量的NiO存在。即涂層在1100℃恒溫氧化過程中表現(xiàn)出良好的抗氧化性能，表面形成了完整的氧化物保護(hù)層，抗恒溫氧化性能良好。
2)涂層1000℃循環(huán)氧化性能試驗(yàn)循環(huán)氧化試驗(yàn)在垂直的管式爐中進(jìn)行，在1000℃保溫50min，然后在空氣中冷卻10min，為一個(gè)循環(huán)，共100次，每隔一定的次數(shù)稱量樣品重量。由圖16可以得出，在1000℃循環(huán)氧化過程中，涂層具有良好的的循環(huán)氧化性能。
3)涂層熱腐蝕性能試驗(yàn)浸鹽熱腐蝕試驗(yàn)采用坩堝法，將樣品完全浸入850℃的75％Na2SO4+25％K2SO4混合熔鹽中，每隔一定時(shí)間后取出，在沸水中煮去表面的鹽份后稱重，觀察外表，換新鹽進(jìn)行下一周期試驗(yàn)。參見圖17。
圖18、19為涂層在850℃75％Na2SO4+25％K2SO4中腐蝕10小時(shí)后的表面和截面形貌；涂層表面生成氧化層以Al2O3為主，有少量的NiO存在，表面氧化層有少量的剝落。圖20、21為涂層在850℃75％Na2SO4+25％K2SO4中腐蝕60小時(shí)后的表面和截面形貌。涂層表面生成氧化層仍是由Al2O3和少量的NiO組成，但表面氧化層更加疏松，剝落嚴(yán)重，局部可見有球狀的NiS生成。
由圖18～21可以得出，涂層在850℃75％Na2SO4+25％K2SO4中腐蝕10小時(shí)后，表面氧化層有少量的剝落；腐蝕60小時(shí)后，氧化層較疏松，剝落嚴(yán)重，在熔鹽中均受到了較重的熱腐蝕。
結(jié)論涂層成分、厚度、相結(jié)構(gòu)及高溫抗氧化、抗腐蝕性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，獲得了明顯更好的技術(shù)效果。


圖1為靶極材料結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為鑄造用金屬模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為Al-Y合金相圖；圖4為YLαX射線像×1000；圖5為二次電子像×1000；圖6為Si KαX射線像×1000；圖7為Y-Si相圖；圖8為化學(xué)鍍銅、鍍錫結(jié)構(gòu)圖；圖9為靶極材料內(nèi)外套釬焊工裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為涂層的金相組織一200×；圖11為涂層的金相組織二500×；圖12為涂層的X-光相分析；圖13為涂層在1100℃空氣中的恒溫氧化動(dòng)力學(xué)曲線；圖14為涂層1100℃恒溫氧化100小時(shí)后的表面形貌；圖15為涂層1100℃恒溫氧化100小時(shí)后的截面形貌；圖16為涂層的1000℃循環(huán)氧化動(dòng)力學(xué)曲線；圖17為涂層在850℃的腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線；圖18為涂層熱腐蝕10小時(shí)的表面形貌；圖19為涂層熱腐蝕10小時(shí)的截面形貌；圖20為涂層熱腐蝕60小時(shí)的表面形貌；
圖21為涂層熱腐蝕60小時(shí)的截面形貌。
具體實(shí)施例方式相關(guān)說明圖8中金屬基體(701)、鍍銅層(702)、鍍錫層(703)；圖17中腐蝕介質(zhì)75％Na2SO4+25％K2SO4)。
實(shí)施例1本發(fā)明所述涂層用靶極，相關(guān)技術(shù)分述如下一、靶極組成所述靶極主要由外套(1)、內(nèi)套(2)組成，內(nèi)套(2)安裝在外套(1)內(nèi)部，二者之間為固定連接。其中外套(1)選用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分質(zhì)量百分比含量為Si4.5～5.5％；Y1.1～1.8％。內(nèi)套(2)為冷卻水套，要求材料致密，導(dǎo)熱性好；所述外套(1)與內(nèi)套(2)之間的間隙為0.3～2mm，所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間的固定連接形式優(yōu)選為釬焊。所述的間隙在釬焊操作后用焊料填滿，所以釬焊層(3)的厚度即對(duì)應(yīng)著以上的間隙值。釬焊選用焊料優(yōu)選為Pb基材料。所述靶極的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)選如下外套厚度為5～40mm；內(nèi)套厚度為1～20mm；二、靶極制造工藝一)外套制造工藝涂層用靶極的外套(1)可以為鑄造件。靶極外套材料為鑄造的Al-Si-Y合金。冶煉陰極靶的外套用Y中間合金可以采用真空感應(yīng)爐熔煉；外套毛坯可以采用金屬型鑄造、底注式澆注的方法制造。
靶極材料的外套(1)的鑄造工藝
所述涂層用靶極材料的外套(1)可以選用如下的原材料進(jìn)行制造工業(yè)純鋁、工業(yè)硅、Al-Y中間合金。所述外套(1)的鑄造過程為首先熔煉原材料，然后在金屬模具(4)中澆注成型。
金屬模具(4)主要由金屬內(nèi)芯(401)、金屬模具外套(402)和金屬底模(403)組成；其中金屬內(nèi)芯(401)和金屬模具外套(402)都與金屬底模(403)配合安裝，且金屬內(nèi)芯(401)安裝在金屬模具外套(402)內(nèi)部。與金屬模具(2)相配合的還可以有砂型上蓋(5)和澆口杯(6)。
所述涂層用靶極外套(1)的鑄造工藝分為原料熔煉和澆注兩大步驟所述熔煉工藝是選用電阻坩堝爐作為熔煉設(shè)備，首先將坩堝預(yù)熱，然后放入熔煉原料進(jìn)行熔煉；原材料熔煉工藝是選用電阻坩堝爐；按與成品靶材各成分含量相當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍進(jìn)行配料；熔煉時(shí)可以首先將電阻坩堝爐預(yù)熱到200～400℃，然后加入工業(yè)純鋁及Al-Y中間合金，升溫至爐料全部化清，并調(diào)整爐內(nèi)溶液溫度至550～800℃，然后加入工業(yè)硅，關(guān)閉爐蓋至工業(yè)硅完全熔化，并可以加入覆蓋劑；然后精煉，并可以攪拌使合金均勻化；(除去覆蓋劑)并加入除氣劑除氣，之后除去合金液表面熔渣。
澆注工藝是首先將金屬模具(4)預(yù)熱，然后按照要求組合模具并澆注。所述優(yōu)選的澆注工藝是可以首先將金屬模具(4)預(yù)熱到250～550℃并保溫直至金屬模具(4)各處溫度均勻再進(jìn)行澆注；澆注過程可以是打開爐蓋，除去表面氧化皮；盛出合金液，待澆包內(nèi)合金液溫度為650～800℃時(shí)澆注，同時(shí)澆注時(shí)金屬模具(4)溫度應(yīng)控制在200～350℃之間；待鑄件冒口凝固后，開啟金屬模具(4)取出外套(1)。
二)靶極的內(nèi)套(2)內(nèi)套為冷卻水套，要求材料致密，導(dǎo)熱性好。根據(jù)具體情況其可以選用鑄造等方式進(jìn)行制造。
三)所述靶極主要由外套(1)、內(nèi)套(2)組成，內(nèi)套(2)安裝在外套(1)內(nèi)部，二者之間的固定連接方式優(yōu)選方案是采用釬焊工藝固定的。內(nèi)外套之間的間隙被釬焊層(3)填滿，所述間隙值就對(duì)應(yīng)著釬焊層(3)的厚度。其中所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間釬焊選用焊料優(yōu)選為Pb基材料。
釬焊原料可以選用工業(yè)純鉛、工業(yè)純錫和工業(yè)純銻；熔化設(shè)備是自動(dòng)控溫電阻爐、石墨坩堝和烘箱；所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者進(jìn)行釬焊的過程是優(yōu)選首先對(duì)外套(1)與內(nèi)套(2)進(jìn)行表面活化處理(我們選擇先在Al基體表面鍍銅，然后在銅表面鍍錫的復(fù)合工藝。)以減小焊料與外套(1)之間和焊料與內(nèi)套(2)之間的濕潤(rùn)角，然后將它們裝卡在釬焊工裝上實(shí)施釬焊操作。
所述釬焊過程是將預(yù)先經(jīng)過表面活化處理的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)裝卡密封，然后將其放入烘箱中，在230～350℃條件下保溫至少0.5小時(shí)；然后熔化焊料，在350～450℃條件下熔化工業(yè)純鉛，然后依次加入工業(yè)純錫、工業(yè)純銻，完全熔化后攪拌均勻，并在270～390℃條件下保溫；對(duì)上述過程處理過的靶極組件和焊料同時(shí)進(jìn)行釬焊澆注，預(yù)熱溫度230～350℃，澆鑄溫度270～390℃；澆注完成后，冷卻，卸去卡具。
可以采用專用工裝(8)用來對(duì)靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)進(jìn)行裝卡和密封，所述專用工裝(3)的結(jié)構(gòu)主要是有以下幾個(gè)部分構(gòu)成固定底座(801)、緊固螺栓(802)、澆口杯(803)。
涂層用靶極材料釬焊工藝中，對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行表面活化的鍍銅處理過程依時(shí)間順序是脫脂、浸重離子、退鍍、化學(xué)鍍銅，其中脫脂配方構(gòu)成是OP乳化劑、Na2CO3、NaPO3；按照質(zhì)量百分比，其中Na2CO3為10～30％，NaPO35～25％；脫脂工藝規(guī)范是溫度40～80℃，時(shí)間5～60min；浸重離子配方構(gòu)成是復(fù)合添加劑、Ni2+、CO2+；其中Ni2+、CO2+30～70g/L；浸重離子工藝規(guī)范是溫度15～30℃，時(shí)間1～10min；退鍍液配方是鉻酸4～18g/L，HCL2～12g/L；退鍍工藝規(guī)范是溫度15～30℃，時(shí)間1～2min。
化學(xué)鍍銅的配方是CuSO4·5H2O60～90g/L；EDTA80～150g/L；NaH2PO2·H2O20～80g/L；Cl，βγ30～60g/L；Ni2+，Co2+0.1～10g/L；2-MBT0.1～10g/L；1，1-聯(lián)吡啶1～20mg/L；化學(xué)鍍銅工藝規(guī)范是pH9～12；溫度60～70℃；鍍速8～10μm/h；時(shí)間60～100min。
采用熱震法試驗(yàn)，即將靶極材料加熱到約600℃，保溫1～1.5h，取出后水淬，銅鍍層沒有剝落，這說明由該工藝所獲得的銅鍍層結(jié)合力良好。
表面活化工藝過程中，本工藝采用還原劑法化學(xué)鍍錫，具體過程是選用如下配方SnCl23～15g/L，檸檬酸鈉50～150g/L，EDTA二鈉5～30g/L，NaCH3COO5～20g/L，TiCl35～25ml/L，苯磺酸0.2～5ml/L；工藝參數(shù)如下pH8.0～10.0，，溫度70～130℃。
實(shí)施例2本發(fā)明所述涂層用靶極，相關(guān)技術(shù)分述如下
一、靶極組成所述靶極主要由外套(1)、內(nèi)套(2)組成，內(nèi)套(2)安裝在外套(1)內(nèi)部，二者之間為固定連接。其中外套(1)選用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分質(zhì)量百分比含量為Si4.5～5.5％；Y1.1～1.8％；外套材料中其它成分有優(yōu)選要求，例如Fe≤0.25％。內(nèi)套(2)為冷卻水套，要求材料致密，導(dǎo)熱性好；優(yōu)選用Al基材料，按照重量百分比，除Al外的其它成分含量為Cu3.8～4.9％；Mn0.3～0.9％；Mg1.2～1.8％；Si≤0.5％；Fe≤0.5％；Zn≤0.3％；Ni≤0.1％；所述外套(1)與內(nèi)套(2)之間的間隙優(yōu)選為0.8～1mm，所述的間隙在釬焊操作后用焊料填滿，所以釬焊層(3)的厚度即對(duì)應(yīng)著以上的間隙值。
所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間的固定連接形式優(yōu)選為釬焊。釬焊選用焊料優(yōu)選為Pb基材料，按照重量百分比，優(yōu)選例可以是除Pb之外的其它成分含量為Sn38～42％；Sb1.3～2.3％；雜質(zhì)≤0.5％。
所述靶極材料成品的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)選如下外套厚度優(yōu)選為10～30mm；內(nèi)套厚度優(yōu)選為2～8mm。
二、靶極制造工藝一)外套制造工藝涂層用靶極的外套(1)可以為鑄造件靶極外套材料為鑄造的Al-Si-Y合金。冶煉陰極靶的外套用Y中間合金可以采用真空感應(yīng)爐熔煉；外套毛坯可以采用金屬型鑄造、底注式澆注的方法制造。
靶極材料的外套(1)的鑄造工藝所述涂層用靶極材料的外套(1)可以選用如下的原材料進(jìn)行制造工業(yè)純鋁、工業(yè)硅、Al-Y中間合金；所述原料組成按照重量百分比優(yōu)選可以是如下方案工業(yè)硅的含量成分為Si約為99％，F(xiàn)e約為0.3％，Al約為0.3％，Ca約為0.05％；Al-Y中間合金的含量成分為Y約為10％，F(xiàn)e≤0.15％，其它雜質(zhì)總和≤0.5％。
外套(1)的鑄造過程為首先熔煉原材料，然后在金屬模具(4)中澆注成型。
金屬模具(4)主要由金屬內(nèi)芯(401)、金屬模具外套(402)和金屬底模(403)組成；其中金屬內(nèi)芯(401)和金屬模具外套(402)都與金屬底模(403)配合安裝，且金屬內(nèi)芯(401)安裝在金屬模具外套(402)內(nèi)部。與金屬模具(2)相配合的還可以有砂型上蓋(5)和澆口杯(6)。
在澆筑之前，先在金屬模具(4)的金屬內(nèi)芯(401)上噴涂石墨涂料，在金屬模具外套(402)上噴涂氧化鋅涂料，上述涂料層要求厚度均勻，涂層總厚度不超過0.4mm；然后清理金屬模具(4)表面灰塵及附著的涂料，然后組合金屬模具(4)，準(zhǔn)備澆注；所有使用的澆注工具應(yīng)噴涂氧化鋅涂料，并加熱至350℃以上(優(yōu)選350～600℃)，然后降至室溫使用；所述涂層用靶極外套(1)的鑄造工藝分為原料熔煉和澆注兩大步驟涂層用靶極外套(1)的鑄造工藝中優(yōu)選的原材料熔煉工藝是選用石墨坩堝；使用前應(yīng)清理坩堝，保證坩堝內(nèi)及表面無任何其它材料；進(jìn)一步優(yōu)選按以下要求配料Y按約1.8％配料，使用Al-Y合金(Y10％)配料，Si按約5％配料(預(yù)計(jì)合金燒損量為Si約為0.5％；Y約為1.0％)；熔煉時(shí)可以首先將將石墨坩堝預(yù)熱到250～350℃，然后加入工業(yè)純鋁及Al-Y中間合金，升溫至爐料全部化清，并調(diào)整爐內(nèi)溶液溫度至650～750℃，然后加入工業(yè)硅，關(guān)閉爐蓋至工業(yè)硅完全熔化；然后在保證合金液均勻化的條件下精煉除去合金液表面熔渣；加入六氯乙烷除氣，加入量為合金總量的0.1％～2％。澆注時(shí)金屬模具(4)溫度應(yīng)控制在200～350℃之間；待鑄件冒口凝固后，開啟金屬模具(4)取出外套(1)。
優(yōu)選的澆注過程是先將金屬模具(4)在爐中加熱至380～420℃，并保溫0.5小時(shí)以上；打開爐蓋后首先除去表面氧化皮，然后用干燥的澆包盛出合金液，進(jìn)行測(cè)溫，待包內(nèi)合金液溫度為700～750℃時(shí)澆注，同時(shí)澆注時(shí)金屬模具(4)溫度應(yīng)控制在230～320℃之間；待鑄件冒口凝固后，開啟金屬模具(4)取出外套(1)。
二)靶極的內(nèi)套(2)的制作工藝內(nèi)套為冷卻水套，要求材料致密，導(dǎo)熱性好，其化學(xué)成分為L(zhǎng)Y12合金，因此選用LY12硬鋁合金棒材經(jīng)機(jī)械加工完全可以滿足使用要求。內(nèi)套采用LY12鋁合金制造(可以是鑄造)，化學(xué)成分應(yīng)符合GB3191-82的要求。
具體而言，內(nèi)套(2)優(yōu)選用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分含量?jī)?yōu)選可以為Cu3.8～4.9％；Mn0.3～0.9％；Mg1.2～1.8％；Si≤0.5％；Fe≤0.5％；Zn≤0.3％；Ni≤0.1％；三)所述靶極主要由外套(1)、內(nèi)套(2)組成，內(nèi)套(2)安裝在外套(1)內(nèi)部，二者之間的固定連接方式優(yōu)選方案是采用釬焊工藝固定的。內(nèi)外套之間的間隙(被釬焊層(3)填滿，所述間隙值就對(duì)應(yīng)著釬焊層(3)的厚度)優(yōu)選為0.8～1mm。其中所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間釬焊選用焊料優(yōu)選為Pb基材料，優(yōu)選的組成配比如下按照重量百分比，除Pb之外的其它成分的質(zhì)量百分含量為Sn38～42％；Sb1.3～2.3％；雜質(zhì)≤0.5％。
表1優(yōu)選的釬焊料的化學(xué)成分(％)

一種涂層用靶極材料釬焊工藝方法，釬焊原料選用工業(yè)純鉛、工業(yè)純錫和工業(yè)純銻；熔化設(shè)備是自動(dòng)控溫電阻爐、石墨坩堝和烘箱；所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者進(jìn)行釬焊的過程是首先對(duì)外套(1)與內(nèi)套(2)進(jìn)行表面活化處理以減小焊料與外套(1)之間和焊料與內(nèi)套(2)之間的濕潤(rùn)角，然后將它們裝卡在釬焊工裝上實(shí)施釬焊操作。
靶極材料的表面活化工藝的研究選擇先在Al基體表面鍍銅，然后在銅表面鍍錫的復(fù)合工藝。使用該工藝在內(nèi)套(2)的外表面和外套(1)的內(nèi)表面均勻的鍍上一層優(yōu)選厚度約為5-8μm的銅鍍層及在銅鍍層表面鍍上一層優(yōu)選厚度約為10-15μm，結(jié)合緊密的錫鍍層。
在釬焊之前優(yōu)選對(duì)靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)的表面活化處理是對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理并在銅表面再進(jìn)行鍍錫處理。
化學(xué)鍍銅工藝借助適合的還原劑(例如次亞磷酸鈉)使銅鍍液中的游離態(tài)的銅離子還原成固態(tài)銅晶體涂覆在工件表面。
對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理的優(yōu)選過程依次是脫脂、水洗、浸重離子、退鍍、水洗、化學(xué)鍍銅、水洗、干燥；水洗過程為采用去離子水室溫水洗，時(shí)間優(yōu)選為1～5min；其中脫脂配方構(gòu)成是OP乳化劑、Na2CO3、NaPO3；按照質(zhì)量百分比，其中Na2CO3為10～30％，NaPO35～25％；脫脂工藝規(guī)范是溫度40～80℃，時(shí)間5～60min；浸重離子配方構(gòu)成是復(fù)合添加劑、Ni2+、CO2+；其中Ni2+、CO2+30～70g/L；浸重離子工藝規(guī)范是溫度15～30℃，時(shí)間1～10min；退鍍液配方是鉻酸4～18g/L，HCL2～12g/L；退鍍工藝規(guī)范是溫度15～30℃，時(shí)間1～2min。
新工藝的化學(xué)鍍銅液主要成分有銅鹽、絡(luò)合劑、還原劑、pH值調(diào)整劑、析出促進(jìn)劑、微量添加劑、溶液穩(wěn)定劑等。化學(xué)鍍銅的配方是CuSO4·5H2O60～90g/L；EDTA80～150g/L；NaH2PO2·H2O20～80g/L；Cl，βγ30～60g/L；Ni2+，Co2+0.1～10g/L；2-MBT0.1～10g/L；1，1-聯(lián)吡啶1～20mg/L；化學(xué)鍍銅工藝規(guī)范是pH9～12；溫度60～70℃；鍍速8～10μm/h；時(shí)間60～100min。
采用熱震法試驗(yàn)，將靶極材料加熱到約600℃，保溫1～1.5h，取出后水淬，銅鍍層沒有剝落，這說明由該工藝所獲得的銅鍍層結(jié)合力良好。
鍍錫工藝研究在靶極材料的內(nèi)外表面涂覆一層導(dǎo)電銅后，為了使涂層與釬焊料(鉛錫銻合金，熔點(diǎn)280℃)有優(yōu)良的潤(rùn)濕性能，在銅鍍層的基底上再掛上一層錫。
在浸錫層上化學(xué)鍍錫，采用還原劑法化學(xué)鍍錫，具體過程是選用如下配方SnCl23～15g/L，檸檬酸鈉50～150g/L，EDTA二鈉5～30g/L，NaCH3COO5～20g/L，TiCl35～25ml/L，苯磺酸0.2～5ml/L；工藝參數(shù)如下pH8.0～10.0，，溫度70～130℃。其中鍍液中檸檬酸鈉是Sn2+的絡(luò)合劑，進(jìn)一步的優(yōu)選濃度為80～120g/L，以約100g/L為最佳。EDTA二鈉濃度以約10～20g/L為更佳。
所述在銅鍍層上進(jìn)行化學(xué)浸錫的配方和工藝規(guī)范Sn2+10～20g/L；HCl10～20g/L；N2H4CS35～50g/L；溫度50～80℃；時(shí)間1～2min。
涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于所述釬焊過程優(yōu)選為將預(yù)先經(jīng)過表面活化處理的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)裝卡密封，然后將其放入烘箱中，在280～300℃條件下保溫至少1～4小時(shí)；然后熔化焊料，在350～450℃條件下熔化Pb，依次加入Sn、Sb，完全熔化后攪拌均勻，并在270～390℃條件下保溫；對(duì)上述過程處理過的靶極組件(包括靶極的外套(1)和內(nèi)套(2))和焊料同時(shí)進(jìn)行釬焊澆注，預(yù)熱溫度280～300℃，澆鑄溫度320～340℃。澆注完成后，冷卻，卸去卡具。
靶極材料釬焊工藝中可以采用專用工裝(8)用來對(duì)靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)進(jìn)行裝卡和密封，所述專用工裝(3)的結(jié)構(gòu)主要是有以下幾個(gè)部分構(gòu)成固定底座(801)、緊固螺栓(802)、澆口杯(803)；為便于釬焊前的安裝定位，還可以選用間隙針(804)。
權(quán)利要求
1.一種涂層用靶極材料的內(nèi)外套釬焊工藝，其特征在于所述靶極主要由外套(1)和內(nèi)套(2)組成，內(nèi)套(2)安裝在外套(1)內(nèi)部，二者之間用釬焊的方式形成固定連接；其中所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間釬焊選用焊料為Pb基材料按照重量百分比，除Pb之外的其它成分的質(zhì)量百分含量為Sn38～42％；Sb1.3～2.3％；雜質(zhì)≤0.5％。
2.按照權(quán)利要求1所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于釬焊原料選用工業(yè)純鉛、工業(yè)純錫和工業(yè)純銻；熔化設(shè)備是自動(dòng)控溫電阻爐、石墨坩堝和烘箱；所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者進(jìn)行釬焊的過程是首先對(duì)外套(1)與內(nèi)套(2)進(jìn)行表面活化處理以減小焊料與外套(1)之間和焊料與內(nèi)套(2)之間的濕潤(rùn)角，然后將它們裝卡在釬焊工裝上實(shí)施釬焊操作。
3.按照權(quán)利要求2所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于所述釬焊過程是將預(yù)先經(jīng)過表面活化處理的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)裝卡密封，然后將其放入烘箱中，在230～350℃條件下保溫至少0.5小時(shí)；然后熔化焊料，在350～450℃條件下熔化Pb，然后依次加入Sn、Sb，完全熔化后攪拌均勻，并在270～390℃條件下保溫；對(duì)上述過程處理過的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)進(jìn)行釬焊澆注，靶極的外套(1)、內(nèi)套(2)以及釬焊焊料的預(yù)熱溫度為230～350℃，澆鑄溫度270～390℃；澆注完成后，冷卻，卸去卡具。
4.按照權(quán)利要求3所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于所述釬焊過程是將預(yù)先經(jīng)過表面活化處理的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)裝卡密封，然后將其放入烘箱中，在280～300℃條件下保溫至少1～4小時(shí)；然后熔化焊料，在350～450℃條件下熔化Pb，然后依次加入Sn、Sb，完全熔化后攪拌均勻，并在270～390℃條件下保溫；對(duì)上述過程處理過的靶極外套(1)和內(nèi)套(2)進(jìn)行釬焊澆注，預(yù)熱溫度280～300℃，澆鑄溫度320～340℃。
5.按照權(quán)利要求3所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于采用專用工裝(8)用來對(duì)靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)進(jìn)行裝卡和密封，所述專用工裝(8)的結(jié)構(gòu)主要是有以下幾個(gè)部分構(gòu)成固定底座(801)、緊固螺栓(802)、澆口杯(803)。
6.按照權(quán)利要求2所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于在釬焊之前對(duì)靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)的表面活化處理是對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理并在銅表面再進(jìn)行鍍錫處理。
7.按照權(quán)利要求6所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理的過程依次是脫脂、浸重離子、退鍍、化學(xué)鍍銅，其中脫脂配方構(gòu)成是OP乳化劑、Na2CO3、NaPO3；按照質(zhì)量百分比，其中Na2CO3為10～30％，NaPO35～25％；脫脂工藝規(guī)范是溫度40～80℃，時(shí)間5～60min；浸重離子配方構(gòu)成是復(fù)合添加劑、Ni2+、CO2+；其中Ni2+、CO2+30～70g/L；浸重離子工藝規(guī)范是溫度15～30℃，時(shí)間1～10min；退鍍液配方是鉻酸4～18g/L，HCL2～12g/L；退鍍工藝規(guī)范是溫度15～30℃，時(shí)間1～2min?；瘜W(xué)鍍銅配方是CuSO4·5H2O60～90g/L；EDTA80～150g/L；NaH2PO2·H2O20～80g/L；Cl，βγ30～60g/L；Ni2+，Co2+0.1～10g/L；2-MBT0.1～10g/L；1，1-聯(lián)吡啶1～20mg/L；化學(xué)鍍銅工藝規(guī)范是pH9～12；溫度60～70℃；鍍速8～10μm/h；時(shí)間60～100min。
8.按照權(quán)利要求7所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理的過程依次是脫脂、水洗、浸重離子、退鍍、水洗、化學(xué)鍍銅、水洗、干燥；其中，水洗過程為采用去離子水室溫水洗，時(shí)間為3～5min。
9.按照權(quán)利要求2所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍錫處理的過程是選用如下配方SnCl23～15g/L，檸檬酸鈉50～150g/L，EDTA二鈉5～30g/L，NaCH3COO5～20g/L，TiCl35～25ml/L，苯磺酸0.2～5ml/L；工藝參數(shù)如下pH8.0～10.0，，溫度70～130℃。
10.按照權(quán)利要求9所述涂層用靶極材料釬焊工藝方法，其特征在于對(duì)實(shí)施釬焊時(shí)釬焊焊料所能接觸到的靶極的外套(1)和內(nèi)套(2)表面部分進(jìn)行鍍銅處理之后和鍍錫處理之前進(jìn)行化學(xué)浸錫處理，所述化學(xué)浸錫處理過程是化學(xué)浸錫配方和工藝規(guī)范Sn2+10～20g/L；HCl10～20g/L；N2H4CS35～50g/L；溫度50～80℃；時(shí)間1～2min。
全文摘要
一種涂層用靶極材料的內(nèi)外套釬焊工藝，其特征在于所述靶極主要由外套(1)和內(nèi)套(2)組成，內(nèi)套(2)安裝在外套(1)內(nèi)部，二者之間用釬焊的方式形成固定連接；其中所述外套(1)與內(nèi)套(2)二者之間釬焊選用焊料為Pb基材料按照重量百分比，除Pb之外的其它成分的質(zhì)量百分含量為Sn38～42％；Sb1.3～2.3％；雜質(zhì)≤0.5％。本發(fā)明所述靶極在涂層應(yīng)用中效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，所述外套的鑄造工藝針對(duì)靶極而定，鑄件質(zhì)量高。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1899738SQ20051004690
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者楊勝群, 魏明霞, 曲彥平, 史鳳嶺 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司