專利名稱：一種鈦鋁合金靶材快速熱壓燒結(jié)成型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料表面真空濺鍍用的鈦鋁合金靶材熱壓燒結(jié)成型工藝，涉及 金屬材料、真空表面鍍膜材料、粉末冶金加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人們對環(huán)保以及能源危機(jī)意識(shí)的增強(qiáng)，材料的表面鍍膜技術(shù)由傳 統(tǒng)的電鍍及化學(xué)鍍技術(shù)逐漸過渡到真空濺鍍技術(shù)。真空磁控濺鍍技術(shù)己經(jīng)在五金裝 飾鍍層、表面保護(hù)鍍層、電子產(chǎn)品鍍層、電磁屏蔽鍍膜、塑料鍍膜以及汽車和建筑 玻璃鍍膜領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。因此，作為該項(xiàng)技術(shù)鍍膜膜層所要使用的濺射靶 材需求也就顯得更加迫切。
鈦鋁金屬間化合物屬于硬脆材料，具有很好的耐磨性，在普通刀具表面覆著一 層鈦鋁金屬間化合物，可以有效延長刀具的使用時(shí)間，在機(jī)械加工行業(yè)具有較好的 應(yīng)用前景。
此外，隨著現(xiàn)代裝修行業(yè)的迅速發(fā)展，對裝修材料的顏色要求越來越高，同時(shí) 要求裝飾膜具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性以及較好的顏色耐候性。鈦鋁合金靶材可以根據(jù) 濺射氣氛提供黃色、黑色、棕色、玫瑰色等色膜，具有耐腐蝕、耐磨和美觀的優(yōu)點(diǎn)， 可以滿足裝飾材料對顏色以及化學(xué)穩(wěn)定性的要求。鈦鋁合金靶材在耐蝕性、制備成 本、濺射成本方面都優(yōu)于同類型的鎢或鎢合金靶材。
通常采用磁控濺射、多弧離子鍍、電弧離子鍍等工藝在材料表面附著一層 TiAl(CN)層，這些工藝對耙材都有導(dǎo)電、導(dǎo)熱的要求，導(dǎo)熱能力越高，則生產(chǎn)效率 越高，鍍膜質(zhì)量越好，導(dǎo)電能力越好，工藝的靈活性越高，靶材的應(yīng)用面也越廣。
根據(jù)不同的成分配比，鈦和鋁之間可以形成多種金屬間化合物，如Ti3Al、TiAl、 TiAl2、 TiAl3等，這些金屬間化合物的存在導(dǎo)致了鈦鋁合金的加工脆性，特別是當(dāng) 合金中鋁含量超過50% (原子比)是這個(gè)問題尤為明顯。正因?yàn)槿绱耍佷X合金靶 材生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，技術(shù)壁壘較高。
有關(guān)鈦鋁合金靶材的生產(chǎn)工藝在國內(nèi)、外專利鮮有報(bào)道，但國內(nèi)主要采用熔煉 工藝制造鈦鋁合金靶材。熔煉工藝制造鈦鋁合金靶材時(shí)，澆鑄過程中容易產(chǎn)生氣泡、 疏松和偏析；同時(shí)合金中成分與組織的均勻性難以保證，導(dǎo)致靶材品質(zhì)不穩(wěn)定，同 時(shí)過個(gè)尺寸偏小，限制了其大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，而使用的粉末冶金熱等靜壓燒結(jié)方 法，工藝要求高，材料性能不穩(wěn)定，成本過高，實(shí)際使用困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種短流程，低成本，粉末不易氧化，致 密度較高，鍍膜效果好，成分均勻，規(guī)格尺寸大的鈦鋁合金靶材快速熱壓燒結(jié)成 型工藝。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鈦鋁合金靶材快速熱壓燒結(jié)成型工藝，
3(1) 、采用不同粒度的Ti粉和Al粉作為原材料進(jìn)行熱壓燒結(jié)成型，其中Ti 粉的粒度為10 50y m， Al粉的粒度為10 50w m，兩種金屬粉的純度在99%以上， 氧含量低于200卯m，其中鈦的原子百分比含量為25% 75%，鋁的原子百分比含量 為25% 75%;將兩種粉末按需要的成分比例稱量好，在球磨機(jī)中混合4 16小時(shí)， 混合時(shí)添加0 3%質(zhì)量含量的成型劑，成型劑主要成分為硬脂酸，將混合好的粉末
放入模具中，振動(dòng)均勻；
(2) 、將混合好的Ti - Al粉末裝于燒結(jié)模具中，在室溫下先將壓頭預(yù)壓壓緊 模具，壓緊力為5 50MPa;然后，在熱壓機(jī)上通過上、下壓頭之間通過電流將整 個(gè)模具連同內(nèi)部金屬粉一同加熱升溫，升溫溫度達(dá)到480 520'C時(shí)，保溫5 ~20 分鐘以便排出粉末間的氣體和成型劑的脫去；然后快速升溫到1000 1300'C，升 溫過程中壓力逐步降低，等到達(dá)燒結(jié)溫度后，再加壓力到5 50MPa，壓力不同 則壓型后的Ti - Al材料的致密度不同，壓力越大則致密度越大，加壓燒結(jié)時(shí)間 20 30分鐘，然后停止加熱，同時(shí)卸除壓力；
(3) 、待冷卻后脫模得到燒結(jié)成型的Ti - Al材料，該材料可按要求加工成靶材。
采用上述技術(shù)方案的鈦鋁合金靶材快速熱壓燒結(jié)成型工藝，采用熱壓粉末快 速成型工藝，使材料在熱和力的共同作用下燒結(jié)成型，利用Ti - Al混合物中鋁 的熔點(diǎn)低，將鈦粉粘結(jié)在一起，從而得到需要的各種成分的鈦鋁靶材， 可以制備出不同成分和各種尺寸規(guī)格的鈦鋁合金靶材，該方法制備的鈦鋁合金靶 材致密度高、晶粒細(xì)小、成分均勻、成本低，能滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化要求。獲得的 Ti - Al耙材直徑100mm，厚度40mm。致密度〉95%,熱導(dǎo)率MO0W/m K，密度 <3. 5g/cm3。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
(1) 鈦鋁合金靶材中Ti的原子百分比含量可以從25%~75%按要求進(jìn)行調(diào)控；
(2) 可以快速的制備高致密度的真空濺射用鈦鋁靶材，其濺射鍍膜膜層性能 比目前其他工藝的方法制備的更均勻，膜層種類也更多；
(3) 制備工藝更簡單，成本低。
綜上所述，本發(fā)明是一種短流程，低成本，粉末不易氧化，致密度較高，鍍 膜效果好，成分均勻，規(guī)格尺寸大的鈦鋁合金靶材快速熱壓燒結(jié)成型工藝。


圖1是本發(fā)明的熱壓燒結(jié)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的Ti - Al材料的顯微組織圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制得的Ti - Al材料外形圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例3制得的Ti - Al材料外形圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
實(shí)施例1-
針對合金成分為25at%Ti - Al成分的磁控濺射靶材。采用平均粒度為50 !i m的Ti粉和粒度為10 ii m的Al粉，其中Ti粉的純度 在99.9%， Al粉的純度在99.9%，氧含量低于200卯m。將兩種粉末按37 : 63的質(zhì) 量成分比例稱量好后，在球磨機(jī)中混合12小時(shí)。將混合好的粉末放入模具中，振 動(dòng)均勻。將裝好Ti - Al粉末的模具放在可感應(yīng)加熱的熱壓機(jī)上，參見圖1， l一 上壓頭，2—下壓頭，3—熱壓模，4一上模墊，5—Ti-Al靶材，6—下模墊，在室溫 下先將壓頭預(yù)壓壓緊模具，壓緊力為5MPa。上、下壓頭通過電流可將整個(gè)模具連同 內(nèi)部金屬粉末一同加熱升溫，升溫速度達(dá)到480'C時(shí)，保溫5分鐘以便排出金屬粉 末間的氣體和成型劑的脫去。然后快速升溫到IOO(TC，到達(dá)燒結(jié)溫度后，再加應(yīng)力 到5MPa。加壓燒結(jié)時(shí)間20分鐘，然后停止加熱，同時(shí)卸除壓力。待冷卻后脫模得 到燒結(jié)成型的Ti - Al靶材。通過上述工藝制得的Ti - Al材料的顯微組織見圖
實(shí)施例2:
針對50at^Ti - Al成分的磁控濺射靶材。
采用平均粒度為30 u m的Ti粉和粒度為30 u m的Al粉，其中Ti粉的純 度在99.9%， Al粉的純度在99.9%，氧含量低于200ppm。將兩種粉末按64 : 36的 質(zhì)量成分比例稱量好后，在球磨機(jī)中混合4小時(shí)，混合時(shí)添加1%質(zhì)量含量的硬脂 酸成型劑。將混合好的粉末放入模具中，振動(dòng)均勻。將裝好Ti - Al粉末的模具 放在可感應(yīng)加熱的熱壓機(jī)上，參見圖l,在室溫下先將壓頭預(yù)壓壓緊模具，壓緊力 為40MPa。上、下壓頭通過電流可將整個(gè)模具連同內(nèi)部金屬粉末一同加熱升溫，升 溫速度達(dá)到500'C時(shí)，保溫15分鐘以便排出金屬粉末間的氣體和成型劑的脫去。 然后快速升溫到1150°C，到達(dá)燒結(jié)溫度后，再加應(yīng)力到10MPa。加壓燒結(jié)時(shí)間20 分鐘，然后停止加熱，同時(shí)卸除壓力。待冷卻后脫模得到燒結(jié)成型的Ti - Al靶 材。通過上述工藝制得的Ti - Al材料外形就是圖3。
實(shí)施例3:
針對75免atTi - Al成分的磁控濺射靶材 采用平均粒度為10 u m的Ti粉和粒度為50 y m的Al粉，其中Ti粉的純度 在99.9%， Al粉的純度在99.9%，氧含量低于200ppm。將兩種粉末按84 : 16的質(zhì) 量成分比例稱量好后，在球磨機(jī)中混合16小時(shí)，混合時(shí)添加3%質(zhì)量含量的硬脂酸 成型劑。將混合好的粉末放入模具中，振動(dòng)均勻。將裝好Ti - Al粉末的模具放 在可感應(yīng)加熱的熱壓機(jī)上，參見圖1，在室溫下先將壓頭預(yù)壓壓緊模具，壓緊力為 50MPa。上、下壓頭通過電流可將整個(gè)模具連同內(nèi)部金屬粉末一同加熱升溫，升溫 速度達(dá)到52(TC時(shí)，保溫20分鐘以便排出金屬粉末間的氣體和成型劑的脫去。然后 快速升溫到130(TC，到達(dá)燒結(jié)溫度后，再加應(yīng)力到50MPa。加壓燒結(jié)時(shí)間30分鐘， 然后停止加熱，同時(shí)卸除壓力。待冷卻后脫模得到燒結(jié)成型的Ti - Al靶材。通 過上述工藝制得的Ti - Al材料外形就是圖4。
權(quán)利要求
1、一種鈦鋁合金靶材快速熱壓燒結(jié)成型工藝，其特征是在于其步驟是(1)、采用不同粒度的Ti粉和Al粉作為原材料進(jìn)行熱壓燒結(jié)成型，其中Ti粉的粒度為10～50μm，Al粉的粒度為10～50μm，兩種金屬粉的純度在99％以上，氧含量低于1000ppm，其中鈦的原子百分比含量為25％～75％，鋁的原子百分比含量為25％～75％；將兩種粉末按需要的成分比例稱量好，在球磨機(jī)中混合4～16小時(shí)，混合時(shí)添加0～3％質(zhì)量含量的成型劑，成型劑主要成分為硬脂酸，將混合好的粉末放入模具中，振動(dòng)均勻；(2)、將混合好的Ti-Al粉末裝于燒結(jié)模具中，在室溫下先將壓頭預(yù)壓壓緊模具，壓緊力為5～50MPa；然后，在熱壓機(jī)上通過上、下壓頭之間通過電流將整個(gè)模具連同內(nèi)部金屬粉一同加熱升溫，升溫溫度達(dá)到480～520℃時(shí)，保溫5～20分鐘以便排出粉末間的氣體和成型劑的脫去；然后快速升溫到1000～1300℃，升溫過程中壓力逐步降低，等到達(dá)燒結(jié)溫度后，再加壓力到5～50MPa，壓力不同則壓型后的Ti-Al材料的致密度不同，壓力越大則致密度越大，加壓燒結(jié)時(shí)間20～30分鐘，然后停止加熱，同時(shí)卸除壓力；(3)、待冷卻后脫模得到燒結(jié)成型的Ti-Al材料，該材料可按要求加工成靶材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦鋁合金靶材快速熱壓燒結(jié)成型工藝，采用熱壓粉末快速成型工藝，使材料在熱和力的共同作用下燒結(jié)成型，利用Ti-Al混合物中鋁的熔點(diǎn)低，將鈦粉粘結(jié)在一起，從而得到需要的各種成分的鈦鋁靶材，可以制備出不同成分和各種尺寸規(guī)格的鈦鋁合金靶材，該方法制備的鈦鋁合金靶材致密度高、晶粒細(xì)小、成分均勻、成本低，能滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化要求。本發(fā)明是一種短流程，低成本，粉末不易氧化，致密度較高，鍍膜效果好，成分均勻，規(guī)格尺寸大的鈦鋁合金靶材快速熱壓燒結(jié)成型工藝。
文檔編號(hào)B22F9/02GK101524754SQ20091004314
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者琨 余, 蔡志勇 申請人:中南大學(xué)