專利名稱：采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備鈹銅合金薄板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備鈹銅合金薄板的方法，更特別地說，是指一采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備高性能的Cu-I 3wt. %Be合金薄板的方法。
背景技術(shù)：
鈹銅合金是一種典型的沉淀強(qiáng)化型合金，具有高彈性、高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、耐蝕性、耐疲勞、彈性滯后小、無磁性、沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子、通訊、機(jī)械、石油、化工、汽車及家電工業(yè)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，鈹銅合金板帶材基本上都是采用軋制法制備，主要包括半連續(xù)澆鑄錠+銑削表皮+加熱+粗軋+淬火+ 二次軋制+淬火+酸洗+刷洗+精軋等工序。由于鈹銅合金鑄錠在結(jié)晶時(shí)趨向于二次偏析，即鈹元素向鑄錠表層富集，造成鑄錠不同層面塑性存在很大差異，熱軋時(shí)易于形成裂紋。所以一般鑄錠尺寸及重量都較小，鑄錠軋制前必須銑削去其表面至少2. 5_深表層。由此可見軋制鈹銅合金技術(shù)難度大、成材率、生產(chǎn)效率低。而且在大氣環(huán)境中熔煉鈹銅合金，存在鈹金屬污染環(huán)境等弊端。物理氣相沉積技術(shù)具有鍍膜成分純度高、工藝可控性強(qiáng)、清潔無污染以及易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，特別是在環(huán)境保護(hù)方面，真空物理氣相沉積技術(shù)具有其他一般技術(shù)無可比擬的優(yōu)越性。本發(fā)明采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板方法避開軋制法中熔煉鑄錠易于發(fā)生成分偏析的技術(shù)瓶頸，選用非常易于軋制成形的純銅薄帶為基材，采用高效節(jié)能環(huán)保的磁控濺射鍍膜技術(shù)在純銅基帶上沉積富鈹膜層，進(jìn)而進(jìn)行擴(kuò)散處理，獲得適當(dāng)鈹含量的鈹銅合金帶材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避開現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備鈹銅合金薄板的方法。本發(fā)明的方法沉積速率快、質(zhì)量可控、工作效率高，制備過程在全真空條件下，無鈹元素氧化及污染環(huán)境、危害人體安全等問題，因此極其適合工業(yè)化應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備鈹銅合金薄板的方法，其主要特點(diǎn)在于步驟為(I).選取厚度為O. I O. 25mm的純銅帶作基板，并做預(yù)處理在濃度3 5%、溫度60 80°C堿液清洗3 5分鐘，去除油跡；然后在濃度3 5%稀硫酸清洗3 5分鐘，去除氧化皮；用清水漂洗；在無水乙醇超聲波清洗，吹干待用；(2).選取純Be靶材或高鈹含量鈹銅50 80wt. %Be合金靶材制備080 0100mm X 6 20 mm圓形或 1000 1500mmX180 300mmX6 20mm方形純Be或高鈹含量鈹銅50 80wt. %Be合金靶材用作磁控濺射靶材，待用；(3).將經(jīng)步驟(I)處理后的純銅帶安裝在磁控濺射設(shè)備的基片臺上作為陽極；再將步驟(2)的純Be靶材或高鈹含量鈹銅50 80wt. %Be合金靶材裝入磁控濺射鍍膜機(jī)靶座之中，作為陰極；抽真空度至2X 10_3 8X 10_4Pa后，通入氬氣使磁控濺射鍍膜機(jī)中的壓力穩(wěn)定在O. 2 O. 8Pa范圍；調(diào)節(jié)磁控濺射沉積條件預(yù)熱純銅帶至200°C 500°C ；放電電壓280V 700V、電流2A 40A、沉積速率為O. 8 I. 5 μ m/min ；在該條件下進(jìn)行純銅帶表面富Be薄膜沉積，沉積時(shí)間10 30分鐘，制得鍍膜銅 帶;(4).將經(jīng)步驟(3)處理后的鍍膜銅帶進(jìn)行650 750°C擴(kuò)散處理，擴(kuò)散時(shí)間10 30min,即得到斷面成分分布均勻的Cu-I 3wt. %Be合金薄板材料。所述的采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板方法,在步驟(3)中，通過將多個(gè)相同組份的純Be或高鈹含量鈹銅合金靶材分別放在磁控濺射鍍膜機(jī)中對立安裝的多個(gè)靶位上，純銅帶從中間穿過，實(shí)現(xiàn)寬幅基板雙面同步快速連續(xù)鍍膜處理。所述的采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板方法,在步驟(3)中，純銅帶表面沉積富Be膜厚度為10 35 μ m。所述的采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板方法,在步驟(2)中，靶材選用所述的高鈹含量鈹銅合金靶材，鈹含量在50 80wt. %。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板方法，在工藝上可以連續(xù)地、可控地進(jìn)行滲鈹處理。通過對磁控濺射鍍膜機(jī)中多個(gè)靶位的選取，可以任意進(jìn)行單面和/或雙面Be的沉積，同時(shí)也可對沉積速率進(jìn)行調(diào)節(jié)，其沉積工藝操作簡單。在本發(fā)明中，選擇軋制純銅帶為滲Be基材。選取不同Be含量靶材鍍膜進(jìn)行滲Be實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，經(jīng)本發(fā)明的方法處理后，能獲得Cu-I 3wt. %Be合金薄板。本發(fā)明方法與傳統(tǒng)軋制法相比，工藝簡單易行，鈹含量高低靈活可控，能夠滿足各種場合鈹銅合金的特殊使用需求，制備工藝能適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)品成品率高，質(zhì)量穩(wěn)定，而且制造成本低廉。
具體實(shí)施例方式以下對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例I :一種采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板方法，其步驟為步驟I.選取厚度為O. I O. 25mm的純銅帶作基板,并做以下預(yù)處理(I)濃度3 5%、溫度60 80°C碳酸鈉堿液清洗3 5分鐘，去除油跡；(2 )濃度3 5%稀硫酸清洗3 5分鐘，去除氧化皮；(3)清水漂洗；(4)無水乙醇超聲波清洗，吹干待用；步驟2.選取純Be靶材或高鈹含量鈹銅(50 80wt. %Be )合金靶材
制備080 0100_ X 6 20 mm圓形或 1000 1500mmX180 300mmX6 20mm方形純Be或高鈹含量鈹銅50 80wt. %Be合金靶材用作磁控濺射靶材，待用；(3).將經(jīng)步驟(I)處理后的純銅帶安裝在磁控濺射設(shè)備的基片臺上作為陽極；再將步驟2的純Be靶材或高鈹含量鈹銅50 80wt. %Be合金靶材裝入磁控濺射靶座之中，作為陰極；抽真空度至2X 10_3 8X 10_4Pa后，通入氬氣使磁控濺射鍍膜機(jī)中的壓力穩(wěn)定在O. 2 O. 8Pa范圍；調(diào)節(jié)磁控濺射沉積條件預(yù)熱純銅帶至200°C 500°C ；
放電電壓280V 700V、電流2A 40A、沉積速率為O. 8 I. 5 μ m/min ；在該條件下進(jìn)行純銅帶表面富Be薄膜沉積，沉積時(shí)間10 30分鐘，制得鍍膜銅帶;步驟4.將經(jīng)步驟3處理后的鍍膜銅帶進(jìn)行650 750°C擴(kuò)散處理，擴(kuò)散時(shí)間10 30min,即得到斷面成分分布均勻的Cu-I 3wt. %Be合金薄板材料。在步驟3中，通過將多個(gè)相同組份的純Be或高鈹含量鈹銅合金靶材分別放在磁控濺射鍍膜機(jī)中對立安裝的多個(gè)靶位上，純銅帶從中間穿過，實(shí)現(xiàn)寬幅基板雙面同步快速連續(xù)鍍膜處理。在步驟3中，純銅帶表面沉積富Be膜厚度為10 35 μ m。在步驟2中，當(dāng)選取高Be含量鈹銅合金為靶材時(shí)，鈹含量在50 80wt. %。所述的采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板方法,制備得到的Cu-I 3wt. %Be合金薄板的顯微硬度在320 380HV0. 1，抗拉強(qiáng)度達(dá)到480 520Mpa。采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板的方法,磁控派射物理氣相沉積方法在真空、電場作用下使Ar氣電離產(chǎn)生輝光等離子體，轟擊鈹(或鈹銅合金)靶材濺射出高能量Be (或Be、Cu)原子，沉積到純銅基板表面，形成結(jié)合良好的富Be膜層；進(jìn)而進(jìn)行擴(kuò)散處理，實(shí)現(xiàn)對純銅帶的滲鈹處理，獲得一種新型的Cu-I 3wt. %Be合金薄板的制備方法。采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備Cu-I 3wt. %Be合金薄板方法與軋制法比較，不存在帶材軋制開裂等問題，工藝方法簡單易行，真空鍍膜方式靶材純度高、成分可控；其沉積后的表面質(zhì)量好且均勻；純銅基帶磁控濺射滲鈹工藝可控性強(qiáng)、環(huán)保性好等特點(diǎn)。采用連續(xù)磁控派射物理氣相沉積制備得到的Cu-I 3wt. %Be合金薄板具有(I)經(jīng)俄歇電子能譜儀及ICP全譜直讀光譜儀測定其化學(xué)成分Be含量為I 3wt. %，且沿截面呈現(xiàn)均勻分布；(2)合金薄板的機(jī)械性能如抗拉強(qiáng)度達(dá)到480 520Mpa，顯微硬度在320 380HV0. I。實(shí)施例2磁控濺射氣相沉積單面滲Be步驟I :選取純銅基板選取200mmX 200mm，厚O. 20mm的純銅帶作基板，先用濃度5%、溫度60°C碳酸鈉堿液清洗5分鐘，去除油跡；再用濃度為4%的稀鹽酸清洗3分鐘，去除氧化皮；然后用清水漂洗；再用無水乙醇超聲波清洗，吹干待用。
步驟2 :選取純Be靶材制備080 mm X 10 _圓形純Be革巴材用作磁控派射革巴材,待用；(3)將經(jīng)步驟(I)處理后的純銅帶安裝在磁控濺射設(shè)備的基片臺上作為陽極；再將步驟2的純Be靶材裝入磁控濺射靶座之中，作為陰極；抽真空度至I. 2 X 10_3Pa后，通入氬氣使磁控濺射鍍膜機(jī)中的壓力穩(wěn)定在O. 6Pa ；調(diào)節(jié)磁控濺射沉積條件預(yù)熱純銅帶至350°C ；放電電壓480V、電流3· 5A、沉積速率為I. 2 μ m/min ；在該條件下進(jìn)行純銅帶表面Be膜沉積20分鐘，制備得到膜層厚度20 22m的鍍膜銅帶；步驟4 :將經(jīng)步驟3處理后的鍍膜銅帶進(jìn)行720°C擴(kuò)散處理，擴(kuò)散時(shí)間為25min，即得到斷面成分均勻的Cu-I 3wt. %Be合金薄板材料。將上述制備得到的Cu-I 3wt. %Be合金薄板經(jīng)俄歇電子能譜儀及ICP全譜直讀光譜儀檢測到樣品的平均Be含量為I. 9wt. %，且成分沿截面呈現(xiàn)均勻分布。經(jīng)檢測其顯微硬度達(dá)到338 355HV0. I，抗拉強(qiáng)度達(dá)到488 506Mpa。實(shí)施例3磁控濺射氣相沉積單面滲Be步驟I :選取純銅基板
選取IOOOmmX 200mm，厚O. 15mm的純銅帶作基板，先用濃度5%、溫度60°C碳酸鈉溶液清洗5分鐘，去除油跡；再用濃度為4%的稀鹽酸清洗3分鐘，去除氧化皮；然后用清水漂洗；再用無水乙醇超聲波清洗，吹干待用。步驟2 :選取高Be含量鈹銅合金靶材熔鑄1200_X 200_X 15mm高Be含量鈹銅(Cu_80wt. %Be)合金靶材，待用；步驟3 :將經(jīng)步驟I處理后的純銅帶安裝在磁控濺射膜機(jī)的基片上作為陽極；再將經(jīng)步驟2處理后的鈹銅合金靶材放入磁控濺射鍍膜機(jī)中，作為陰極；抽真空度至I X 10_3Pa后，通入氬氣使磁控濺射鍍膜機(jī)中的壓力穩(wěn)定在O. 6Pa ；調(diào)節(jié)磁控濺射沉積條件預(yù)熱純銅帶至320°C ；放電電壓660V、電流35A、沉積速率為L 5 2 μ m/min ；在該條件下進(jìn)行純銅帶表面富Be膜沉積，制備得到膜層厚度為20 22m的鍍膜銅帶;步驟4 :將經(jīng)步驟3處理后的鍍膜銅帶進(jìn)行750°C擴(kuò)散處理，擴(kuò)散時(shí)間為60min，即得到斷面成分均勻的Cu-I 3wt. %Be合金薄板材料。將上述制備得到的Cu-I 3wt. %Be合金薄板經(jīng)俄歇電子能譜儀及ICP全譜直讀光譜儀檢測到樣品的平均Be含量為1.92wt%，且成分沿截面呈現(xiàn)均勻分布。經(jīng)檢測其顯微硬度達(dá)到325 348HV0. I，抗拉強(qiáng)度達(dá)到486 510Mpa。實(shí)施例4磁控濺射氣相沉積雙面滲Be步驟I :選取純銅基板選取200mmX 200mm，厚O. 25mm的純銅帶作基板，先用濃度5%、溫度60°C碳酸鈉堿液清洗5分鐘，去除油跡；再用濃度為4%的稀鹽酸清洗3分鐘，去除氧化皮；然后用清水漂洗；再用無水乙醇超聲波清洗，吹干待用。步驟2 :選取純Be靶材選取080 rrn X IO mm純Be靶材2 ±夾，待用；步驟3 :將經(jīng)步驟2處理后的2個(gè)純Be靶材放入磁控濺射鍍膜機(jī)正面相對的兩個(gè)靶位之中，作為陰極，再將經(jīng)步驟I處理后的純銅帶吊掛在磁控濺射鍍膜機(jī)的兩個(gè)正對靶面中間，作為陽極；抽真空度至8 X 10_4Pa后，通入氬氣使磁控濺射鍍膜機(jī)中的壓力穩(wěn)定在O. 4Pa ；調(diào)節(jié)磁控濺射共沉積條件
預(yù)熱純銅帶至300°C ；放電電壓480V、電流20A、沉積速率為I. 2 I. 5m/min ；在該條件下對純銅帶雙面進(jìn)行同步Be沉積10分鐘，制備得到上下兩面膜層厚度均為13 14m的鍍膜銅帶；步驟4 :將經(jīng)步驟3處理后的鍍膜銅帶進(jìn)行720°C擴(kuò)散處理，擴(kuò)散時(shí)間為15min，即得到斷面成分均勻的Cu-I 3wt. %Be合金薄板材料。將上述制備得到的Cu-I 3wt. %Be合金薄板經(jīng)俄歇電子能譜儀及ICP全譜直讀光譜儀檢測到樣品的平均Be含量為2. Iwt. %，且成分沿截面呈現(xiàn)均勻分布。經(jīng)檢測其顯微硬度達(dá)到350 372HV0. I，抗拉強(qiáng)度達(dá)到498 512Mpa。本發(fā)明采用的對純銅薄板進(jìn)行雙面同步連續(xù)磁控濺射鍍膜及擴(kuò)散方法制備O. I O. 25mm厚的Cu-I 3wt. %Be合金薄板，可以控制在10 30min內(nèi)完成滲Be的沉積工序。并且其大面積均勻沉積特性也可以完全滿足Cu-I 3wt. %Be薄板的工業(yè)化連續(xù)制備要求，為最終實(shí)現(xiàn)磁控濺射法制備Cu-I 3wt. %Be薄板在工業(yè)化規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)線搭建奠定了很好的基礎(chǔ)。鈹銅合金是一種典型的沉淀強(qiáng)化型合金,上述方法制備的Cu-I 3wt. %Be薄板在經(jīng)過進(jìn)一步的固溶時(shí)效處理之后，具有極佳的使用性能。鈹銅合金是國防建設(shè)和科學(xué)進(jìn)步不可缺少的戰(zhàn)略物資，又是和人民生活水平日益提高有著密切聯(lián)系的重要材料。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備鈹銅合金薄板的方法，其特征在于步驟為 (1).選取厚度為O.I O. 25mm的純銅帶作基板，并做預(yù)處理在濃度3 5%、溫度60 80°C堿液清洗3 5分鐘，去除油跡；然后在濃度3 5%稀硫酸清洗3 5分鐘，去除氧化皮；用清水漂洗；用無水乙醇超聲波清洗，吹干待用； (2).選取純Be靶材或高鈹含量鈹銅50 80wt.%Be合金靶材 制備080 0100 mm X 6 20 mm圓形或 1000 1500mmX 180 300mmX6 20mm方形的純Be或高鈹含量鈹銅50 80wt. %Be合金用作磁控濺射靶材，待用； (3).將經(jīng)步驟(I)處理后的純銅帶安裝在磁控濺射設(shè)備的基片臺上作為陽極；再將步驟2的純Be靶材或高鈹含量鈹銅50 80wt. %Be合金靶材裝入磁控濺射鍍膜機(jī)靶座之中，作為陰極； 抽真空度至2X10_3 8X10_4Pa后，通入氬氣使磁控濺射鍍膜機(jī)中的壓力穩(wěn)定在O.2 O. 8Pa范圍； 調(diào)節(jié)磁控濺射沉積條件 預(yù)熱純銅帶至200°C 500°C ； 放電電壓280V 700V、電流2A 40A、沉積速率為O. 8 I. 5 μ m/min ； 在該條件下進(jìn)行純銅帶表面富Be薄膜沉積，沉積時(shí)間10 30分鐘，制得鍍膜銅帶； (4).將經(jīng)步驟(3)處理后的鍍膜銅帶進(jìn)行650 750°C擴(kuò)散處理，擴(kuò)散時(shí)間10 30min,即得到斷面成分分布均勻的Cu-I 3wt. %Be合金薄板材料。
2.如權(quán)利要求I所述的采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備鈹銅合金薄板的方法，其特征在于在步驟(3)中，通過將多個(gè)相同組份的純Be或高鈹含量鈹銅合金靶材分別放在磁控濺射鍍膜機(jī)中對立安裝的多個(gè)靶位上，純銅帶從中間穿過，實(shí)現(xiàn)寬幅基板雙面同步快速連續(xù)鍍膜處理。
3.如權(quán)利要求I所述的采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備鈹銅合金薄板的方法，其特征在于在步驟(3)中，純銅帶表面沉積富Be膜厚度為10 35 μ m。
4.如權(quán)利要求I所述的采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備鈹銅合金薄板的方法，其特征在于在步驟(2)中，靶材選用所述的高鈹含量鈹銅合金靶材，鈹含量在50 80wt. %o
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備鈹銅合金薄板的方法，更特別地說，是指一采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積法制備高質(zhì)量的鈹銅合金薄板的方法。一種采用連續(xù)磁控濺射物理氣相沉積制備鈹銅合金薄板的方法，是以純Be金屬靶或高鈹含量鈹銅合金靶為陰極，以純銅帶為陽極，采用磁控濺射物理氣相沉積法在純銅帶單面或雙面沉積結(jié)合良好的純Be或富Be膜；然后進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，使Be原子向內(nèi)擴(kuò)散滲入純銅基體，直到銅帶中的含Be量達(dá)到1～3wt.%，獲得具有優(yōu)異機(jī)械性能和導(dǎo)電性能的Cu–1～3wt.%Be合金帶材。本發(fā)明方法簡單易行，工作效率高，制備過程節(jié)能環(huán)保，質(zhì)量可控，極其適合工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號C23C14/35GK102965634SQ20121055133
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者范多進(jìn), 田廣科, 范多旺, 陳虎, 孔令剛, 馬海林, 孫勇 申請人:蘭州大成科技股份有限公司, 蘭州交大國家綠色鍍膜工程中心有限責(zé)任公司