CN100566904C - 一种涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：所述靶极主要由外套(1)和内套(2)组成，内套(2)安装在外套(1)内部，二者之间用钎焊的方式形成固定连接；其中：所述外套(1)与内套(2)二者之间钎焊选用焊料为Pb基材料按照重量百分比，除Pb之外的其它成分的质量百分含量为：Sn：38～42%；Sb：1.3～2.3%；杂质≤0.5%。本发明所述靶极在涂层应用中效果明显优于现有技术，所述外套的铸造工艺针对靶极而定，铸件质量高。

Description

一种涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法

技术领域：

本发明涉及材料科学，特别提供了一种涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法。

背景技术：

涂层用靶极作为一种重要的挥发阴极材料，用于涂敷重要零件，以提高工件表面的高温抗氧化、抗腐蚀性能，从而提高其使用性能。

现有技术中的靶极材料通常是单层结构的。对于双层结构的涂层用靶极，通常其外套是作为挥发阴极的关键零件，内套是作为冷却等其它辅助用途的零件，外套和内套之间通常形成固定连接，固定连接的质量直接影响着靶极以及涂层的质量。

因此，人们期望获得一种效果更佳的涂层用靶极材料的内外套及其对应的制造工艺，以便获得更好的技术效果。

发明内容：

本发明所述涂层用靶极，相关技术分述如下：

一、靶极组成：

所述靶极主要由外套(1)、内套(2)组成，内套(2)安装在外套(1)内部，二者之间为固定连接；所述外套(1)是进行涂层操作时用作挥发阴极的关键零件；外套(1)选用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分质量百分比含量为：Si：4.5～5.5％；Y：1.1～1.8％；优选条件下要求外套材料中的其它成分例如Fe≤0.25％。

内套(2)为冷却水套，要求材料致密，导热性好；优选方案中其可以选用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分含量为：Cu：3.8～4.9％；Mn：0.3～0.9％；Mg：1.2～1.8％；Si≤0.5％；Fe≤0.5％；Zn≤0.3％；Ni≤0.1％；

所述外套(1)与内套(2)二者之间的固定连接形式优选为钎焊。钎焊选用焊料优选为Pb基材料，优选具体例之一是：按照重量百分比，除Pb之外的其它成分含量为：Sn：38～42％；Sb：1.3～2.3％；杂质≤0.5％。

所述外套(1)与内套(2)之间的间隙为0.3～2mm(优选为0.8～1mm)，所述的间隙在钎焊操作后用焊料填满，所以钎焊层(3)的厚度即对应着以上的间隙值。所述靶极的结构尺寸优选如下：外套厚度为5～40mm(优选10～30mm)；内套厚度为1～20mm(优选2～8mm)；

二、靶极制造工艺

一)外套制造工艺

涂层用靶极的外套(1)可以为铸造件。

靶极外套材料为铸造的Al-Si-Y合金。冶炼阴极靶的外套用Y中间合金可以采用真空感应炉熔炼；外套毛坯可以采用金属型铸造、底注式浇注的方法制造。目前极少有人开展该合金的研究工作，也无相关的标准和资料可查，同时，根据靶极的工作状态、作为挥发阴极要求材料本身必须致密，无非金属夹杂、气孔、缩孔、疏松、针孔等影响导电性的缺陷，以保证涂覆的连续性，对铸造过程的质量控制要求极高，因此外套材料Al-Si-Y合金的铸造工艺是本技术中的关键技术之一。

靶极材料的外套(1)的铸造工艺：

所述涂层用靶极材料的外套(1)选用如下的原材料进行制造：工业纯铝、工业硅、Al-Y中间合金；所述外套(1)的铸造过程为：首先熔炼原材料，然后在金属模具(4)中浇注成型。

所述涂层用靶极材料的外套(1)可以选用如下的原材料进行制造：工业纯铝、工业硅、Al-Y中间合金；所述原料组成按照重量百分比优选可以是如下方案：工业硅的含量成分为：Si约为99％，Fe约为0.3％，Al约为0.3％，Ca约为0.05％；Al-Y中间合金的含量成分为：Y约为10％，Fe≤0.15％，其它杂质总和≤0.5％。

金属模具(4)主要由金属内芯(401)、金属模具外套(402)和金属底模(403)组成；其中金属内芯(401)和金属模具外套(402)都与金属底模(403)配合安装，且金属内芯(401)安装在金属模具外套(402)内部。与金属模具(2)相配合的还可以有砂型上盖(5)和浇口杯(6)。

所述涂层用靶极外套(1)的铸造工艺分为原料熔炼和浇注两大步骤：

所述熔炼工艺是：选用电阻坩埚炉作为熔炼设备，首先将坩埚预热，然后放入熔炼原料进行熔炼。

涂层用靶极外套(1)的铸造工艺中优选的原材料熔炼工艺是：选用电阻坩埚炉；使用前应清理坩埚，保证坩埚内及表面无任何其它材料；进一步优选按以下要求配料：Y按约1.8％配料，使用Al-Y合金(Y10％)配料，Si按约5％配料(预计合金烧损量为：Si约为0.5％；Y约为1.0％)；熔炼时可以首先将电阻坩埚炉预热到200～400℃，然后加入工业纯铝及Al-Y中间合金，升温至炉料全部化清，并调整炉内溶液温度至550～800℃，然后加入工业硅，关闭炉盖至工业硅完全熔化，并可以加入覆盖剂；然后精炼，并可以搅拌使合金均匀化；(除去覆盖剂)并加入除气剂除气，之后除去合金液表面熔渣。

涂层用靶极外套(1)的铸造工艺中，所述更优选的熔炼工艺是：所述电阻坩埚炉为石墨坩埚，将石墨坩埚预热到250～350℃，然后加入工业纯铝及Al-Y中间合金，升温至炉料全部化清，并调整炉内溶液温度至650～750℃，然后加入工业硅，关闭炉盖至工业硅完全熔化；然后在保证合金液均匀化的条件下精炼除去合金液表面熔渣；加入六氯乙烷除气，加入量为合金总量的0.1％～2％。

所述浇注工艺是：首先将金属模具(4)预热，然后按照要求组合模具并浇注。所述优选的浇注工艺可以是：首先将金属模具(4)预热到250～550℃并保温直至金属模具(4)各处温度均匀再进行浇注；浇注过程可以是：打开炉盖，除去表面氧化皮；盛出合金液，待浇包内合金液温度为650～800℃时浇注，同时浇注时金属模具(4)温度应控制在200～350℃之间；待铸件冒口凝固后，开启金属模具(4)取出外套(1)。

所述浇注工艺优选可以是：在浇筑之前，先在金属模具(4)的金属内芯(401)上喷涂石墨涂料，在金属模具外套(402)上喷涂氧化锌涂料，上述涂料层要求厚度均匀，涂层总厚度不超过0.4mm；然后清理金属模具(4)表面灰尘及附着的涂料，然后组合金属模具(4)，准备浇注；所有使用的浇注工具应喷涂氧化锌涂料，并加热至350℃以上(优选350～600℃)，然后降至室温使用。

优选的浇注过程是：先将金属模具(4)在炉中加热至380～420℃，并保温0.5小时以上；打开炉盖后首先除去表面氧化皮，然后用干燥的浇包盛出合金液，进行测温，待包内合金液温度为700～750℃时浇注，同时浇注时金属模具(4)温度应控制在230～320℃之间；待铸件冒口凝固后，开启金属模具(4)取出外套(1)。

以上所述涂层用靶极外套的铸造工艺的优点是：针对新型的涂层用靶极，本发明工艺方法可操作性强、效果好、简单实用，具有极大的推广和应用价值。

在外套铸造工艺中的其他相关问题研究：

1、铝钇中间合金的配制

金属钇的熔点为1450℃，密度为6.07，晶型为密排六方；金属铝的熔点的660℃，密度为2.7，晶型为面心立方，由于面心立方晶格中位错动能较小，易产生位错，而位错为离子在基体中迁移提供了通道，因此Y离子是可以扩散到Al基体中的，根据Al-Y合金相图，实际应用中基本可用的范围是：Y原子量比2～5％(重量百分比6～20％)，此时合金液相线温度约620～660℃左右；参见图3，优选的数据是：Y原子量比在2.8％(重量百分比10％)左右时，可形成共晶，更有利于下一步合金的熔炼，此时合金液相线温度在约640℃左右，因此我们可以优选Y重量百分比约为10％的Al-Y合金作为熔炼的中间合金。

由于钇极其活泼，在大气中极易氧化，同时高温下，钇与一般的氧化物耐火材料都发生化学反应，因此我们选用水冷铜坩埚真空感应炉进行铝钇中间合金的配制。通过多次试验，确定的配制工艺如下：按比例在坩埚中加入高纯铝和纯钇，抽真空，当真空度达到约2×10^-1Pa时送电，控制温度在约900℃左右(±20℃)，待合金完全熔化后，降温至700℃左右(±20℃)。然后再送电，通过电磁搅拌作用使成分均匀化，并迅速浇注在钢锭模中，冷却后破真空取出，保存于密封筒中待用。

按照以上的优选参数进行操作后，经过化学分析，中间合金的具体成分如下：Y约为10.01％；Fe约为0.079％；Al是基体金属。

2、外套(1)的质量控制

1)对铸造完成后的外套(1)进行X射线检查，允许缺陷标准应符合GB9438-88中I类铸件规定，铸件内部无任何缺陷，附合美国AA-CS-M5-85铝合金铸件分极标准中A级(最高级)铸件的要求，X光检测可以采用美国ASTM E-155铝、镁合金铸件探伤标准。

2)铸件经机械加工后，加工表面无任何缺陷。

3)铸件本体取样进行化学成分分析，在某次试验中的结果如下：

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％

通过化学成分分析可知，铸造成形的外套(1)成分均匀。另外，由于Al-Y中间合金在进入铝液后马上就被铝液所包覆，无法与空气接触，同时由于覆盖剂的作用及合金温度控制，因此合金元素Y的烧损很小。

化学分析方法按GB/T 6987-86每炉取一个进行，由供方按炉号提供碎屑。如果第一次化学分析的结果不合格时，允许进行第二次化学分析。当第二次化学分析的结果仍不合格时，则对每一件进行化学分析。

4)我们对铸件本体进行扫描电镜分析，电镜分析结果如附图4～6。从附图4～6中可以看出，两种铸件中钇形态和分布基本一致，且都较均匀。国产件由于Y的含量较高，因此分布密度较大。另外，在硅的分布中，除初晶硅外，基体中存在分布均匀的硅-钇共生相，从图7Y-Si相图分析，该相可能是Y3Si5和Al3Y的混合体，由此可知，Y有阻碍Si初晶生长的作用，因此在不加变质剂的情况在，初晶硅也较细小。通过以上分析可知，铝钇合金外套铸件质量优异，合金成分均匀，内部组织性能良好。

铸造后钎焊前靶极材料的供应状态：提供的阴极靶材机械加工后不经热处理供应。

二)靶极的内套(2)的制作工艺

内套为冷却水套，要求材料致密，导热性好，通过化学分析得知，其化学成分为LY 12合金，因此选用LY12硬铝合金棒材经机械加工完全可以满足使用要求。内套采用LY12铝合金制造(可以是铸造)，化学成分应符合GB3191-82的要求。

具体而言内套(2)选用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分含量为：Cu：3.8～4.9％；Mn：0.3～0.9％；Mg：1.2～1.8％；Si≤0.5％；Fe≤0.5％；Zn≤0.3％；Ni≤0.1％；

三)靶极的外套(1)和内套(2)二者之间的固定连接方式优选方案是采用钎焊工艺固定的。外套(1)和内套(2)之间的钎焊工艺是本发明的关键技术之一，为保证靶极外套(1)的良好工作状态，外套(1)和内套(2)之间的钎焊层(3)必须具有良好的导热及导电性能，同时钎焊层(3)与外套(1)和内套(2)之间必须结合紧密，没有间隙，否则，靶极工作时，在大电流的作用下，间隙处会产生过热现象，造成局部材料熔化，从而导致工作失效。内外套之间的间隙(被钎焊层(3)填满，所述间隙值就对应着钎焊层(3)的厚度)为0.3～2mm(优选为0.8～1mm)，因此要取得良好的钎焊效果，就必须有高质量的钎焊工艺来保证。

所述外套(1)与内套(2)二者之间钎焊选用焊料优选为Pb基材料，优选的组成配比如下：按照重量百分比，除Pb之外的其它成分的质量百分含量为：Sn：38～42％；Sb：1.3～2.3％；杂质≤0.5％。

表1优选的钎焊料的化学成分(％)

元素	Sn	Sb	Pb	Cu	As	S	Fe	Zn	Ni	Al
											含量	39-41	1.5-2.0	基体	≤0.08	≤0.05	≤0.02	≤0.05	≤0.002	≤0.1	≤0.005

按以上成分配制钎焊料并熔化，搅拌均匀后浇注成条形试样进行化学成分分析和铣削加工以检查成分的均匀性和材料的致密性，测量熔点，其熔点为280℃，其化学成分见表2。

表2钎焊料化学成分

由表2可知，该钎焊料的成分均匀且烧损极少。由于该钎焊料的密度太大，通过X-射线无法检验其内在质量，所以我们通过对试样以0.5mm为进刀量，逐层进行铣削加工，并用放大镜观察加工表面，结果未发现任何缺陷，说明钎焊料的内部质量非常致密。

涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，钎焊原料选用工业纯铅、工业纯锡和工业纯锑；熔化设备是自动控温电阻炉、石墨坩埚和烘箱；所述外套(1)与内套(2)二者进行钎焊的过程是：首先对外套(1)与内套(2)进行表面活化处理以减小焊料与外套(1)之间和焊料与内套(2)之间的湿润角，然后将它们装卡在钎焊工装上实施钎焊操作。

靶极材料的表面活化工艺的研究：

由于外套(1)与内套(2)二者之间的间隙很小(优选只有0.8mm～1mm)，因此为保证钎焊质量，要求焊料与内外套的润湿角越小越好，最好对内套外表面与外套内表面预先进行表面活化处理。

由于金属锡与焊料(Pb、Sn、Sb合金)的润湿角为0，可完全润湿，因此我们选择了外套(1)与内套(2)表面镀锡，但由于锡与铝基体之间的结合力小，渗透性差，所以采用了先在Al基体表面镀铜，然后在铜表面镀锡的复合工艺。最终，使用该工艺在内套(2)的外表面和外套(1)的内表面均匀的镀上一层优选厚度约为5-8μm的铜镀层及在铜镀层表面镀上一层优选厚度约为10-15μm，结合紧密的锡镀层，见图8。

涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺过程是：将预先经过表面活化处理的靶极的外套(1)和内套(2)装卡密封，然后将其放入烘箱中，在230～350℃条件下保温至少0.5小时；然后熔化焊料，在350～450℃条件下熔化Pb，然后依次加入Sn、Sb，完全熔化后搅拌均匀，并在270～390℃条件下保温；对上述过程处理过的靶极组件和焊料同时进行钎焊浇注，预热温度230～350℃，浇铸温度270～390℃；浇注完成后，冷却，卸去卡具。

涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺优选内容是：将预先经过表面活化处理的靶极的外套1和内套2装卡密封，然后将其放入烘箱中，在280～300℃条件下保温至少1～4小时；然后熔化焊料，在350～450℃条件下熔化Pb，然后依次加入Sn、Sb，完全熔化后搅拌均匀，并在270～390℃条件下保温；对上述过程处理过的靶极组件(包括靶极的外套1和内套2)和焊料同时进行钎焊浇注，预热温度280～300℃，浇铸温度320～340℃。

涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：采用专用工装(8)用来对靶极的外套(1)和内套(2)进行装卡和密封，所述专用工装(3)的结构主要是有以下几个部分构成：固定底座(801)、紧固螺栓(802)、浇口杯(803)；为便于钎焊前的安装定位，还可以选用间隙针(804)。

本发明所述涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：在钎焊之前对靶极的外套(1)和内套(2)的表面活化处理是：对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀铜处理并在铜表面再进行镀锡处理。

化学镀铜工艺的研究：

1)新工艺化学镀铜的涂覆原理：同其它一般的化学镀铜工艺一样，新工艺是借助适合的还原剂(次亚磷酸钠)使铜镀液中的游离态的铜离子还原成固态铜晶体涂覆在工件表面的一种方法。

2)化学镀铜的热力学条件：

化学镀铜发生在水溶液与具有催化活性的固体界面，由还原剂将铜离子还原成金属铜层。镀液中化学反应方程式为：

Cu²⁺+NaH₂PO₂+3OH→Cu+NaH₂PO₂+2H₂O

E⁰＝ψ⁰Cu²⁺/Cu-ψ⁰NaH₂PO₂/NaH₂PO₂

由于次亚磷酸钠的电位比铜离子的电位负，所以从热力学上判断，用次亚磷酸钠还原铜离子是可行的。

人们希望化学镀铜的反应只发生在工件表面，但是，从热力学上看，化学镀铜体系本质上是不稳定的。如果存在活化核心、杂质或某些金属微粒，就随时可能导致在溶液本体内发生氧化还原反应。正常浓度的络合剂并不能阻止镀液的自发分解，为防止这个问题，镀液中必须添加稳定剂。稳定剂的加入量很小，它们优先吸附在活性核心表面阻止其与还原剂反应；如果稳定剂加入量过多，化学镀铜可能会完全停止。

有时镀液中添加络合剂之后，镀速十分缓慢，加入某种添加剂增加镀速至适当水平，又不至于损害镀液的稳定性，这类添加剂统称为促进剂。

总之，在水溶液中用次亚磷酸钠做还原剂还原铜离子是满足热力学条件的。在碱性溶液中对化学镀铜反应有利，但是镀液中必须含有适当的络合剂、缓冲剂和稳定剂。

3)化学镀铜的动力学：

除热力学上成立之外，化学反应还必须满足动力学条件。化学镀铜如同其它催化反应一样需要热能才能使反应进行，这是化学镀液达到一定温度时才有镀速的原因。理论上化学镀铜的速度可以用反应产物浓度增加和反应物浓度的减少来表达。由于实际使用的化学镀铜液中含有某些添加剂，以便稳定镀液和提高镀层性能。但是这些添加剂的存在使得影响因素过多，因此情况变得相当复杂。科学工作者提出了各种化学沉积的机理、假说，试图对化学镀铜的实验事实作出合理的解释，增加对化学镀铜现象的本质的认识。本课题综合前人研究成果，根据实验所测数据，提出如下的动力学模型：

化学镀铜阴极反应即铜离子还原历程的可能性如下：

[CuEDTA]^2-+e^-＝Cu⁰+EDTA^4-                            (A)

阴极部分的极化曲线的Tafel斜率为-163.5mv/dec。基于双电子跃迁需要非常高的活化能，因此机理(A)被排除。对于机理(C)，与实测电化学参数不符，也不能成立。因此铜离子的还原历程只可能按机理(B)进行。即为双电子分步跃迁；

步骤为阴极反应的速度控制环节。

H₂PO₂ ^-+H₂O＝H₂PO₃ ^-+H⁺+2H_ad                        (D)

H₂PO₂ ^-→PO2-+2H_ad                                 (E)

2H_ad→H₂                                          (F)

上述反应在铜沉积过程中均同时发生，单个反应速度则决定于镀液组成、使用周期、温度及pH值等条件。

镀锡工艺研究：

在靶极材料的内外表面涂覆一层导电铜后，为了使涂层与钎焊料(铅锡锑合金，熔点280℃)有优良的润湿性能，在铜镀层的基底上再挂上一层锡，传统的挂锡工艺是手工挂锡，该工艺最大的缺点是锡层不均匀，由于外套(1)和内套(2)之间间隙很小(通常仅有0.8～1mm)，使用手工方法显然不行。

对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀铜处理的过程依次是：脱脂、浸重离子、退镀、化学镀铜，其中：脱脂配方构成是：OP乳化剂、Na₂CO₃、NaPO₃；按照质量百分比，其中Na₂CO₃为10～30％，NaPO₃：5～25％；脱脂工艺规范是：温度：40～80℃，时间：5～60min；

浸重离子配方构成是：复合添加剂、Ni²⁺、CO²⁺；其中：Ni²⁺、CO²⁺：30～70g/L；浸重离子工艺规范是：温度：15～30℃，时间：1～10min；

退镀液配方是：铬酸：4～18g/L，HCL：2～12g/L；退镀工艺规范是：温度：15～30℃，时间1～2min。

化学镀铜的镀液成分与特性：新工艺的化学镀铜液主要成分有：铜盐、络合剂、还原剂、pH值调整剂、析出促进剂、微量添加剂、溶液稳定剂等。

化学镀铜的配方是：CuSO₄·5H₂O：60～90g/L；EDTA：80～150g/L；NaH₂PO₂·H₂O：20～80g/L；Cl，βγ：30～60g/L；Ni²⁺，Co²⁺：0.1～10g/L；2-MBT：0.1～10g/L；1，1-联吡啶：1～20mg/L；化学镀铜工艺规范是：pH：9～12；温度：60～70℃；镀速：8～10μm/h；时间：60～100min。

对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀铜处理的优选过程依次是：脱脂、水洗、浸重离子、退镀、水洗、化学镀铜、水洗、干燥，其中，水洗过程为采用去离子水室温水洗，时间优选为1～5min。

铜镀层成分与形态分析：该工艺下铜镀层主要有Cu、Ni、P、Co等组成，次亚磷酸钠作为化学镀铜的还原剂。Ni²⁺浓度的改变对镀层析出速度、镀层中Ni/Cu比值及电阻值的影响列于表3。从表3可知，增加镀液中Ni²⁺浓度，即提高镀层中Ni，P的含量，镀层中Ni/Cu比值低于镀液中Ni²⁺/Cu²⁺的比值，因而镀液中Cu²⁺更容易被还原。此外，镀层中Ni/Cu比值与电阻值成正比，有时添加剂的析出促进剂是Co²⁺而不是Ni²⁺，这种情况下Co/Cu低于加Ni²⁺时镀层中Ni/Cu比值。

表3Ni²⁺浓度对镀层析出速度、镀层中Ni/Cu比值及电阻值的影响

Cu<sup>2+</sup>浓度/mol·L<sup>-1</sup>	Ni<sup>2+</sup>浓度/mol·L<sup>-1</sup>	Ni<sup>2+</sup>/Cu<sup>2+</sup>/mol％	镀层析出速度/um/20min	镀层中Ni/Cu/mol	镀层电阻值/μΩ·cm<sup>-1</sup>
						0.0240	0.0020	7.7	1.76	3.0	17
0.0300	0.0025	7.7	2.95	4.6	19
						0.0240	0.0055	18.6	2.48	7.7	25
0.0300	0.0069	18.7	3.63	7.0	20
						0.0100	0.0030	23.1	1.03	9.8	92
0.0200	0.0050	20.0	2.21	8.7	40
						0.0500	0.0040	44.4	0.44	25.0	410
0.0150	0.0100	40.0	2.14	17.7	66
						0.025	0.0045	64.3	0.27	46.3	1100
0.0100	0.0150	60.0	1.54	33.0	248
						0	0.0250	100.0	0.33	100	1980
0	0.0050	100.0	0.15	100	4000

一般的化学镀铜层表面形态相当粗糙，并且容易形成粒状晶体，但如果增加镀液中Ni²⁺的浓度、升高PH值，且采用次亚磷酸钠作为还原剂，镀铜层的表面形态就有很大程度的改善。可获得的镀层平滑、晶粒细小、与靶极材料的吸附力增加。加入硫脲、2-MBT等表面活性剂会得到针状结晶的铜镀层，这是其它化学镀铜法无法比拟的。

镀层结合力分析：镀层结合力是指镀层与基体金属(或中间镀层)的结合强度，即单位表面积的镀层从基体金属(或中间镀层)上剥离所需要的力，是镀层重要的力学性能之一。镀层结合力不良会引起镀层剥落，不仅直接影响外观质量，而且镀层的防护性和功能性(如导电、耐磨、焊接性等)，所以镀层结合力不合格，则无须进行其它性能的检验。

在靶极材料(尤其铝钇合金)镀铜镀层的结合力很差，采用一般的二次浸锌法根本无法满足要求。为此本课题采用最新浸涂配方-浸重离子配方。在化学镀铜之前，对靶极材料浸涂重离子，退除后使靶极材料表面活化，以便获得良好的结合力。

采用热震法对镀铜后的靶极材料进行试验，即将靶极材料加热到约600℃，保温1～1.5h，取出后水淬，铜镀层没有剥落，这说明由该工艺所获得的铜镀层结合力良好。

涂层用靶极材料钎焊工艺优选内容：对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀锡处理：

化学镀锡工艺研究：

所述涂层用靶极材料钎焊工艺方法，其特征在于：对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀铜处理之后和镀锡处理之前进行化学浸锡处理。

浸锡是把工件浸入含有锡金属盐的溶液中，按化学置换原理在工件表面沉积出金属锡层。它与一般的化学镀原理不同，浸锡液中不含还原剂。铜的电位(E⁰Cu²⁺/Cu＝0.34v)比锡(E⁰Sn²⁺/Sn＝-0.14v)正，因而从热力学原理判定从镀铜层上不可能置换出锡，即不能实现浸锡。要实现在镀铜层浸镀锡必须加入铜离子络合剂，如硫脲，柠檬酸、氰化物等。它们与Cu²⁺形成稳定络合物以后使铜的电位大幅度负移。当络合剂的浓度达到一定数值时，置换反应可以发生，在铜镀层上沉积出锡。实验表明浓度约为2.0mol/L的硫脲浓度最佳，该置换反应可写成：Sn²⁺Cu N₂H₄CS→Sn↓+Cu²⁺。硫脲还有改善镀层质量、提高结合力的作用。

浸锡过程中发生两个副反应使Cu²⁺增多，Cu²⁺的聚集会影响镀液寿命和镀层的可焊性，因此应尽量避免空气对Cu的氧化作用

2Cu+O₂＝2CuO

及Cu²⁺对Cu的溶解

Cu²⁺+Cu＝2Cu⁺

所述在铜镀层上进行化学浸锡的配方和工艺规范：Sn²⁺：10～20g/L；HCl：10～20g/L；N₂H₄CS：35～50g/L；温度：50～80℃；时间：1～2min。

化学浸锡法的缺点是只能在镀铜层上沉积厚度有限的锡层(一般只有约0.5μm)，为此须在浸锡层上化学镀锡。

本工艺采用还原剂法化学镀锡，具体过程是：选用如下配方：SnCl₂：3～15g/L，柠檬酸钠：50～150g/L，EDTA二钠：5～30g/L，NaCH₃COO：5～20g/L，TiCl₃：5～25ml/L，苯磺酸：0.2～5ml/L；工艺参数如下：pH：8.0～10.0，温度：70～130℃。

镀液中柠檬酸钠是Sn²⁺的络合剂，浓度大于120g/L，则镀速降低，而小于80g/L镀液不稳定，以约100g/L为最佳。EDTA二钠阻止Ti³⁺氧化，其影响与柠檬酸盐相同，浓度过低过高都不好，以约15g/L为宜。NaAC对沉积速度影响不大，但有利于提高镀液的稳定性。

表面活化工艺效果分析：通过采用化学镀铜新工艺及前处理工艺，成功地在靶极材料上涂覆功能性导电铜层，且结合力良好；通过采用浸锡、化学镀锡工艺，活化了靶极表面，经钎焊证明，表面活化效果较好，内外套间钎料充满情况理想，X射线检测合格。

以上所述钎焊过程工艺效果明显优于现有技术中靶极的钎焊工艺。

三、利用上述靶极材料进行涂层涂镀举例：

所使用的涂层靶极如上所述，其是挥发阴极材料，所述靶极材料由外套(1)、内套(2)组成，内套(2)安装在外套(1)内部，二者之间为固定连接；其中：靶极外套材料为铸造的Al-Si-Y合金；靶极的内套(2)为冷却水套，其材料可以选用LY11；靶极的外套(1)和内套(2)之间如上所述优选采用钎焊工艺固定连接。

所述靶材用于涂敷高温和腐蚀性等条件下的工件，以提高表面的高温抗氧化、抗腐蚀性能，从而提高工件的使用性能。

因为所述涂层采用含有硅、钇耐热元素的铝合金阴极靶材作为涂层材料，用现有技术中的涂镀工艺，在零件表面涂镀涂层，在工件表面形成Al-Si-Y扩散合金化高温防护涂层，高温等环境下的防护。

涂层的金相检测：对经过涂层涂覆相关操作的工件，在规定位置，用线切割切取金相试样，在金相显微镜下观察。以检查涂层厚度和涂层连续、扩散界面是否合格。(参见图10、图11)检查后可知质量达到预期要求。

涂层成分分析：

1)涂层涂镀后，其化学成分分析结果见下表4。从表4可以看出，涂镀后涂层的成分符合靶材的成分范围要求。

表4

元素	Si	Y	Al
				涂层材料成分	4.97	1.73	余
靶材成分范围	4.5～5.5	1.1～1.8	余

涂层的相结构分析(见图12)：涂层的X-光相分析，从图12结果可知，所述涂层的相结构为NiAl相，是抗高温氧化的标准相结构。

涂层的高温抗氧化、抗腐蚀性能试验：

1)涂层1100℃恒温氧化性能试验：

样品尺寸为20×15×3mm，恒温氧化试验在静态空气中进行，将样品放入预先加热称重的氧化铝坩埚中，置于预加热到1100℃的马沸炉中进行氧化实验，每20h取出冷却至室温后称重。分析图13可见：涂层氧化40小时进入缓慢增长阶段。从图14、15可以得出，涂层经过1100℃恒温氧化100小时后，涂层表面生成氧化层均以Al₂O₃为主，有少量的NiO存在。即涂层在1100℃恒温氧化过程中表现出良好的抗氧化性能，表面形成了完整的氧化物保护层，抗恒温氧化性能良好。

2)涂层1000℃循环氧化性能试验：循环氧化试验在垂直的管式炉中进行，在1000℃保温50min，然后在空气中冷却10min，为一个循环，共100次，每隔一定的次数称量样品重量。由图16可以得出，在1000℃循环氧化过程中，涂层具有良好的的循环氧化性能。

3)涂层热腐蚀性能试验：

浸盐热腐蚀试验采用坩埚法，将样品完全浸入850℃的75％Na₂SO₄+25％K₂SO₄混合熔盐中，每隔一定时间后取出，在沸水中煮去表面的盐份后称重，观察外表，换新盐进行下一周期试验。参见图17。

图18、19为涂层在850℃75％Na₂SO₄+25％K₂SO₄中腐蚀10小时后的表面和截面形貌；涂层表面生成氧化层以Al₂O₃为主，有少量的NiO存在，表面氧化层有少量的剥落。图20、21为涂层在850℃75％Na₂SO₄+25％K₂SO₄中腐蚀60小时后的表面和截面形貌。涂层表面生成氧化层仍是由Al₂O₃和少量的NiO组成，但表面氧化层更加疏松，剥落严重，局部可见有球状的NiS生成。

由图18～21可以得出，涂层在850℃75％Na₂SO₄+25％K₂SO₄中腐蚀10小时后，表面氧化层有少量的剥落；腐蚀60小时后，氧化层较疏松，剥落严重，在熔盐中均受到了较重的热腐蚀。

结论：涂层成分、厚度、相结构及高温抗氧化、抗腐蚀性能达到设计要求，明显优于现有技术，获得了明显更好的技术效果。

附图说明：

图1为靶极材料结构示意图；

图2为铸造用金属模具结构示意图；

图3为Al-Y合金相图；

图4为Y LαX射线像×1000；

图5为二次电子像×1000；

图6为Si KαX射线像×1000；

图7为Y-Si相图；

图8为化学镀铜、镀锡结构图；

图9为靶极材料内外套钎焊工装结构示意图；

图10为涂层的金相组织一200×；

图11为涂层的金相组织二500×；

图12为涂层的X-光相分析；

图13为涂层在1100℃空气中的恒温氧化动力学曲线；

图14为涂层1100℃恒温氧化100小时后的表面形貌；

图15为涂层1100℃恒温氧化100小时后的截面形貌；

图16为涂层的1000℃循环氧化动力学曲线；

图17为涂层在850℃的腐蚀动力学曲线；

图18为涂层热腐蚀10小时的表面形貌；

图19为涂层热腐蚀10小时的截面形貌；

图20为涂层热腐蚀60小时的表面形貌；

图21为涂层热腐蚀60小时的截面形貌。

具体实施方式：

相关说明：图8中：金属基体(701)、镀铜层(702)、镀锡层(703)；图17中：腐蚀介质：75％Na₂SO₄+25％K₂SO₄)。

实施例1

本发明所述涂层用靶极，相关技术分述如下：

一、靶极组成：

所述靶极主要由外套(1)、内套(2)组成，内套(2)安装在外套(1)内部，二者之间为固定连接。其中：外套(1)选用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分质量百分比含量为：Si：4.5～5.5％；Y：1.1～1.8％。内套(2)为冷却水套，要求材料致密，导热性好；所述外套(1)与内套(2)之间的间隙为0.3～2mm，所述外套(1)与内套(2)二者之间的固定连接形式优选为钎焊。所述的间隙在钎焊操作后用焊料填满，所以钎焊层(3)的厚度即对应着以上的间隙值。钎焊选用焊料优选为Pb基材料。所述靶极的结构尺寸优选如下：外套厚度为5～40mm；内套厚度为1～20mm；

二、靶极制造工艺

一)外套制造工艺

涂层用靶极的外套(1)可以为铸造件。靶极外套材料为铸造的Al-Si-Y合金。冶炼阴极靶的外套用Y中间合金可以采用真空感应炉熔炼；外套毛坯可以采用金属型铸造、底注式浇注的方法制造。

靶极材料的外套(1)的铸造工艺：

所述涂层用靶极材料的外套(1)可以选用如下的原材料进行制造：工业纯铝、工业硅、Al-Y中间合金。所述外套(1)的铸造过程为：首先熔炼原材料，然后在金属模具(4)中浇注成型。

金属模具(4)主要由金属内芯(401)、金属模具外套(402)和金属底模(403)组成；其中金属内芯(401)和金属模具外套(402)都与金属底模(403)配合安装，且金属内芯(401)安装在金属模具外套(402)内部。与金属模具(2)相配合的还可以有砂型上盖(5)和浇口杯(6)。

所述涂层用靶极外套(1)的铸造工艺分为原料熔炼和浇注两大步骤：所述熔炼工艺是：选用电阻坩埚炉作为熔炼设备，首先将坩埚预热，然后放入熔炼原料进行熔炼；

原材料熔炼工艺是：选用电阻坩埚炉；按与成品靶材各成分含量相当的数值范围进行配料；熔炼时可以首先将电阻坩埚炉预热到200～400℃，然后加入工业纯铝及Al-Y中间合金，升温至炉料全部化清，并调整炉内溶液温度至550～800℃，然后加入工业硅，关闭炉盖至工业硅完全熔化，并可以加入覆盖剂；然后精炼，并可以搅拌使合金均匀化；(除去覆盖剂)并加入除气剂除气，之后除去合金液表面熔渣。

浇注工艺是：首先将金属模具(4)预热，然后按照要求组合模具并浇注。所述优选的浇注工艺是：可以首先将金属模具(4)预热到250～550℃并保温直至金属模具(4)各处温度均匀再进行浇注；

浇注过程可以是：打开炉盖，除去表面氧化皮；盛出合金液，待浇包内合金液温度为650～800℃时浇注，同时浇注时金属模具(4)温度应控制在200～350℃之间；待铸件冒口凝固后，开启金属模具(4)取出外套(1)。

二)靶极的内套(2)：内套为冷却水套，要求材料致密，导热性好。根据具体情况其可以选用铸造等方式进行制造。

三)所述靶极主要由外套(1)、内套(2)组成，内套(2)安装在外套(1)内部，二者之间的固定连接方式优选方案是采用钎焊工艺固定的。内外套之间的间隙被钎焊层(3)填满，所述间隙值就对应着钎焊层(3)的厚度。其中：所述外套(1)与内套(2)二者之间钎焊选用焊料优选为Pb基材料。

钎焊原料可以选用工业纯铅、工业纯锡和工业纯锑；熔化设备是自动控温电阻炉、石墨坩埚和烘箱；

所述外套(1)与内套(2)二者进行钎焊的过程是：优选首先对外套(1)与内套(2)进行表面活化处理(我们选择先在Al基体表面镀铜，然后在铜表面镀锡的复合工艺。)以减小焊料与外套(1)之间和焊料与内套(2)之间的湿润角，然后将它们装卡在钎焊工装上实施钎焊操作。

所述钎焊过程是：将预先经过表面活化处理的靶极的外套(1)和内套(2)装卡密封，然后将其放入烘箱中，在230～350℃条件下保温至少0.5小时；然后熔化焊料，在350～450℃条件下熔化工业纯铅，然后依次加入工业纯锡、工业纯锑，完全熔化后搅拌均匀，并在270～390℃条件下保温；对上述过程处理过的靶极组件和焊料同时进行钎焊浇注，预热温度230～350℃，浇铸温度270～390℃；浇注完成后，冷却，卸去卡具。

可以采用专用工装(8)用来对靶极的外套(1)和内套(2)进行装卡和密封，所述专用工装(3)的结构主要是有以下几个部分构成：固定底座(801)、紧固螺栓(802)、浇口杯(803)。

涂层用靶极材料钎焊工艺中，对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行表面活化的镀铜处理过程依时间顺序是：脱脂、浸重离子、退镀、化学镀铜，其中：

脱脂配方构成是：OP乳化剂、Na₂CO₃、NaPO₃；按照质量百分比，其中Na₂CO₃为10～30％，NaPO₃：5～25％；脱脂工艺规范是：温度：40～80℃，时间：5～60min；

浸重离子配方构成是：复合添加剂、Ni²⁺、CO²⁺；其中：Ni²⁺、CO²⁺：30～70g/L；浸重离子工艺规范是：温度：15～30℃，时间：1～10min；

退镀液配方是：铬酸：4～18g/L，HCL：2～12g/L；退镀工艺规范是：温度：15～30℃，时间1～2min。

化学镀铜的配方是：CuSO₄·5H₂O：60～90g/L；EDTA：80～150g/L；NaH₂PO₂·H₂O：20～80g/L；Cl，βγ：30～60g/L；Ni²⁺，Co²⁺：0.1～10g/L；2-MBT：0.1～10g/L；1，1-联吡啶：1～20mg/L；化学镀铜工艺规范是：pH：9～12；温度：60～70℃；镀速：8～10μm/h；时间：60～100min。

采用热震法试验，即将靶极材料加热到约600℃，保温1～1.5h，取出后水淬，铜镀层没有剥落，这说明由该工艺所获得的铜镀层结合力良好。

表面活化工艺过程中，本工艺采用还原剂法化学镀锡，具体过程是：选用如下配方：SnCl₂：3～15g/L，柠檬酸钠：50～150g/L，EDTA二钠：5～30g/L，NaCH₃COO：5～20g/L，TiCl₃：5～25ml/L，苯磺酸：0.2～5ml/L；工艺参数如下：pH：8.0～10.0，，温度：70～130℃。

实施例2

本发明所述涂层用靶极，相关技术分述如下：

一、靶极组成：

所述靶极主要由外套(1)、内套(2)组成，内套(2)安装在外套(1)内部，二者之间为固定连接。其中：外套(1)选用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分质量百分比含量为：Si：4.5～5.5％；Y：1.1～1.8％；外套材料中其它成分有优选要求，例如Fe≤0.25％。内套(2)为冷却水套，要求材料致密，导热性好；优选用Al基材料，按照重量百分比，除Al外的其它成分含量为：Cu：3.8～4.9％；Mn：0.3～0.9％；Mg：1.2～1.8％；Si≤0.5％；Fe≤0.5％；Zn≤0.3％；Ni≤0.1％；所述外套(1)与内套(2)之间的间隙优选为0.8～1mm，所述的间隙在钎焊操作后用焊料填满，所以钎焊层(3)的厚度即对应着以上的间隙值。

所述外套(1)与内套(2)二者之间的固定连接形式优选为钎焊。钎焊选用焊料优选为Pb基材料，按照重量百分比，优选例可以是：除Pb之外的其它成分含量为：Sn：38～42％；Sb：1.3～2.3％；杂质≤0.5％。

所述靶极材料成品的结构尺寸优选如下：外套厚度优选为10～30mm；内套厚度优选为2～8mm。

二、靶极制造工艺

一)外套制造工艺

涂层用靶极的外套(1)可以为铸造件：靶极外套材料为铸造的Al-Si-Y合金。冶炼阴极靶的外套用Y中间合金可以采用真空感应炉熔炼；外套毛坯可以采用金属型铸造、底注式浇注的方法制造。

靶极材料的外套(1)的铸造工艺：所述涂层用靶极材料的外套(1)可以选用如下的原材料进行制造：工业纯铝、工业硅、Al-Y中间合金；所述原料组成按照重量百分比优选可以是如下方案：工业硅的含量成分为：Si约为99％，Fe约为0.3％，Al约为0.3％，Ca约为0.05％；Al-Y中间合金的含量成分为：Y约为10％，Fe≤0.15％，其它杂质总和≤0.5％。

外套(1)的铸造过程为：首先熔炼原材料，然后在金属模具(4)中浇注成型。

金属模具(4)主要由金属内芯(401)、金属模具外套(402)和金属底模(403)组成；其中金属内芯(401)和金属模具外套(402)都与金属底模(403)配合安装，且金属内芯(401)安装在金属模具外套(402)内部。与金属模具(2)相配合的还可以有砂型上盖(5)和浇口杯(6)。

在浇筑之前，先在金属模具(4)的金属内芯(401)上喷涂石墨涂料，在金属模具外套(402)上喷涂氧化锌涂料，上述涂料层要求厚度均匀，涂层总厚度不超过0.4mm；然后清理金属模具(4)表面灰尘及附着的涂料，然后组合金属模具(4)，准备浇注；所有使用的浇注工具应喷涂氧化锌涂料，并加热至350℃以上(优选350～600℃)，然后降至室温使用；

所述涂层用靶极外套(1)的铸造工艺分为原料熔炼和浇注两大步骤：

涂层用靶极外套(1)的铸造工艺中优选的原材料熔炼工艺是：选用石墨坩埚；使用前应清理坩埚，保证坩埚内及表面无任何其它材料；进一步优选按以下要求配料：Y按约1.8％配料，使用Al-Y合金(Y10％)配料，Si按约5％配料(预计合金烧损量为：Si约为0.5％；Y约为1.0％)；熔炼时可以首先将将石墨坩埚预热到250～350℃，然后加入工业纯铝及Al-Y中间合金，升温至炉料全部化清，并调整炉内溶液温度至650～750℃，然后加入工业硅，关闭炉盖至工业硅完全熔化；然后在保证合金液均匀化的条件下精炼除去合金液表面熔渣；加入六氯乙烷除气，加入量为合金总量的0.1％～2％。浇注时金属模具(4)温度应控制在200～350℃之间；待铸件冒口凝固后，开启金属模具(4)取出外套(1)。

优选的浇注过程是：先将金属模具(4)在炉中加热至380～420℃，并保温0.5小时以上；打开炉盖后首先除去表面氧化皮，然后用干燥的浇包盛出合金液，进行测温，待包内合金液温度为700～750℃时浇注，同时浇注时金属模具(4)温度应控制在230～320℃之间；待铸件冒口凝固后，开启金属模具(4)取出外套(1)。

二)靶极的内套(2)的制作工艺：

内套为冷却水套，要求材料致密，导热性好，其化学成分为LY12合金，因此选用LY12硬铝合金棒材经机械加工完全可以满足使用要求。内套采用LY12铝合金制造(可以是铸造)，化学成分应符合GB3191-82的要求。

具体而言，内套(2)优选用Al基材料，按照重量百分比，除Al之外的其它成分含量优选可以为：Cu：3.8～4.9％；Mn：0.3～0.9％；Mg：1.2～1.8％；Si≤0.5％；Fe≤0.5％；Zn≤0.3％；Ni≤0.1％；

三)所述靶极主要由外套(1)、内套(2)组成，内套(2)安装在外套(1)内部，二者之间的固定连接方式优选方案是采用钎焊工艺固定的。内外套之间的间隙(被钎焊层(3)填满，所述间隙值就对应着钎焊层(3)的厚度)优选为0.8～1mm。其中：所述外套(1)与内套(2)二者之间钎焊选用焊料优选为Pb基材料，优选的组成配比如下：按照重量百分比，除Pb之外的其它成分的质量百分含量为：Sn：38～42％；Sb：1.3～2.3％；杂质≤0.5％。

表1优选的钎焊料的化学成分(％)

元素	Sn	Sb	Pb	Cu	As	S	Fe	Zn	Ni	Al
											含量	39-41	1.5-2.0	基体	≤0.08	≤0.05	≤0.02	≤0.05	≤0.002	≤0.1	≤0.005

一种涂层用靶极材料钎焊工艺方法，钎焊原料选用工业纯铅、工业纯锡和工业纯锑；熔化设备是自动控温电阻炉、石墨坩埚和烘箱；

所述外套(1)与内套(2)二者进行钎焊的过程是：首先对外套(1)与内套(2)进行表面活化处理以减小焊料与外套(1)之间和焊料与内套(2)之间的湿润角，然后将它们装卡在钎焊工装上实施钎焊操作。

靶极材料的表面活化工艺的研究：

选择先在Al基体表面镀铜，然后在铜表面镀锡的复合工艺。使用该工艺在内套(2)的外表面和外套(1)的内表面均匀的镀上一层优选厚度约为5-8μm的铜镀层及在铜镀层表面镀上一层优选厚度约为10-15μm，结合紧密的锡镀层。

在钎焊之前优选对靶极的外套(1)和内套(2)的表面活化处理是：对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀铜处理并在铜表面再进行镀锡处理。

化学镀铜工艺：借助适合的还原剂(例如：次亚磷酸钠)使铜镀液中的游离态的铜离子还原成固态铜晶体涂覆在工件表面。

对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀铜处理的优选过程依次是：脱脂、水洗、浸重离子、退镀、水洗、化学镀铜、水洗、干燥；水洗过程为采用去离子水室温水洗，时间优选为1～5min；其中：

脱脂配方构成是：OP乳化剂、Na₂CO₃、NaPO₃；按照质量百分比，其中Na₂CO₃为10～30％，NaPO₃：5～25％；脱脂工艺规范是：温度：40～80℃，时间：5～60min；浸重离子配方构成是：复合添加剂、Ni²⁺、CO²⁺；其中：Ni²⁺、CO²⁺：30～70g/L；浸重离子工艺规范是：温度：15～30℃，时间：1～10min；退镀液配方是：铬酸：4～18g/L，HCL：2～12g/L；退镀工艺规范是：温度：15～30℃，时间1～2min。

新工艺的化学镀铜液主要成分有：铜盐、络合剂、还原剂、pH值调整剂、析出促进剂、微量添加剂、溶液稳定剂等。化学镀铜的配方是：CuSO₄·5H₂O：60～90g/L；EDTA：80～150g/L；NaH₂PO₂·H₂O：20～80g/L；Cl，βγ：30～60g/L；Ni²⁺，Co²⁺：0.1～10g/L；2-MBT：0.1～10g/L；1，1-联吡啶：1～20mg/L；化学镀铜工艺规范是：pH：9～12；温度：60～70℃；镀速：8～10μm/h；时间：60～100min。

采用热震法试验，将靶极材料加热到约600℃，保温1～1.5h，取出后水淬，铜镀层没有剥落，这说明由该工艺所获得的铜镀层结合力良好。

镀锡工艺研究：在靶极材料的内外表面涂覆一层导电铜后，为了使涂层与钎焊料(铅锡锑合金，熔点280℃)有优良的润湿性能，在铜镀层的基底上再挂上一层锡。

在浸锡层上化学镀锡，采用还原剂法化学镀锡，具体过程是：选用如下配方：SnCl₂：3～15g/L，柠檬酸钠：50～150g/L，EDTA二钠：5～30g/L，NaCH₃COO：5～20g/L，TiCl₃：5～25ml/L，苯磺酸：0.2～5ml/L；工艺参数如下：pH：8.0～10.0，，温度：70～130℃。其中：镀液中柠檬酸钠是Sn²⁺的络合剂，进一步的优选浓度为80～120g/L，以约100g/L为最佳。EDTA二钠浓度以约10～20g/L为更佳。

所述在铜镀层上进行化学浸锡的配方和工艺规范：Sn²⁺：10～20g/L；HCl：10～20g/L；N₂H₄CS：35～50g/L；温度：50～80℃；时间：1～2min。

涂层用靶极材料钎焊工艺方法，其特征在于：所述钎焊过程优选为：将预先经过表面活化处理的靶极的外套(1)和内套(2)装卡密封，然后将其放入烘箱中，在280～300℃条件下保温至少1～4小时；

然后熔化焊料，在350～450℃条件下熔化Pb，依次加入Sn、Sb，完全熔化后搅拌均匀，并在270～390℃条件下保温；对上述过程处理过的靶极组件(包括靶极的外套(1)和内套(2))和焊料同时进行钎焊浇注，预热温度280～300℃，浇铸温度320～340℃。浇注完成后，冷却，卸去卡具。

靶极材料钎焊工艺中可以采用专用工装(8)用来对靶极的外套(1)和内套(2)进行装卡和密封，所述专用工装(3)的结构主要是有以下几个部分构成：固定底座(801)、紧固螺栓(802)、浇口杯(803)；为便于钎焊前的安装定位，还可以选用间隙针(804)；

Claims (8)

1、一种涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：

所述靶极主要由外套(1)和内套(2)组成，内套(2)安装在外套(1)内部，二者之间用钎焊的方式形成固定连接；

其中：所述外套(1)与内套(2)二者之间钎焊选用焊料为Pb基材料按照重量百分比，除Pb之外的其它成分的质量百分含量为：

Sn：38～42％；

Sb：1.3～2.3％；

杂质≤0.5％。

2、按照权利要求1所述涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：钎焊原料选用工业纯铅、工业纯锡和工业纯锑；熔化设备是自动控温电阻炉、石墨坩埚和烘箱；

所述外套(1)与内套(2)二者进行钎焊的过程是：首先对外套(1)与内套(2)进行表面活化处理以减小焊料与外套(1)之间和焊料与内套(2)之间的湿润角，然后将它们装卡在钎焊工装上实施钎焊操作。

3、按照权利要求2所述涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：所述钎焊过程是：

将预先经过表面活化处理的靶极的外套(1)和内套(2)装卡密封，然后将其放入烘箱中，在230～350℃条件下保温至少0.5小时；

然后熔化焊料，在350～450℃条件下熔化Pb，然后依次加入Sn、Sb，完全熔化后搅拌均匀，并在270～390℃条件下保温；

对上述过程处理过的靶极的外套(1)和内套(2)进行钎焊浇注，靶极的外套(1)、内套(2)以及钎焊焊料的预热温度为230～350℃，浇铸温度270～390℃；

浇注完成后，冷却，卸去卡具。

4、按照权利要求3所述涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：所述钎焊过程是：

将预先经过表面活化处理的靶极的外套(1)和内套(2)装卡密封，然后将其放入烘箱中，在280～300℃条件下保温1～4小时；

然后熔化焊料，在350～450℃条件下熔化Pb，然后依次加入Sn、Sb，完全熔化后搅拌均匀，并在270～390℃条件下保温；

对上述过程处理过的靶极外套(1)和内套(2)进行钎焊浇注，预热温度280～300℃，浇铸温度320～340℃。

5、按照权利要求3所述涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：采用专用工装(8)用来对靶极的外套(1)和内套(2)进行装卡和密封，所述专用工装(8)的结构主要是有以下几个部分构成：

固定底座(801)、紧固螺栓(802)、浇口杯(803)

6、按照权利要求2所述涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：在钎焊之前对靶极的外套(1)和内套(2)的表面活化处理是：

对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀铜处理并在铜表面再进行镀锡处理。

7、按照权利要求6所述涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀锡处理的过程是：

选用如下配方：SnCl₂：3～15g/L，柠檬酸钠：50～150g/L，EDTA二钠：3～30g/L，NaCH₃COO：5～20g/L，TiCl₃：5～25ml/L，苯磺酸：0.2～5ml/L；

工艺参数如下：pH：8.0～10.0，温度：70～130℃。

8、按照权利要求7所述涂层用靶极材料的内外套钎焊工艺方法，其特征在于：对实施钎焊时钎焊焊料所能接触到的靶极的外套(1)和内套(2)表面部分进行镀铜处理之后和镀锡处理之前进行化学浸锡处理，所述化学浸锡处理过程是：

化学浸锡配方和工艺规范：

Sn²⁺：10～20g/L；HCl：10～20g/L；N₂H₄CS：35～50g/L；温度：50～80℃；时间：1～2min。

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