CN103924122A - 一种锆银合金靶材及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

一种锆银合金靶材及其制备方法与应用，涉及合金靶材。所述锆银合金靶材按质量百分比的组成为锆97％～99.5％，银0.5％～3％。将核级海绵态金属锆与银屑混合，得锆与银混合料；将锆与银混合料压制成电极后放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化；将每2个电极焊接成熔炼电极；将熔炼电极进行熔炼，得锆银一次锭；将锆银一次锭去头、平尾，每2个锆银一次锭焊接成锆银二次熔炼电极；将锆银二次熔炼电极进行熔炼，得锆银二次锭；将锆银二次锭热锻处理，消除在熔炼过程中产生的粗晶，使组织均匀化，再进行热处理后降温，按靶材的尺寸规格，加工所需的锆银合金靶材。制备的锆银合金靶材无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀。

Description

一种锆银合金靶材及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及合金靶材，尤其是涉及一种锆银合金靶材及其制备方法与应用。

背景技术

目前，在表面处理装饰行业中，普遍采用多弧锆靶来进行表面装饰镀膜，在镀膜过程中再通过通入反应气体比如氮气、氩气、乙炔等来获得各种具有优异耐蚀性能的装饰性颜色膜层。而抗菌膜层通常是采用溅射一层银膜来达到抗菌抑菌效果，但由于银在大气中的稳定性差，耐蚀性能差，而导致产品的颜色变色和表面发生腐蚀，严重影响产品的外观质量，而不能够在实际中得到应用。

中国发明专利200910060257提供了一种锆钇合金靶件的制备方法，通过真空感应熔炼,在熔炼过程充氩抑制挥发,加热炉保温浇注成型制成锆钇合金锭,再通过包覆热轧、淬火热处理、去应力退火热处理得到锆钇合金靶件。

中国发明专利200910008925公开了一种银-金合金靶材、其制造方法及应用，所述制造方法包括将一靶材原料置入一熔炼炉中加热至熔融；将熔融后的熔汤进行浇铸；将浇铸后所形成的铸锭进行热锻；将热锻后所形成的胚体进行冷轧延；将冷轧延后的胚体进行热处理,以获得晶粒细小的银-金合金靶材。

锆的熔点为1852℃，锆非常容易别氧化，银的熔点为960.8℃，高纯度的锆银合金靶材很难采用常规的真空感应熔炼技术或者粉末冶金的方法来获得。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对锆银合金靶材的特征，提供可得到无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀的一种锆银合金靶材及其制备方法与应用。

所述锆银合金靶材按质量百分比的组成为：锆97％～99.5％，银0.5％～3％。

所述锆银合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

1)将核级海绵态金属锆与银屑混合，得锆与银混合料；

2)将步骤1)得到的锆与银混合料压制成电极后放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化；

3)将步骤2)得到的每2个电极焊接成熔炼电极；

4)将步骤3)得到的熔炼电极进行熔炼，得锆银一次锭；

5)将步骤4)得到的锆银一次锭去头、平尾，每2个锆银一次锭焊接成锆银二次熔炼电极；

6)将步骤5)得到的锆银二次熔炼电极进行熔炼，得锆银二次锭；

7)将步骤6)得到的锆银二次锭热锻处理，消除在熔炼过程中产生的粗晶，使组织均匀化，再进行热处理后降温，按照靶材的尺寸规格，加工出所需的锆银合金靶材。

在步骤1)中，所述银屑的纯度可为99.99％。

在步骤2)中，所述电极的质量可为4.4～8.0kg。

在步骤3)中，所述焊接可采用钨极氩弧焊焊接。

在步骤4)中，所述熔炼可将步骤3)得到的熔炼电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为85mm的铜坩埚，熔炼的电流可为2.5～3.0kA，工作真空度可为0.03～0.09Pa；所述锆银一次锭的直径可为85mm。

在步骤5)中，所述去头、平尾可采用车床去头、平尾；所述焊接可采用钨极氩弧焊焊接。

在步骤6)中，所述熔炼可将步骤5)得到的锆银二次熔炼电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为130mm的铜坩埚，熔炼的电流可为4.0～4.6kA,工作真空度可为0.03～0.09Pa；所述锆银二次锭的直径可为130mm。

在步骤7)中，所述热锻处理的温度可为1150℃；所述热处理的温度可为600～650℃，热处理的时间可为40～60min；所述降温可采用空冷降温；所述加工可采用油冷方式机械加工。

所述锆银合金靶材可在制备表面要求具有抗菌功能的卫浴、家电、汽车等产品中应用。

如在卫浴产品中应用，将清洗干净并烘干处理后的已电镀好卫浴产品挂到PVD镀膜用的挂具上，并直接挂进PVD炉中进行PVD镀抗菌层，具体步骤、工艺如下：

(A)抽真空，当真空度到达3×10^-2Pa时进行等离子辉光处理，其工艺为离子源电流0.3～0.8A，偏压80～200V，占空比20％～50％，氩气流速100～300SCCM，处理时间为5～10min，以达到进一步清洗洁净之目的；

(B)进行抽真空，当真空度到达5×10^-3Pa时，进行PVD多弧镀膜，所述多弧镀膜工艺条件可为，电源电流100～120A，沉积时间2～5min，偏压80～150V，占空比20％～50％，氩气流速100～200SCCM，氮气气流速0～200SCCM，所述PVD多弧镀膜的靶材为本发明的锆银合金靶材；

(C)放气、出炉、取下样品及获得所需的具有抗菌功能的卫浴产品。

按照上述方式镀膜技术可获得在家电、汽车等领域所需抗菌镀膜的产品。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明工艺简单，成本低廉，采用本发明的方法可制得无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀的锆银合金靶材。

1)锆银合金靶材在实际卫浴产品真空镀膜中应用，获得的优异的抗菌性能，所获得的样品送到广东省微生物分析检查中心依据JIS Z2801:2000标准进行抗菌检测，其金黄色葡萄球菌抗菌率为99.9％。

2)本发明的锆银合金靶材在卫浴产品上进行真空镀膜后使得产品的性能能够满足目前卫浴领域高端客户的产品耐蚀性要求，能够通过按照卫浴行业标准：CASS(防腐蚀测试ASTMB368-09)8h测试和AASS(盐雾测试ASTM G85-9)48h测试。

3)本发明的锆银合金靶材适合于卫浴、家电、汽车等零件的绿色环保表面处理领域，特别是表面要求抗菌功能的领域。

4)本发明通过后续的热锻造技术、热处理、机械加工技术来获得所需规格的锆银合金靶材。本发明制备得到的锆银合金靶材无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀。

具体实施方式

实施例1

本发明涉及一种锆银合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)、称料混料：将核级海绵态金属锆(锆的纯度为99.8％)与纯度为99.99％的银屑按照质量百分比锆为98％，银为2％称取、混合；

(2)、电极压制：将混合好的金属锆与银合金料放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化，将配好的锆银料均匀放入压机中压制成电极，每个电极控制在6kg，其中锆与银混合均匀布料，压制好的电极放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化；

(3)、焊接电极：将压制好的两个电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；

(4)、真空自耗熔炼一次锭：将焊接好的锆银电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流为2.8kA,工作真空度为0.09Pa，采用直径为85mm的铜坩埚，熔炼出直径85mm的锆银一次锭；

(5)、焊接二次熔炼电极：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每2个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

(6)、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的锆银二次电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流为4.2kA,工作真空度为0.09Pa。采用直径为130mm的铜坩埚，熔炼出直径130mm的锆银二次锭。

(7)、热锻处理：将获得的二次锭，在1150℃下进行热锻，消除在熔炼过程中产生的粗晶，使组织均匀化；

(8)、热处理，将热锻后的锭进行热处理，温度为630℃，时间为50min。然后空冷降温。

(9)、锆银合金靶材的制备；按照靶材的尺寸规格:直径10cm，高4cm，采用油冷方式机械加工出所需的锆银合金靶材。

(10)、本发明获得的锆银合金靶材的实际应用：如卫浴产品表面要求具有抗菌功能。

其制作方面如下，将清洗干净并烘干处理后的已电镀好卫浴产品挂到PVD镀膜用的挂具上，并直接挂进PVD炉中进行PVD镀抗菌层，具体步骤、工艺如下：

(A)抽真空，当真空度到达3×10^-2Pa时进行等离子辉光处理，其工艺为离子源电流0.8A，偏压80V，占空比20％，氩气流速300SCCM，处理时间为10min，以达到进一步清洗洁净之目的；

(B)进行抽真空，当真空度到达5×10^-3Pa时，进行PVD多弧镀膜，所述多弧镀膜工艺条件可为，电源电流100A，沉积时间5min，偏压80V，占空比20％，氩气流速100SCCM，氮气气流速200SCCM，所述PVD多弧镀膜的靶材为本发明的锆银合金靶材；

(C)放气、出炉、取下样品及获得所需的具有抗菌功能的卫浴产品。

所获得的样品送到广东省微生物分析检查中心依据JIS Z2801:2000标准进行抗菌检测，其金黄色葡萄球菌抗菌率为99.94％。

检测结果如表1所示。

表1

所获得产品按照卫浴行业标准：CASS(防腐蚀测试ASTM B368-09)8h测试和AASS(盐雾测试ASTM G85-9)48h进行测试。测试结果都通过。

实施例2

本发明涉及一种锆银合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)、称料混料：将核级海绵态金属锆(锆的纯度为99.8％)与纯度为99.99％的银屑按照质量百分比锆为97％，银为3％称取、混合；

(2)、电极压制：将混合好的金属锆与银合金料放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化，将配好的锆银料均匀放入压机中压制成电极，每个电极控制在4.4kg，其中锆与银混合均匀布料，压制好的电极放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化；

(3)、焊接电极：将压制好的两个电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；

(4)、真空自耗熔炼一次锭：将焊接好的锆银电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流为2.5kA,工作真空度为0.03Pa，采用直径为85mm的铜坩埚，熔炼出直径85mm的锆银一次锭；

(5)、焊接二次熔炼电极：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每2个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

(6)、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的锆银二次电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流为4.0kA,工作真空度为0.03Pa。采用直径为130mm的铜坩埚，熔炼出直径130mm的锆银二次锭。

(7)、热锻处理：将获得的二次锭，在1150℃下进行热锻，消除在熔炼过程中产生的粗晶，使组织均匀化；

(8)、热处理，将热锻后的锭进行热处理，温度为600℃，时间为60min。然后空冷降温。

(9)、锆银合金靶材的制备；按照靶材的尺寸规格，采用油冷方式机械加工出所需的锆银合金靶材。

(10)、本发明获得的锆银合金靶材的实际应用：如家电产品表面要求具有抗菌功能。

其制作方法如下，将清洗干净并烘干处理后的已电镀好家电产品挂到PVD镀膜用的挂具上，并直接挂进PVD炉中进行PVD镀抗菌层，具体步骤、工艺如下：

(A)抽真空，当真空度到达3×10^-2Pa时进行等离子辉光处理，其工艺为离子源电流0.3A，偏压200V，占空比50％，氩气流速100SCCM，处理时间为5min，以达到进一步清洗洁净之目的；

(B)进行抽真空，当真空度到达5×10^-3Pa时，进行PVD多弧镀膜，所述多弧镀膜工艺条件可为，电源电流120A，沉积时间2min，偏压150V，占空比50％，氩气流速200SCCM，所述PVD多弧镀膜的靶材为本发明的锆银合金靶材；

(C)放气、出炉、取下样品及获得所需的具有抗菌功能的家电产品。

所获得产品按照盐雾试验标准：CASS(防腐蚀测试ASTM B368-09)8h测试和AASS(盐雾测试ASTM G85-9)48h进行测试。测试结果都通过。

实施例3

本发明涉及一种锆银合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)、称料混料：将核级海绵态金属锆(锆的纯度为99.8％)与纯度为99.99％的银屑按照质量百分比锆为99.5％，银为0.5％称取、混合；

(2)、电极压制：将混合好的金属锆与银合金料放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化，将配好的锆银料均匀放入压机中压制成电极，每个电极控制在8.0kg，其中锆与银混合均匀布料，压制好的电极放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化；

(3)、焊接电极：将压制好的两个电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；

(4)、真空自耗熔炼一次锭：将焊接好的锆银电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流为3.0kA,工作真空度为0.07×10Pa，采用直径为85mm的铜坩埚，熔炼出直径85mm的锆银一次锭；

(5)、焊接二次熔炼电极：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每2个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

(6)、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的锆银二次电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流为4.6kA,工作真空度为0.07×10Pa。采用直径为130mm的铜坩埚，熔炼出直径130mm的锆银二次锭。

(7)、热锻处理：将获得的二次锭，在1150℃下进行热锻，消除在熔炼过程中产生的粗晶，使组织均匀化；

(8)、热处理，将热锻后的锭进行热处理，温度为650℃，时间为40min。然后空冷降温。

(9)、锆银合金靶材的制备；按照靶材的尺寸规格，采用油冷方式机械加工出所需的锆银合金靶材。

(10)、本发明获得的锆银合金靶材的实际应用：如汽车领域产品表面要求具有抗菌功能。

其制备方法为，将清洗干净并烘干处理后的已电镀好汽车产品挂到PVD镀膜用的挂具上，并直接挂进PVD炉中进行PVD镀抗菌层，具体步骤、工艺如下：

(A)抽真空，当真空度到达3×10^-2Pa时进行等离子辉光处理，其工艺为离子源电流0.5A，偏压100V，占空比40％，氩气流速200SCCM，处理时间为8min，以达到进一步清洗洁净之目的；

(B)进行抽真空，当真空度到达5×10^-3Pa时，进行PVD多弧镀膜，所述多弧镀膜工艺条件可为，电源电流110A，沉积时间3.5min，偏压120V，占空比35％，氩气流速150SCCM，氮气气流速100SCCM，所述PVD多弧镀膜的靶材为本发明的锆银合金靶材；

(C)放气、出炉、取下样品及获得所需的具有抗菌功能的汽车产品。

所获得产品按照盐雾试验标准：CASS(防腐蚀测试ASTM B368-09)8h测试和AASS(盐雾测试ASTM G85-9)48h进行测试。测试结果都通过。

Claims (10)

1.一种锆银合金靶材，其特征在于按质量百分比的组成为：锆97％～99.5％，银0.5％～3％。

2.如权利要求1所述一种锆银合金靶材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将核级海绵态金属锆与银屑混合，得锆与银混合料；

2)将步骤1)得到的锆与银混合料压制成电极后放置在有氮气保护气氛环境中，防止材料受潮、氧化；

3)将步骤2)得到的每2个电极焊接成熔炼电极；

4)将步骤3)得到的熔炼电极进行熔炼，得锆银一次锭；

5)将步骤4)得到的锆银一次锭去头、平尾，每2个锆银一次锭焊接成锆银二次熔炼电极；

6)将步骤5)得到的锆银二次熔炼电极进行熔炼，得锆银二次锭；

7)将步骤6)得到的锆银二次锭热锻处理，消除在熔炼过程中产生的粗晶，使组织均匀化，再进行热处理后降温，按照靶材的尺寸规格，加工出所需的锆银合金靶材。

3.如权利要求2所述一种锆银合金靶材的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述银屑的纯度为99.99％。

4.如权利要求2所述一种锆银合金靶材的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述电极的质量为4.4～8.0kg。

5.如权利要求2所述一种锆银合金靶材的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述焊接采用钨极氩弧焊焊接。

6.如权利要求2所述一种锆银合金靶材的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述熔炼是将步骤3)得到的熔炼电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为85mm的铜坩埚，熔炼的电流为2.5～3.0kA，工作真空度为0.03～0.09Pa；所述锆银一次锭的直径可为85mm。

7.如权利要求2所述一种锆银合金靶材的制备方法，其特征在于在步骤5)中，所述去头、平尾采用车床去头、平尾；所述焊接可采用钨极氩弧焊焊接。

8.如权利要求2所述一种锆银合金靶材的制备方法，其特征在于在步骤6)中，所述熔炼是将步骤5)得到的锆银二次熔炼电极在15kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为130mm的铜坩埚，熔炼的电流为4.0～4.6kA,工作真空度为0.03～0.09Pa；所述锆银二次锭的直径可为130mm。

9.如权利要求2所述一种锆银合金靶材的制备方法，其特征在于在步骤7)中，所述热锻处理的温度为1150℃；所述热处理的温度可为600～650℃，热处理的时间可为40～60min；所述降温可采用空冷降温；所述加工可采用油冷方式机械加工。

10.如权利要求1所述一种锆银合金靶材在制备表面要求具有抗菌功能的卫浴、家电、汽车产品中应用。