CN107984075B - 一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法 - Google Patents

一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107984075B
CN107984075B CN201711148895.3A CN201711148895A CN107984075B CN 107984075 B CN107984075 B CN 107984075B CN 201711148895 A CN201711148895 A CN 201711148895A CN 107984075 B CN107984075 B CN 107984075B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
aluminum target
diffusion welding
back plate
target assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711148895.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107984075A (zh
Inventor
张青科
胡方勤
宋振纶
郑必长
丁雪峰
姜建军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority to CN201711148895.3A priority Critical patent/CN107984075B/zh
Publication of CN107984075A publication Critical patent/CN107984075A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107984075B publication Critical patent/CN107984075B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/14—Preventing or minimising gas access, or using protective gases or vacuum during welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/24—Preliminary treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，包括以下步骤：步骤1：对铝靶材和铝背板的待焊接面进行机械打磨及清洗处理；步骤2：将步骤1处理后的铝靶材和铝背板通过夹具固定使两者的待焊接面相对布置，通过驱动夹具使铝靶材和铝背板的待焊接面相互靠拢，并且在靠拢过程中至少一个进行旋转，在铝背板和铝靶材接触后，增加压强至0.5MPa～2.0MPa保持5s～25s后完成初步摩擦焊接；步骤3；将步骤2完成初步摩擦焊接的铝靶材组件置于轴向加压扩散焊炉内，抽真空，加热并轴向加压直至完成焊接；步骤4：冷却步骤3处理后的铝靶材组件；本发明解决了铝靶材组件直接扩散焊对环境条件要求高、焊缝易出现缺陷的问题。

Description

一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法
技术领域
本发明涉及真空溅射靶材制造领域，尤其涉及一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法。
背景技术
溅射靶材组件由靶材和背板组成，其中背板起支撑及热量传导的作用。溅射过程中，靶材组件所处的环境温度高达300℃至600℃，靶材组件的一侧强制水冷，而另一侧则处于10-9Pa的高真空环境下，两侧形成巨大的温度差；此外，靶材组件在高压电场、磁场中承受各种粒子的轰击。在此条件下，如靶材与背板之间的焊接强度较低，则易导致靶材变形、开裂、使得溅射不均匀，严重时，靶材脱落对溅射基台造成损伤。
铝即使在常温下也极易发生氧化，形成致密的氧化膜。用现有的扩散焊接方法焊接铝靶材和铝背板时，由于氧化膜不易去除，难以形成良好的原子尺度结合，表面氧化严重时，甚至无法实现焊接。一般需要在高真空及高温高压下进行，而得到的靶材组件焊接强度低、变形量大，无法满足长期稳定生产和使用铝靶材组件的需要。因此，工业上急需一种更高效、更可靠的铝靶材组件焊接方法。
发明内容
本发明提供了一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，得到界面非致密缺陷少、连接强度高的铝靶材组件。
一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，包括以下步骤：
步骤1：对铝靶材和铝背板的待焊接面进行机械打磨及清洗处理；
步骤2：将步骤1处理后的铝靶材和铝背板通过夹具固定使两者的待焊接面相对布置，通过驱动夹具使铝靶材和铝背板的待焊接面相互靠拢，并且在靠拢过程中至少一个进行旋转，在铝背板和铝靶材接触后，增加压强至0.5MPa～2.0MPa保持5s～25s后完成初步摩擦焊接；
步骤3；将步骤2完成初步摩擦焊接的铝靶材组件置于轴向加压扩散焊炉内，抽真空，加热并轴向加压直至完成焊接；
步骤4：冷却步骤3处理后的铝靶材组件。
本发明在步骤2的摩擦焊处理可以有效去除铝表面氧化层，与直接扩散焊相比可实现更高质量的焊接，解决了铝靶材组件直接扩散焊对环境条件要求高、焊缝易出现缺陷的问题，得到了焊缝致密、缺陷少、强度高的接头；扩散焊时所需压强、温度较低，所需时间较短，效率高；无需使用热等静压扩散焊炉，成本低。
其中，步骤3中一般抽真空至10-3Pa。
步骤4冷却后对铝靶材组件进行精密机加工，得到所需的精确尺寸。
优选的，步骤2中，铝靶材相对铝背板的旋转速度为20～100r/min。进一步优选的，铝靶材相对铝背板的旋转速度为20～50r/min，以获得合适的线速度，避免过多磨损。
为了方便进行加工，优选的，步骤2中，夹持有铝靶材的夹具进行旋转。本发明使用的夹具包括位于同一车床架上且同轴的卡盘与移动夹具，将铝靶材夹持于旋转卡盘，铝背板夹持于移动夹具，电机驱动旋转卡盘带动铝靶材旋转，铝背板向铝靶材靠拢，在铝背板和铝靶材接触后实现初步的摩擦焊接。
步骤2中，压强偏大则易在靶材内形成过厚的塑性变形区，偏小无法形成很好的结合，需要在上述范围内。
优选的，步骤2中，保持增加压强至1.2MPa～1.5MPa。此时，保持5s～10s。
优选的，步骤2中，保持增加压强至1.5MPa～2.0MPa。此时，保持5s～8s。
为了提高焊接效果，优选的，步骤2中，增加压强至0.8MPa～1.2MPa。此时，保持10s～15s。
进一步优选的，保持增加压强至0.8MPa～1.0MPa。此时，保持10s～15s。
进一步优选的，保持增加压强至1.0MPa～1.2MPa。此时，保持10s～15s。
优选的，步骤3中，加热至250℃～350℃并轴向加压至10MPa～20MPa，保温保压1～5小时。由于经过了步骤2的处理，扩散温度、压强、时间与直接扩散焊相比均较低，难度小。
进一步优选的，加热至250℃～300℃并轴向加压至15MPa～20MPa，保温保压2.5～3.5小时。
进一步优选的，加热至300℃～350℃并轴向加压至15MPa～20MPa，保温保压1～3小时。
进一步优选的，加热至310℃～330℃并轴向加压至17MPa～19MPa，保温
温度高、压强大时扩散时间可缩短，连接强度更高。
为了提高焊接效果，优选的，步骤1中，铝靶材和铝背板的待焊接面的表面粗糙度Ra值不高于1.6。
为了提高焊接效果，优选的，步骤4中，焊后铝靶材组件随真空扩散焊炉冷却。
为了提高焊接效果，优选的，步骤1中，使用0.1mol/L的氢氧化钠溶液对待焊接面进行清洗，清洗时间为10min～20min。用于去除机械加工时形成的表面污染物，为后续的焊接工艺做准备，清洗完毕后用纯酒精冲洗，热风吹干。
本发明方法中使用的铝靶材为纯度不低于99.999％的纯铝，其形状为圆柱体；铝背板的材料为硬度、强度较高且导电、导热性较好的铝合金，优选为6061铝合金或5083铝合金，铝背板的形状为扁平的圆柱体，直径略大于铝靶材，其厚度需能够保证足够的支撑强度。
本发明的有益效果：
本发明的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法先摩擦焊处理可以有效去除铝表面氧化层，与直接扩散焊相比可实现更高质量的焊接，解决了铝靶材组件直接扩散焊对环境条件要求高、焊缝易出现缺陷的问题，得到了焊缝致密、缺陷少、强度高的接头；扩散焊时所需压强、温度较低，所需时间较短，效率高；无需使用热等静压扩散焊炉，成本低。
附图说明
图1为本发明的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法中铝靶材与铝背板的布置示意图。
图2为本发明的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法中铝靶材与铝背板摩擦焊示意图。
图3为本发明的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法中铝靶材与铝背板扩散焊示意图。
具体实施方式
下面结合附图1～3对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多细节以便于充分理解本发明，但本发明还可采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
本实施例的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法包括以下步骤：
步骤1：准备铝靶材1和铝背板2，铝靶材1为纯度不低于99.999％的纯铝，其形状为圆柱体；铝背板2的材料为硬度、强度较高且导电、导热性较好的铝合金，如6061铝合金，其形状为扁平的圆柱体，直径略大于铝靶材，其厚度需能够保证足够的支撑强度，铝靶材1与铝背板2的形状如图1所示；
对铝靶材1和铝背板2的待焊接面进行机械打磨，获得的待焊接面表面粗糙度Ra值不高于1.6。
使用0.1mol/L的氢氧化钠溶液对待焊接面进行清洗，清洗时间为10min～20min，用于去除机械加工时形成的表面污染物，为后续的焊接工艺做准备，清洗完毕后用纯酒精冲洗，热风吹干。
步骤2：将铝靶材1夹持于旋转卡盘3、铝背板2夹持于刀架上的移动夹具4，旋转卡盘3与移动夹具4位于同一床架(图中未画出)上且同轴，电机驱动铝靶材1旋转，铝背板2随移动夹具4向铝靶材1靠拢，两侧工件接触，压强升至1.0MPa后保持10s后停止，实现初步连接，如图2所示。
步骤3：取下初步连接的铝靶材组件，将其置于轴向加载真空扩散焊炉内，固定，抽真空至真空度不低于10-3Pa。
加热至300℃，待温度稳定后冲头5轴向加压至20MPa，保温、保压3小时，如图3所示。
步骤4：焊后铝靶材组件随真空扩散焊炉冷却，得到焊接质量良好的组件，通过车削方法对铝靶材组件进行最终的修整，达到精确的尺寸要求。
实施例2
本实施例中，除了步骤1中选用的铝背板、步骤2和步骤3中施加的压力和温度不同以外，其余过程与实施例1相同。
步骤1：准备铝靶材1和铝背板2，铝靶材1为纯度不低于99.999％的纯铝，其形状为圆柱体；铝背板2的材料为硬度、强度较高且导电、导热性较好的铝合金，如5083铝合金，其厚度需能够保证足够的支撑强度，铝靶材1与铝背板2的形状如图1所示。
对铝靶材1和铝背板2的待焊接面进行机械打磨，获得的待焊接面表面粗糙度Ra值不高于1.6。
使用0.1mol/L的氢氧化钠溶液对待焊接面进行清洗，清洗时间为10min～20min，用于去除机械加工时形成的污染物，为后续的焊接工艺做准备，清洗完毕后酒精冲洗，热风吹干。
步骤2：将铝靶材1夹持于旋转卡盘3、铝背板2夹持于移动夹具4，旋转卡盘3与铝背板2位于同一床架(图中未画出)上且同轴，电机驱动铝背板2旋转，铝靶材1在轴向力作用下向铝背板2靠拢，两侧工件接触，压强升至1.5MPa后保持5s后停止，实现初步连接，如图2所示。
步骤3：取下初步连接的铝靶材组件，将其置于轴向加载真空扩散焊炉6内，固定，抽真空至真空度不低于10-3Pa。
加热至320℃，待温度稳定后冲头5轴向加压至18MPa，保温、保压2小时，如图3所示。
步骤4：焊后铝靶材组件随炉冷却，通过车削方法对其进行修整，获得最终所需的尺寸。
综上所述，本实施例的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法与直接扩散焊相比可实现更高质量的焊接，解决了铝靶材组件直接扩散焊对环境条件要求高、焊缝易出现缺陷的问题，得到了焊缝致密、缺陷少、强度高的接头；扩散焊时所需压强、温度较低，所需时间较短，效率高。

Claims (7)

1.一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对铝靶材和铝背板的待焊接面进行机械打磨及清洗处理；
步骤2：将步骤1处理后的铝靶材和铝背板通过夹具固定使两者的待焊接面相对布置，通过驱动夹具使铝靶材和铝背板的待焊接面相互靠拢，并且在靠拢过程中至少一个进行旋转，在铝背板和铝靶材接触后，增加压强至0.5MPa～2.0MPa保持5s～25s后完成初步摩擦焊接；
步骤3；将步骤2完成初步摩擦焊接的铝靶材组件置于轴向加压扩散焊炉内，抽真空，加热至250℃～350℃并轴向加压至10MPa～20MPa，保温保压1～5小时；
步骤4：冷却步骤3处理后的铝靶材组件。
2.如权利要求1所述的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，其特征在于，步骤2中，铝靶材相对铝背板的旋转速度为10～100r/min。
3.如权利要求1所述的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，其特征在于，步骤2中，夹持有铝靶材的夹具进行旋转。
4.如权利要求1所述的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，其特征在于，步骤2中，增加压强至0.8MPa～1.2MPa。
5.如权利要求1所述的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，其特征在于，步骤1中，铝靶材和铝背板的待焊接面的表面粗糙度Ra值不高于1.6。
6.如权利要求1所述的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，其特征在于，步骤4中，焊后铝靶材组件随真空扩散焊炉冷却。
7.如权利要求1所述的铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，其特征在于，步骤1中，使用0.1mol/L的氢氧化钠溶液对待焊接面进行清洗，清洗时间为10min～20min。
CN201711148895.3A 2017-11-17 2017-11-17 一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法 Active CN107984075B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711148895.3A CN107984075B (zh) 2017-11-17 2017-11-17 一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711148895.3A CN107984075B (zh) 2017-11-17 2017-11-17 一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107984075A CN107984075A (zh) 2018-05-04
CN107984075B true CN107984075B (zh) 2019-12-24

Family

ID=62031540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711148895.3A Active CN107984075B (zh) 2017-11-17 2017-11-17 一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107984075B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111411329A (zh) * 2019-01-08 2020-07-14 天津中能锂业有限公司 平面锂靶材组件的制造方法和设备
CN110900133B (zh) * 2019-12-31 2020-12-04 绍兴依利奥厨具有限公司 一种油烟机的生产工艺
CN114054991A (zh) * 2021-11-25 2022-02-18 宁波江丰热等静压技术有限公司 一种靶材组件的焊接方法
CN114289848A (zh) * 2021-12-10 2022-04-08 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种铝基复合材料与铝合金的连接方法
CN114273771B (zh) * 2022-01-11 2023-09-05 先导薄膜材料(安徽)有限公司 一种靶材组件的摩擦焊接方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000265265A (ja) * 1999-03-12 2000-09-26 Kojundo Chem Lab Co Ltd 一体構造型スパッタリングターゲット
CN1537698A (zh) * 2003-04-17 2004-10-20 北京芳兴多功能床厂 一种铜-铝薄壁管摩擦焊接工艺
CN101844271A (zh) * 2010-05-20 2010-09-29 西北工业大学 钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法
CN105149764A (zh) * 2015-08-24 2015-12-16 有研亿金新材料有限公司 一种靶材与背板的焊接方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101543935B (zh) * 2009-03-12 2012-02-22 宁波江丰电子材料有限公司 靶材组件的制作方法
CN202894589U (zh) * 2012-10-26 2013-04-24 陕西理工学院 摩擦焊接装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000265265A (ja) * 1999-03-12 2000-09-26 Kojundo Chem Lab Co Ltd 一体構造型スパッタリングターゲット
CN1537698A (zh) * 2003-04-17 2004-10-20 北京芳兴多功能床厂 一种铜-铝薄壁管摩擦焊接工艺
CN101844271A (zh) * 2010-05-20 2010-09-29 西北工业大学 钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法
CN105149764A (zh) * 2015-08-24 2015-12-16 有研亿金新材料有限公司 一种靶材与背板的焊接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107984075A (zh) 2018-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107984075B (zh) 一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法
CN107617854A (zh) 一种新能源汽车电机内壳的加工方法
CN102218594A (zh) 钼合金与铜合金的低温扩散焊接方法
CN103506725A (zh) 靶材组件的制作方法
CN113369728B (zh) 钛合金大型复杂结构构件的制造方法
CN114043180A (zh) 一种半导体高纯钛靶材组件的制备方法
CN113458528A (zh) 一种靶材组件及其焊接方法和用途
CN102476241B (zh) 结合齿环与齿轮热后激光焊接方法
CN104690410A (zh) 一种靶材组件的制备方法
JP2015036448A (ja) 円筒形セラミックス体の加工方法および円筒形スパッタリングターゲット
CN112222782A (zh) 一种钛及钛合金封头加工工艺
CN113020902A (zh) 一种进气锥内壁加工方法
CN104014921A (zh) 一种快速制备铜钼多层复合材料的方法
CN103394575A (zh) 一种波形炉胆旋压成形工艺
WO2019084941A1 (zh) 一种消除发动机气门残余应力的感应线圈、设备及方法
CN113714732B (zh) 一种高强度陶瓷缸套的装配设备及方法
CN213006512U (zh) 一种真空模具
CN103878543B (zh) 一种双轴件的加工方法
CN114535927A (zh) 一种低温精密装配方法
CN113355667B (zh) 一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法
CN112518227B (zh) 薄壁结构缺陷损伤的激光成形修复方法及修复工装
CN219709527U (zh) 一种薄壁金属带材热处理保温和校平装置
WO2018179857A1 (ja) 成形装置
CN109500556B (zh) 一种单锥钼合金壳体零件旋压成形装置及成形方法
CN220923347U (zh) 一种贴胶带设备用自动夹紧定位机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant