CN114293155A - 一种银钯铜合金靶材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种银钯铜合金靶材的制备方法，利用可控气氛冷喷涂工艺制备银钯铜合金胚料，整个过程均在氩气保护氛围中进行，靶材的纯度高且氧含量低。另外，冷喷涂工艺中金属粉末高速撞击基体时发生塑性变形与冷焊接，然后通过轧制和热处理可以使各合金元素进一步均质化，因此银钯铜合金靶材的组织成分均匀、致密度大。利用本发明方法制备得到的银钯铜合金靶材可以达到以下技术指标：1)靶材的纯度≥4N，Fe、Si、Pb、Bi等金属杂质总和≤500ppm，氧含量≤150ppm；2)靶材的致密度≥99.8％；3)靶材的平均晶粒尺寸≤150μm，微观组织均匀。

Description

一种银钯铜合金靶材的制备方法

技术领域

本发明涉及金属合金靶材制造技术领域，具体涉及一种银钯铜合金靶材的制备方法。

背景技术

在所有金属中，银(Ag)拥有最高的导电率和反射率。利用银靶材进行磁控溅射沉积银薄膜作为电极膜、反射膜或是配线膜，广泛用于有机EL显示器、发光二极管(LED)、触摸屏、光记录介质等领域。

然而，纯银薄膜存在易氧化、抗硫化性差的缺点。随着时间的流逝，纯银薄膜的导电性和反射率都会因腐蚀及内聚而下降，并且与基材的附着力变差。在银中通过添加合金元素可以提高抗氧化性和抗硫化性，同时维持银的高导电率和反射率。美国国家标准局发现银与钯 (≥40wt％)合金化可以使合金完全具备抗硫化性质。银铜合金具有优良的导电性、导热性、化学稳定性和抗电侵蚀性，常作为电接触材料广泛应用在航空航天、船舶、电子电器控制系统中。中国专利申请 201410245096.8提供了一种银-铟-钯-铜四元合金靶材及其制备方法。该银合金靶材经磁控溅射可以得到兼具良好耐热性、抗硫化性、附着力、高反射率及高精细度的银合金薄膜。

通常，银合金靶材的制备工艺是将金属原料按目标成分比例配料，然后直接混合熔炼，再将合金熔液浇铸于模具中形成铸锭，最后经机械加工制成靶材。例如，中国专利申请201410245096.8所提供的银 -铟-钯-铜四元合金靶材制备方法为混合银、铟、钯和铜原料得到混合金属料，然后将该混合金属料置于真空感应熔炼炉中进行熔炼，接着浇铸得到银合金铸锭，再通过热处理、热锻造、冷轧延、热处理制得银合金靶材。值得指出的是，对于熔点和密度相差都很大的2种或 2种以上金属，采用普通的熔炼法一般难以获得成分均匀的合金靶材，在组织上容易形成成分偏析。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种银钯铜合金靶材的制备方法，制备得到成分均匀、氧含量低、致密度大的多元银合金靶材，同时利用该银合金靶材可以磁控溅射沉积获得高电导率、高反射率以及抗氧化性和抗硫化性好的银合金薄膜，适用于有机EL显示器、发光二极管(LED)、触摸屏、光记录介质等领域。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种银钯铜合金靶材的制备方法，银钯铜合金靶材按质量百分比包括钯0.1％-3.0％，铜0.1％-3.0％，余量为银；所述制备方法包括如下步骤：

S1、按照银钯铜合金靶材的成分比例称取银钯合金粉和铜粉，均匀混合后进行冷喷涂，形成银钯铜合金胚料；

S2、将步骤S1中得到的银钯铜合金胚料进行退火处理，消除胚料内部应力，得到银钯铜合金胚板；

S3、对步骤S2中得到的银钯铜合金胚板进行多道次冷轧制、热处理以及机械加工，制造得到银钯铜合金靶材。

进一步地，步骤S1中，所述银钯合金粉由银锭和钯粒通过惰性气体雾化法、感应等离子球化法、感应等离子雾化法中的一种制备所得。

更进一步地，所述银锭纯度不低于4N，钯粒纯度不低于4N；所述铜粉纯度不低于5N。

更进一步地，所述银锭和铜粉经稀硝酸浸泡30-60s，然后用去离子水反复清洗、冷风吹干或烘干后再使用。

进一步地，步骤S1中，所述银钯合金粉粒度为300-2000目，铜粉粒度为800-10000目。

进一步地，步骤S1中，冷喷涂采用可控气氛冷喷涂设备进行喷涂，对喷涂腔体先抽真空，再通过进气阀门向喷涂腔体内部通入循环保护气体氩气。

进一步地，步骤S1中，冷喷涂的工艺参数为：喷嘴进口处工作温度为350℃，压力为2-5Mpa，工作气体为氩气，气体流量为20- 50m³/h，喷涂距离为40-100mm，送粉量为40-60g/min。

进一步地，步骤S2中，退火处理温度为650-900℃，退火时间为 0.5-2.0小时，退火气氛为氩气。

进一步地，步骤S3中，冷轧制的道次为3-6次，每道次变形量为10％-30％，总变形量≥50％。

进一步地，步骤S3中，热处理温度为500-600℃，时间为0.5- 1.0小时，气氛为氩气。

本发明还提供一种利用上述制备方法制备得到的银钯铜合金靶材。

本发明的有益效果在于：本发明利用可控气氛冷喷涂工艺制备银钯铜合金胚料，整个过程均在氩气保护氛围中进行，靶材的纯度高且氧含量低。另外，冷喷涂工艺中金属粉末高速撞击基体时发生塑性变形与冷焊接，然后通过轧制和热处理可以使各合金元素进一步均质化，因此银钯铜合金靶材的组织成分均匀、致密度大。利用本发明方法制备得到的银钯铜合金靶材可以达到以下技术指标：1)靶材的纯度≥ 4N，Fe、Si、Pb、Bi等金属杂质总和≤500ppm，氧含量≤150ppm；2) 靶材的致密度≥99.8％；3)靶材的平均晶粒尺寸≤150μm，微观组织均匀。

具体实施方式

以下将对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供了一种银钯铜合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

S1、先将4N银锭和5N铜粉经稀硝酸浸泡30s后，用去离子水反复清洗，冷风吹干/烘干后待用。按照重量百分比99.8％：0.1％称量4N 银锭和4N钯粒，利用惰性气体雾化工艺制成银钯合金粉，然后将其进行标准筛分，选出300-2000目范围内的银钯合金粉，该粉末平均粒径为6.5-48μm。接着，按照银与铜重量百分比为99.8％：0.1％称量 5N铜粉(粒径范围为800-10000目，粉末平均粒径为1.3-18μm)，与上述银钯合金粉均匀混合。利用冷喷涂工艺沉积银钯铜合金胚料，喷涂腔体先经抽真空后再进行循环氩气保护，氩气流量为200sccm。喷嘴进口处工作温度为350℃，压力为2Mpa，氩气流量为20m³/h，喷涂距离为40mm，送粉量为40g/min。冷喷涂基体为相同配方材质的银钯铜合金箔带(由连续生产时制得的合金靶材轧制至一定厚度后的箔带作为冷喷涂基体)，得到厚度为20mm的银钯铜合金胚料。

S2、将步骤S1中得到的银钯铜合金胚料在氩气气氛中进行退火处理，温度为650℃，时间为2.0小时，得到银钯铜合金胚板；

S3、对步骤S2中得到的银钯铜合金胚板进行多道次的冷轧制，道次次数为5次，每道次变形量为10％，总变形量为50％。然后，再在氩气气氛中进行热处理，温度为500℃，时间为1.0小时。最终经机械加工制备得到厚度为10mm的银钯铜合金靶材，其中钯重量含量百分比为0.1％，铜重量含量百分比为0.1％，余量为银。

实施例2

本实施例提供了一种银钯铜合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

S2、先将4N银锭和5N铜粉经稀硝酸浸泡60s后，用去离子水反复清洗，冷风吹干/烘干后待用。按照重量百分比94.0％：3.0％称量4N 银锭和4N钯粒，利用感应等离子球化工艺制成银钯合金粉，然后将其进行标准筛分，选出300-2000目范围内的银钯合金粉，该粉末平均粒径为6.5-48μm。接着，按照银与铜重量百分比为94.0％：3.0％称量5N铜粉(800-10000目，粉末平均粒径为1.3-18μm)，与上述银钯合金粉均匀混合。利用冷喷涂工艺沉积银钯铜合金胚料，喷涂腔体先经抽真空后再进行循环氩气保护，氩气流量为1800sccm。喷嘴进口处工作温度为350℃，压力为5Mpa，氩气流量为50m³/h，喷涂距离为 100mm，送粉量为60g/min。冷喷涂基体为相同配方材质的银钯铜合金箔带(由连续生产时制得的合金靶材轧制至一定厚度后的箔带作为冷喷涂基体)，得到厚度为50mm的银钯铜合金胚料。

S2、将步骤S1中得到的银钯铜合金胚料在氩气气氛中进行退火处理，温度为900℃，时间为0.5小时，得到银钯铜合金胚板；

S3、对步骤S2中得到的银钯铜合金胚板进行多道次的冷轧制，道次次数为3次，道次变形量为两次30％和一次10％，总变形量为70％。然后，再在氩气气氛中进行热处理，温度为600℃，时间为0.5小时。最终经机械加工制备得到厚度为15mm的银钯铜合金靶材，其中钯重量含量百分比为3.0％，铜重量含量百分比为3.0％，余量为银。

实施例3

本实施例提供了一种银钯铜合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

S1、先将4N银锭和5N铜粉经稀硝酸浸泡50s后，用去离子水反复清洗，冷风吹干/烘干后待用。按照重量百分比97.0％：1.5％称量银粒和钯粒(4N)，利用感应等离子雾化工艺制成银钯合金粉，然后将其进行标准筛分，选出300-2000目范围内的银钯合金粉，该粉末平均粒径为6.5-48μm。接着，按照银与铜重量百分比为97.0％：1.5％称量5N铜粉(800-10000目，粉末平均粒径为1.3-18μm)，与上述银钯合金粉均匀混合。利用冷喷涂工艺沉积银钯铜合金胚料，喷涂腔体先经抽真空后再进行循环氩气保护，氩气流量为900sccm。喷嘴进口处工作温度为350℃，压力为3Mpa，氩气流量为35m³/h，喷涂距离为 70mm，送粉量为50g/min。冷喷涂基体为相同配方材质的银钯铜合金箔带(由连续生产时制得的合金靶材轧制至一定厚度后的箔带作为冷喷涂基体)，得到厚度为30mm的银钯铜合金胚料。

S2、将步骤S1中得到的银钯铜合金胚料在氩气气氛中进行退火处理，温度为700℃，时间为1.0小时，得到银钯铜合金胚板；

S3、对步骤S2中得到的银钯铜合金胚板进行多道次的冷轧制，道次次数为6次，每道次变形量为10％，总变形量为60％。然后，再在氩气气氛中进行热处理，温度为550℃，时间为0.75小时。最终经机械加工制备得到厚度为12mm的银钯铜合金靶材，其中钯重量含量百分比为1.5％，铜重量含量百分比为1.5％，余量为银。

上述实施例1-3中得到的银钯铜合金靶材技术指标列如表1所示。

表1

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种银钯铜合金靶材的制备方法，其特征在于，银钯铜合金靶材按质量百分比包括钯0.1％-3.0％，铜0.1％-3.0％，余量为银；所述制备方法包括如下步骤：

S1、按照银钯铜合金靶材的成分比例称取银钯合金粉和铜粉，均匀混合后进行冷喷涂，形成银钯铜合金胚料；

S2、将步骤S1中得到的银钯铜合金胚料进行退火处理，消除胚料内部应力，得到银钯铜合金胚板；

S3、对步骤S2中得到的银钯铜合金胚板进行多道次冷轧制、热处理以及机械加工，制造得到银钯铜合金靶材。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述银钯合金粉由银锭和钯粒通过惰性气体雾化法、感应等离子球化法、感应等离子雾化法中的一种制备所得。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述银锭纯度不低于4N，钯粒纯度不低于4N；所述铜粉纯度不低于5N。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述银锭和铜粉经稀硝酸浸泡30-60s，然后用去离子水反复清洗、冷风吹干或烘干后再使用。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述银钯合金粉粒度为300-2000目，铜粉粒度为800-10000目。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，冷喷涂采用可控气氛冷喷涂设备进行喷涂，对喷涂腔体先抽真空，再通过进气阀门向喷涂腔体内部通入循环保护气体氩气。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，冷喷涂的工艺参数为：喷嘴进口处工作温度为350℃，压力为2-5Mpa，工作气体为氩气，气体流量为20-50m³/h，喷涂距离为40-100mm，送粉量为40-60g/min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，退火处理温度为650-900℃，退火时间为0.5-2.0小时，退火气氛为氩气。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，冷轧制的道次为3-6次，每道次变形量为10％-30％，总变形量≥50％。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，热处理温度为500-600℃，时间为0.5-1.0小时，气氛为氩气。