CN114473167A - 一种铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法为电子束焊接，所述电子束焊接的道次≥3，所述铝钪靶材中钪的含量≤20at％。所述焊接方法采用电子束焊接，制备铝钪合金靶便于自动化生产、焊接工艺及质量更稳定、能源耗费少、生产效率高。
Description
技术领域
本发明属于靶材制造领域，涉及一种铝钪靶材，尤其涉及一种铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法。
背景技术
铝钪合金材料，在保持与高纯铝相同的电导率、耐热性基础上，铝钪合金靶材能数倍地改善薄膜材料的电子迁移和应力位移；在无线通讯设备领域，随着信号频率要求的不断变高，滤波器由SW器件向FBAR器件升级，压电薄膜材料也正由氮化铝压电薄膜向铝钪氮化物压电薄膜过渡。相较于氮化铝压电薄膜，铝钪氮化物压电薄膜具有更高的压电常数，更好的压电性能以及完美的的半导体工艺兼容性，越来越受到重视。
铝钪的焊接多为铝钪靶材和铝合金背板(多为高强度铝铜系合金或铝镁硅系合金)进行焊接，铝钪合金靶钪含量在5-43at％之间都有应用，常用靶材钪含量≤20at％。
现有常规钎焊制备工艺技术存在以下问题：1、铝钪合金随着Sc含量增加，浸润效果变差，制备效率低；2、制备过程能源耗费较大；3、不利于批量自动化生产。
CN 112894111A公开了一种高钪含量铝钪合金靶材扩散焊接的方法及制备的焊接组件，包括：第一步，超声波清洗，将准备扩散焊接的高钪含量的铝钪合金靶坯进行超声波清洗；第二步，表面毛化处理，将第一步获得的铝钪合金靶坯的焊接面进行表面毛化处理；第三步，冷喷涂，将第二步毛化处理后的铝钪合金靶坯焊接面上进行冷喷涂Al合金或Cu合金背板；第四步，低温热处理，将第三步喷涂后的铝钪合金靶材进行低温热处理，促进AlSc合金靶坯与喷涂背板的扩散，增加AlSc合金靶的焊接强度；第五步，机械加工，将热处理后的铝钪合金靶材进行车加工获得无裂纹的高Sc含量AlSc合金靶材扩散焊接组件。该方法虽然焊接效果较好，但是焊接过程复杂，需对靶材和背板表面进行多道处理，不利于工业化生产。
CN 112877653A公开了一种铝钪合金扩散焊接靶材及其制备方法与应用，包括铝钪合金靶坯、铝基合金背板及位于所述铝钪合金靶坯和铝基合金背板之间的中间层，所述中间层为铝层，所述中间层与所述铝钪合金靶坯之间、所述中间层与所述铝基合金背板之间均通过扩散焊接。制备方法包括：步骤1：在铝钪合金靶坯的焊接面进行镀铝膜处理，得到焊接面具有铝层的铝钪合金靶坯；步骤2：将铝基合金背板与具有铝层的铝钪合金靶坯叠放，使所述铝层位于铝钪合金靶坯与铝基合金背板之间，进行热压扩散焊接，得到铝钪合金扩散焊接靶材。该方法需在靶材和背板间添加中间层，不仅提高了焊接的成本，同时不利于靶材的轻薄化。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法，所述焊接方法采用电子束焊接，制备铝钪合金靶便于自动化生产、焊接工艺及质量更稳定、能源耗费少、生产效率高。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法，所述焊接方法为电子束焊接，所述电子束焊接的道次≥3，所述铝钪靶材中钪的含量≤20at％。
其中，所述电子束焊接的道次可以是3、4、5、6、7、8、9或10等，所述铝钪靶材中钪的含量可以是0.5at％、1at％、2at％、5at％、8at％、10at％、12at％、15at％或18at％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，铝钪合金当钪含量＜25％时，主要由Al相和Al3Sc相组成，当钪含量≥20％时Al相占比很小，难以再以电子束焊接的方式实现铝钪合金与铝合金背板的有效焊接，不建议再采用电子束焊接方式进行焊接。当钪含量＜20％时可实现电子束焊接方式有效焊接，且随钪含量的增加，Al3Sc相增多，焊接变得困难，为提高焊接结合率，需增加焊接道次和束流等。
作为本发明优选的技术方案，所述铝钪靶材中钪的含量为5～10at％，如5.5at％、6at％、6.5at％、7at％、7.5at％、8at％、8.5at％、9at％或9.5at％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述电子束焊接的束流为20～40mA，如22mA、25mA、28mA、30mA、32mA、35mA或38mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述电子束焊接的焦点深度为515～560mA，如520mA、525mA、530mA、535mA、540mA、545mA、550mA或555mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述电子束焊接的线速度为10～15mm/s，如10.5mm/s、11mm/s、11.5mm/s、12mm/s、12.5mm/s、13mm/s、13.5mm/s、14mm/s或14.5mm/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述铝钪靶材中钪的含量为10～15at％，不包括10at％，如10.5at％、11at％、11.5at％、12at％、12.5at％、13at％、13.5at％、14at％或14.5at％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述电子束焊接的焊枪位置对准焊缝位置后，偏向所述铝钪靶材一侧0～1mm，不包括0，如0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述电子束焊接的道次≥4，如4、5、6、7、8、9或10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述电子束焊接的束流为20～50mA，如25mA、30mA、35mA、40mA或45mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述电子束焊接的焦点深度为515～560mA，如520mA、525mA、530mA、535mA、540mA、545mA、550mA或555mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述电子束焊接的线速度为10～15mm/s，如10.5mm/s、11mm/s、11.5mm/s、12mm/s、12.5mm/s、13mm/s、13.5mm/s、14mm/s或14.5mm/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述铝钪靶材中钪的含量为15～20at％，不包括15at％，如15.5at％、16at％、16.5at％、17at％、17.5at％、18at％、18.5at％、19at％或19.5at％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述电子束焊接的焊枪位置对准焊缝位置后，偏向所述铝钪靶材一侧1～1.5mm，不包括1，如1.1mm、1.2mm、1.3mm或1.4mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述电子束焊接的道次≥5，如5、6、7、8、9或10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述电子束焊接的束流为20～60mA，如25mA、30mA、35mA、40mA、45mA、50mA或55mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述电子束焊接的焦点深度为515～560mA，如520mA、525mA、530mA、535mA、540mA、545mA、550mA或555mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述电子束焊接的线速度为10～15mm/s，如10.5mm/s、11mm/s、11.5mm/s、12mm/s、12.5mm/s、13mm/s、13.5mm/s、14mm/s或14.5mm/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，由于钪元素的含量对于铝钪合金的焊接性质有着直接影响，因此对于钪含量不同的铝钪靶材在进行电子束焊接时采用不同的焊接条件，如焊接道次以及焊枪的位置等，从而达到最佳的焊接效果。
本发明中，所述焊接道次的限定，为进行电子束焊接时焊接道次的总数，如焊接道次为3，则包含第一焊接道次、第二焊接道次以及第三焊接道次；焊接道次为4，则包含第一焊接道次、第二焊接道次、第三焊接道次以及第四焊接道次；接道次为5，则包含第一焊接道次、第二焊接道次、第三焊接道次、第四焊接道次以及第五焊接道次，依次类推。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法，所述焊接方法采用电子束焊接，制备铝钪合金靶便于自动化生产、焊接工艺及质量更稳定、能源耗费少、生产效率高，整体结合率＞99％单个缺陷率＜0.5％。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例
本发明实施例提供一种铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法，具体焊接条件如表1所示。
表1
对比例1
本对比例除了铝钪靶材中钪的含量为25at％外，其余条件均与实施例5相同。
对比例2
本对比例除了焊接道次为3外，其余条件均与实施例5相同。
对比例3
本对比例除了焊枪位置对准焊缝后不偏向铝钪靶材一侧外，其余条件均与实施例5相同。
对比例4
本对比例采用钎焊方法，对实施例4中的铝钪靶材与铝合金背板进行焊接。钎焊的焊料为铟焊料，钎料层厚度为0.2mm，温度为180℃。
对比例5
本对比例采用钎焊方法，对实施例6中的铝钪靶材与铝合金背板进行焊接，钎焊的焊料为铟焊料，钎料层厚度为0.2mm，温度为280℃。
实施例2-6以及对比例1-5使用的背板为铝镁合金(型号为：2024)，实施例1使用的背板为铝镁硅合金(型号为：6061)。
对实施例1-6以及对比例1-5焊接后的靶材的焊接结合率进行测试。采用C-SCAN检测验证焊接效果，其检测条件如表2所示，结果如表3所示。
表2
| 检测条件 | 产品 |
| 探头 | 10MHZ |
| 感度 | 36dB |
| 材料声速 | 4000m/s |
| 水距离 | 85.38mm |
| X轴间距 | 0.2mm |
| Y轴间距 | 0.2mm |
| 扫描速度 | 100mm/s |
| 扫描范围 | / |
| 扫描方向 | Y-X |
| 阀值 | TH＝60 |
表3
从表3的测试结果可以看出，本发明实施例1-6提供的铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法，可以保证焊接结合率在99％以上，单个缺陷率在0.5％以下。对比例1对钪含量为25at％的铝钪靶材进行电子束焊接，但是由于该类靶材不适用于电子束焊接，导致焊接结合率大幅下降。对比例2采用电子束焊接的道次较少，导致焊接结合率有所下降。对比例3未调整焊枪位置，同样造成了焊接结合率下降。对比例4和5采用钎焊方法进行焊接，其焊接效果明显低于本申请提供的焊接方法。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种铝钪靶材与铝合金背板的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法为电子束焊接，所述电子束焊接的道次≥3，所述铝钪靶材中钪的含量≤20at％。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述铝钪靶材中钪的含量为5～10at％。
3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述电子束焊接的束流为20～40mA；
优选地，所述电子束焊接的焦点深度为515～560mA。
4.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述电子束焊接的线速度为10～15mm/s。
5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述铝钪靶材中钪的含量为10～15at％，不包括10at％。
6.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述电子束焊接的焊枪位置对准焊缝位置后，偏向所述铝钪靶材一侧0～1mm，不包括0；
优选地，所述电子束焊接的道次≥4。
7.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述电子束焊接的束流为20～50mA；
优选地，所述电子束焊接的焦点深度为515～560mA；
优选地，所述电子束焊接的线速度为10～15mm/s。
8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述铝钪靶材中钪的含量为15～20at％，不包括15at％。
9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述电子束焊接的焊枪位置对准焊缝位置后，偏向所述铝钪靶材一侧1～1.5mm，不包括1；
优选地，所述电子束焊接的道次≥5。
10.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述电子束焊接的束流为20～60mA；
优选地，所述电子束焊接的焦点深度为515～560mA；
优选地，所述电子束焊接的线速度为10～15mm/s。
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