CN114517256A - 一种靶材用铝合金背板及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种靶材用铝合金背板及其加工方法，涉及靶材背板制备技术领域。本发明提供的靶材用铝合金背板的加工方法包括以下步骤：(1)铝合金铸锭固溶、淬火前处理；(2)锻造处理；(3)双级时效处理；(4)机加工处理。本发明通过采用固溶→低温锻造→双级时效处理的工艺步骤，直接对铸锭固溶，而不是对热加工坯料固溶，且在540‑550℃保温3‑5h，可同时起到固溶、元素均匀化和防止淬火变形的作用，采用本发明技术方案制备的铝合金背板，具有良好的强度和电导率，其抗弯强度≥500Mpa，电导率≥30MS/M。
Description
技术领域
本发明涉及靶材背板制备技术领域，特别涉及一种靶材用铝合金背板及其加工方法。
背景技术
铝靶材背板是靶材的支撑，并承担导电的作用，因此它有较高的强度和导电要求。背板材质多为6061铝合金，为圆饼状，其厚度较薄，一般为10-35mm，直径较大，当接近成品尺寸(350-550mm)时，淬火容易变形。靶材在溅射过程，在高能粒子的轰击下会产生热量，靶材的温度可在250-350℃，背板略低，可能在200-300℃，该温度会使背板组织中的时效析出相粗化，导致背板强度降低，强度降低后背板容易变形，使背板失效不能使用。
传统铝合金背板的生产方法为先热加工，再固溶淬火，不能很好的利用加工硬化来提高强度，且容易出现淬火变形问题。因此，如何解决淬火变形问题，尽可能的提高背板的强度以及背板的导电率，并且，如何使背板抗高温性能更好，在靶材使用过程中强度不明显降低，是靶材背板生产急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的主要目的是提供一种靶材用铝合金背板及其加工方法。
为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种靶材用铝合金背板的加工方法，包括以下步骤：
(1)铝合金铸锭固溶、淬火前处理：将铝合金铸锭加热到540-550℃保温3-5h后，水淬至室温；
上述加热过程可使合金元素固溶进入机体并均匀化，保证后续时效强化能力，完成加热的铝合金铸锭水淬至室温，铸锭相比成品薄壁件，可减小淬火变形；固溶淬火可减小硬度，消除铸态粗大相，减小后续热加工过程中的开裂倾向，提高可锻性；
(2)锻造处理：将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热到160-200℃保温10-20min后，进行锻造；
本发明采用低温锻造，不会导致过时效，且可利用加工硬化来提高背板强度；
(3)双级时效处理：将经步骤(2)处理后的铝合金铸锭采用预时效、过时效配合处理得到铝合金坯料；
本发明技术方案中，采用预时效+过时效配合处理，可调整晶内和晶界析出相状态，使晶界析出相粗化，从而提高铝合金背板材料的电导率；此外，该条件下晶界析出相可保持弥散状态，进而保证了铝合金背板材料的强度；
(4)机加工处理：对所述铝合金坯料进行机加工即得铝合金背板成品。
本发明技术方案采用固溶→低温锻造→双极时效处理的工艺步骤，相比于传统的锻造→固溶→时效处理的工艺步骤，能兼顾固溶强化和加工硬化。本发明的铝合金背板加工方法中，直接对铸锭固溶，而不是对热加工坯料固溶，且在540-550℃保温3-5h，可同时起到固溶和元素均匀化的作用。
采用本发明技术方案制备的铝合金背板，具有良好的强度和电导率，其抗弯强度≥500Mpa，电导率≥30MS/M。
作为本发明所述靶材用铝合金背板的加工方法的优选实施方式，所述步骤(2)的锻造过程中，锻造总变形量为70-90％。
作为本发明所述靶材用铝合金背板的加工方法的优选实施方式，锻造过程中，在前30-40％变形量下采用10-20％的道次变形量进行锻造，剩余变形量采用5-10％道次变形量进行锻造。
发明人经过大量试验发现，在保持锻造总变形量为70-90％的前提下，进一步的将前30-40％变形量下采用10-20％的道次变形量进行锻造，剩余变形量采用5-10％道次变形量进行锻造，可以有效防止铝合金背板出现开裂现象。
其中，道次变形量相当于每次锻造击打后产品的形变量，例如，若锻造总变形量为70％，前30％变形量下采用10％的道次变形量进行锻造，则需锻造击打3次即可得到变形量为30％的铸锭样品；剩余40％的变形量下则减小锻造击打力度(即将道次变形量减小)，若剩余40％的变形量采用5％的道次变形量进行锻造，则还需锻造击打8次，最后得到总变形量为70％的铸锭产品。
作为本发明所述靶材用铝合金背板的加工方法的优选实施方式，所述步骤(3)中，预时效的工艺参数为170-185℃下保温4-6h，过时效的工艺参数为200-300℃下保温1-2h。
本发明技术方案中，二级时效(即过时效)在较高温度(接近靶材使用温度)，比传统二级时效温度高，使靶材溅射过程中背板强度不会损失。并且，需要注意的是，过时效温度高于步骤(2)中的锻造加热温度，即本发明严格控制铝合金铸锭在过时效以下温度锻造，还起到了保证铸锭固溶效果的作用。预时效和过时效时间较长，可释放锻造应力。
作为本发明所述靶材用铝合金背板的加工方法的优选实施方式，所述步骤(1)中的铝合金为6061铝合金。
作为本发明所述靶材用铝合金背板的加工方法的优选实施方式，所述步骤(1)中的铝合金铸锭的直径为120-240mm，高为70-180mm。
本发明技术方案中直接对较厚的铝合金铸锭固溶，相比用接近成品坯料固溶，能很好的解决变形问题。
作为本发明所述靶材用铝合金背板的加工方法的优选实施方式，所述步骤(2)中采用空气锤进行锻造。
第二方面，本发明还提出一种上述所述的靶材用铝合金背板的加工方法制备得到的铝合金背板。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明技术方案通过采用固溶→低温锻造→双级时效处理的工艺步骤，直接对铸锭固溶，而不是对热加工坯料(直径350-550mm，厚度10-35mm)固溶，且在540-550℃保温3-5h，可同时起到固溶和元素均匀化的作用，有效防止淬火变形。采用本发明技术方案制备的铝合金背板，具有良好的强度和电导率，其抗弯强度≥500Mpa，电导率≥30MS/M。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的靶材用铝合金背板的加工方法，包括以下步骤：
(1)铝合金铸锭固溶、淬火前处理：取直径为150mm、高为100mm的6061铝合金铸锭，将铝合金铸锭加热到545℃保温4h后，将加热和保温好的铝合金铸锭水冷到室温；
(2)锻造处理：将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热到180℃，保温20min后，出炉进行锻造，具体的，用空气锤对6061铸锭进行锻造，锻造总变形量85％，锻造至直径为387mm、高为15mm，其中，前30％变形道次变形量为15％，剩余变形道次变形量为8％；
(3)双级时效处理：将经步骤(2)处理后的铝合金铸锭采用预时效+过时效配合处理得到铝合金坯料，具体的，预时效的工艺参数为180℃下保温4h，过时效的工艺参数为280℃下保温1h；
(4)机加工处理：对所述坯料进行机加工即得铝合金背板成品。
按照GB/T 14452-93测试本实施例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为515MPa；
在溅射机台中装配，一侧水冷(由于传热有限，和受溅射功率等影响，靶材和背板温度会升高)，一侧受高能粒子轰击，使靶材原子脱离靶材沉积到被溅射材料上，溅射后同样按照GB/T 14452-93进行测试，溅射后的抗弯强度为509MPa，满足溅射要求；
按照GB/T11007-2008测试本实施例制备的铝合金背板成品的电导率为37.6MS/M；
本实施例制备的铝合金背板成品平面度良好。
实施例2
本实施例的靶材用铝合金背板的加工方法，包括以下步骤：
(1)铝合金铸锭固溶、淬火前处理：取直径为150mm、高为100mm的6061铝合金铸锭，将铝合金铸锭加热到550℃保温3h后，将加热和保温好的铝合金铸锭水冷到室温；
(2)锻造处理：将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热到160℃，保温10min后，则出炉进行锻造，具体的，用空气锤对6061铸锭进行锻造，锻造总变形量85％，锻造至直径为387mm、高为15mm，其中，前40％变形道次变形量为10％，剩余变形道次变形量为6％；
(3)双级时效处理：将经步骤(2)处理后的铝合金铸锭采用预时效+过时效配合处理得到铝合金胚料，具体的，预时效的工艺参数为170℃下保温5h，过时效的工艺参数为300℃下保温2h；
(4)机加工处理：对所述坯料进行机加工即得铝合金背板成品。
按照与实施例1相同的测试方法测试各项性能如下：
本实施例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为507MPa；
溅射后的抗弯强度为500MPa，满足溅射要求；
本实施例制备的铝合金背板成品的电导率为38MS/M；
本实施例制备的铝合金背板成品平面度良好。
实施例3
本实施例的靶材用铝合金背板的加工方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本实施例步骤(2)中的锻造总变形量为70％，锻造至直径为273mm、高为30mm，其中，前30％变形道次变形量为15％，剩余变形道次变形量为8％。
按照与实施例1相同的测试方法测试各项性能如下：
本实施例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为500MPa；
溅射后抗弯强度为495MPa，满足溅射要求；
本实施例制备的铝合金背板成品的电导率为38.2MS/M。
实施例4
本实施例的靶材用铝合金背板的加工方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本实施例步骤(3)中的预时效的工艺参数为185℃下保温3h，过时效的工艺参数为200℃下保温2h。
按照与实施例1相同的测试方法测试各项性能如下：
本实施例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为519MPa；
溅射后抗弯强度为507Mpa，满足溅射要求；
本实施例制备的铝合金背板成品的电导率为37MS/M。
对比例1
本对比例采用如下方法制备靶材用铝合金背板，该方法包括以下步骤：
(1)铝合金铸锭锻造前处理：取直径为150mm、高为100mm的6061铝合金铸锭，铝合金铸锭加热到180℃，保温20min后，出炉进行锻造；
(2)锻造：用空气锤对6061铸锭进行锻造，锻造变形量85％，锻造至直径为387mm、高为15mm，其中，前30％变形道次变形量为15％，剩余变形道次变形量为8％；
(3)固溶处理：将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热到545℃保温4h；
(3)双级时效处理：将经步骤(2)处理后的铝合金铸锭采用预时效+过时效配合处理得到铝合金胚料，具体的，预时效的工艺参数为180℃下保温4h，过时效的工艺参数为280℃下保温1h；
(4)机加工处理：对所述坯料进行机加工即得铝合金背板成品。
按照与实施例1相同的测试方法测试各项性能如下：
本对比例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为356MPa；
本对比例制备的铝合金背板成品的电导率为37.9MS/M；
本对比例制备的铝合金背板变形严重。
对比例2
本对比例的靶材用铝合金背板的加工方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例步骤(2)的锻造总变形量为60％，锻造至直径为237mm、高为40mm，其中，前30％变形道次变形量为15％，剩余变形道次变形量为8％。
按照与实施例1相同的测试方法测试各项性能如下：
本对比例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为480MPa；
溅射后抗弯强度为476Mpa；
本对比例制备的铝合金背板成品的电导率为38.2MS/M。
对比例3
本对比例的靶材用铝合金背板的加工方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例步骤(2)的锻造总变形量为95％，锻造至直径为670mm、高为5mm，其中，前30％变形道次变形量为15％，剩余变形道次变形量为8％。
本对比例制备的铝合金背板靶材出现开裂。
对比例4
本对比例的靶材用铝合金背板的加工方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例步骤(2)整个锻造过程的道次变形量为12％。
本对比例制备的铝合金背板毛坯平面度良好，但靶材出现开裂。
对比例5
本对比例的靶材用铝合金背板的加工方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例步骤(3)采用单级时效处理，单级时效的工艺参数为180℃下保温4h。
按照与实施例1相同的测试方法测试各项性能如下：
本对比例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为506MPa；
溅射后抗弯强度为285MPa；
本对比例制备的铝合金背板成品的电导率为28MS/M；
本对比例制备的铝合金背板成品背平面度良好。
对比例6
本对比例的靶材用铝合金背板的加工方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例步骤(1)将铝合金铸锭加热到515℃保温1h。
按照与实施例1相同的测试方法测试各项性能如下：
本对比例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为450MPa；
本对比例制备的铝合金背板成品的电导率为37.3MS/M；
本对比例制备的铝合金背板毛坯平面度良好。
对比例7
本对比例的靶材用铝合金背板的加工方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例步骤(2)将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热到300-400℃。
按照与实施例1相同的测试方法测试各项性能如下：
本对比例制备的铝合金背板成品的抗弯强度为420MPa；
溅射后抗弯强度420Mpa；
本对比例制备的铝合金背板成品的电导率为37.7MS/M；
本对比例制备的铝合金背板背板毛坯平面度良好。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种靶材用铝合金背板的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铝合金铸锭固溶、淬火前处理：将铝合金铸锭加热到540-550℃保温3-5h后，水淬至室温；
(2)锻造处理：将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热到160-200℃保温10-20min后，进行锻造；
(3)双级时效处理：将经步骤(2)处理后的铝合金铸锭采用预时效、过时效配合处理得到铝合金坯料；
(4)机加工处理：对所述铝合金坯料进行机加工即得铝合金背板成品。
2.如权利要求1所述的靶材用铝合金背板的加工方法，其特征在于，所述步骤(2)的锻造过程中，锻造总变形量为70-90％。
3.如权利要求2所述的靶材用铝合金背板的加工方法，其特征在于，锻造过程中，在前30-40％变形量下采用10-20％的道次变形量进行锻造，剩余变形量采用5-10％道次变形量进行锻造。
4.如权利要求1所述的靶材用铝合金背板的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中，预时效的工艺参数为170-185℃下保温4-6h，过时效的工艺参数为200-300℃下保温1-2h。
5.如权利要求1所述的靶材用铝合金背板的加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铝合金为6061铝合金。
6.如权利要求1所述的靶材用铝合金背板的加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铝合金铸锭的直径为120-240mm，高为70-180mm。
7.如权利要求1所述的靶材用铝合金背板的加工方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用空气锤进行锻造。
8.如权利要求1-7任一项所述的靶材用铝合金背板的加工方法制备得到的铝合金背板。
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