CN114619130A - 一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，属于靶材制造技术领域。本发明通过采用铝硅合金粉末在高能球磨冲击下发生分散和塑性变形，在高体积分数铝铬硼靶材和铝硅合金背板表面形成高致密度强结合的铝硅合金涂层，降低了铝铬硼靶材和铝硅合金背板的物理、化学性能差异，通过后续的热等静压扩散焊接，实现了铝铬硼靶材和铝硅合金背板高强度、高焊合连接。本发明的方法和设备工艺简单、高效，适合批量化生产。
Description
技术领域
本发明属于靶材制造技术领域，具体涉及一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法。
背景技术
现代机械加工技术对高速切削的需求越来越高，加工刀具需要具有高的硬度并可以抵挡高速切削引起的高温氧化。自从20世纪60年代以来，刀具表面涂层技术已经成为提升刀具性能的主要方法。刀具表面涂层可以通过提高刀具表面硬度、耐氧化性等方法来实现更高的进料速度、切割性能和金属切削率。目前有80％机械加工刀具是通过薄膜技术实现切削精度、效率的提高和有效工作时间的增加。
TiN系薄膜应用到刀具上，可以显著提高工具、模具的耐磨性能。将TiN薄膜添加Al，形成TiAlN薄膜，抗氧化温度显著提升，使用Cr替代Ti，CrAlN薄膜的抗氧化温度可以进一步提高至900℃。研究发现，在CrAlN涂层中加入B合金元素，形成Al-Cr-B-N纳米复合结构，这种结构提高了膜层的硬度，提升了晶粒边界的结合力，降低了膜层的残余应力，进一步提高膜层的机械性能和刀具使用寿命，极具应用价值。在公开号CN110527957A的发明专利《一种铝铬硼合金靶材及其制备方法》中介绍了新型铝铬硼合金靶材的热等静压制备方法。
在镀膜工艺中，通常使用背板固定用于溅射的靶材，同时背板还具有传导溅射过程中产生热量的功效。
依据靶材的材质和应用领域不同，焊接时所使用的焊接工艺也不尽相同。如在公开号CN112059345A的发明专利《一种高纯铝靶材组件的钎焊方法及高纯铝靶材组件》中介绍了高纯铝合金靶材的钎焊连接方法，公开号CN104690417A的发明专利《一种镍或镍合金靶材与背板的焊接方法》中介绍了镍合金靶材的热等静压扩散焊接方法等，但是针对新型的铝铬硼合金靶材，尚未开发有针对性的靶材与背板连接技术，以解决磁控溅射或电弧蒸发靶材组件在一侧处于高温真空，而另一侧背板处于冷却水强冷恶劣工况条件下，两侧形成巨大的温差和压差导致复杂的应力分布状态。另一方面，高体积分数含量靶材与铝合金背板之间物理、化学性质差异导致的焊接强度低、焊合率低以及焊接应力大的问题。
综上所述，需要开发一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，解决目前钎焊工艺结合强度低，真空扩散焊接靶材与背板物理化学相容性差的问题，获得高强度、高焊合率的铝铬硼合金靶材和背板组件。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明目的是提供一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，实现铝铬硼靶材与铝硅合金背板的高强度、高焊合率焊接。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将铝铬硼靶材和铝硅合金背板的焊接面进行表面抛光后，超声清洗、吹干；
(2)将经步骤(1)得到的铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接面的表面通过高能球磨沉积铝硅合金涂层；
(3)将经步骤(2)得到的铝铬硼靶材和铝硅合金背板装配后置于铝制包套中，对铝制包套依次进行焊接、抽真空和脱气；
(4)将经步骤(3)处理后的铝制包套封焊后进行热等静压扩散焊接，实现铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接。
进一步地，所述步骤(1)使用砂纸和抛光布将铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接面进行表面抛光，置于丙酮溶液中，超声清洗5-10min，取出后用酒精清洗后吹干。
进一步地，所述步骤(2)将经步骤(1)得到的铝铬硼靶材和铝硅合金背板的焊接面朝上并固定至不锈钢球磨罐内底部(即粘在不锈钢球磨罐的内底部)，将铝硅合金粉末与不锈钢磨球混合后放入不锈钢球磨罐中，使用行星式球磨机在真空或氩气保护的环境中球磨，即可得到表面沉积铝硅合金的铝铬硼靶材和铝硅合金背板。
进一步地，所述步骤(2)铝硅合金粉末粒度为-200目(即200目以下)，不锈钢磨球与铝硅合金粉末重量比为5:1，球磨过程为首先以转速为50～150转/分钟进行球磨，球磨时间为0.5～2小时，再以转速为300～500转/分钟进行高能球磨，球磨时间为5～20小时。
进一步地，所述步骤(3)抽真空至真空度＜10-3Pa。
进一步地，所述步骤(4)热等静压扩散焊接的温度为400～650℃，压力为50～150MPa，并保温、保压1～4小时。
本发明的有益技术效果在于：
利用球磨设备，使得铝硅合金粉末在高能球磨冲击下发生分散和塑性变形，在高体积分数铝铬硼靶材和铝硅合金背板表面形成高致密度强结合的铝硅合金涂层，降低了铝铬硼靶材和铝硅合金背板的物理、化学性能差异，通过后续的热等静压扩散焊接，实现了铝铬硼靶材和铝硅合金背板高强度、高焊合连接。本发明的方法和设备工艺简单、高效，适合批量化生产。
附图说明
图1是本发明靶材与背板焊接方法所得靶材组件结构示意图，图中标号代表：1为铝铬硼靶材；2为铝硅合金过渡层；3为铝硅合金背板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例中铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，其过程包括以下步骤：
(1)使用砂纸和抛光布将将铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接面进行表面抛光，将其置于丙酮溶液中，超声清洗5min，取出后用酒精清洗后吹干；
(2)将预处理后的铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接面朝上固定至不锈钢球磨罐内底部，将铝硅合金粉与不锈钢球按配比混合后放入球磨罐中，使用行星式球磨机在氩气保护的环境中球磨，即可得到焊接面的表面沉积铝硅合金涂层的铝铬硼靶材和铝硅合金背板；
(3)将铝硅合金涂层的铝铬硼靶材和铝硅合金背板装配后置于铝制包套中，之后对铝制包套依次进行焊接、抽真空和脱气；
(4)脱气后的铝制包套封焊后进行热等静压扩散焊接，实现铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接。
其中，铝硅合金粉末粒度为-200目，不锈钢磨球与粉料重量比为5:1，球磨过程为首先以转速为100转/分钟进行球磨，球磨时间为0.5小时，再以转速为300转/分钟进行高能球磨，球磨时间为5小时。
抽真空至真空度＜10-3Pa。
扩散焊接的温度为550℃，压强为100MPa，并保温、保压2小时。
焊接结合率可达到99.5％，靶材组件焊接强度为52MPa。
实施例2：
参照实施例1的工艺步骤焊接方法。本实施例与实施例1不同点在于：再以转速为500转/分钟进行高能球磨时间为20小时，扩散焊接的温度为420℃，压强为150MPa，并保温、保压1小时。焊接结合率可达到99.3％，靶材组件焊接强度为48MPa。
实施例3：
参照实施例1的工艺步骤焊接方法。本实施例与实施例1不同点在于：再以转速为300转/分钟进行高能球磨时间为10小时，扩散焊接的温度为600℃，压强为50MPa，并保温、保压4小时。焊接结合率可达到99.6％，靶材组件焊接强度为55MPa。
本发明通过采用铝硅合金粉末在高能球磨冲击发生分散和塑性变形，在高体积分数铝铬硼靶材和铝硅合金背板表面形成高致密度强结合的铝硅合金涂层，降低了铝铬硼靶材和铝硅合金背板的物理、化学性能差异，通过后续的热等静压扩散焊接，实现了铝铬硼靶材和铝硅合金背板高强度、高焊合连接。本发明的方法和设备工艺简单、高效，适合批量化生产。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将铝铬硼靶材和铝硅合金背板的焊接面进行表面抛光后，超声清洗、吹干；
(2)将经步骤(1)得到的铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接面的表面通过高能球磨沉积铝硅合金涂层；
(3)将经步骤(2)得到的铝铬硼靶材和铝硅合金背板装配后置于铝制包套中，对铝制包套依次进行焊接、抽真空和脱气；
(4)将经步骤(3)处理后的铝制包套封焊后进行热等静压扩散焊接，实现铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接。
2.根据权利要求1所述的一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，其特征在于，所述步骤(1)使用砂纸和抛光布将铝铬硼靶材和铝硅合金背板焊接面进行表面抛光，置于丙酮溶液中，超声清洗5-10min，取出后用酒精清洗后吹干。
3.根据权利要求1所述的一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)将经步骤(1)得到的铝铬硼靶材和铝硅合金背板的焊接面朝上并固定至不锈钢球磨罐内底部，将铝硅合金粉末与不锈钢磨球混合后放入不锈钢球磨罐中，使用行星式球磨机在真空或氩气保护的环境中球磨，即可得到表面沉积铝硅合金的铝铬硼靶材和铝硅合金背板。
4.根据权利要求3所述的一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)铝硅合金粉末粒度为-200目，不锈钢磨球与铝硅合金粉末重量比为5:1，球磨过程为首先以转速为50～150转/分钟进行球磨，球磨时间为0.5～2小时，再以转速为300～500转/分钟进行高能球磨，球磨时间为5～20小时。
5.根据权利要求1所述的一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)抽真空至真空度＜10-3Pa。
6.根据权利要求1所述的一种铝铬硼靶材与铝硅合金背板的焊接方法，其特征在于，所述步骤(4)热等静压扩散焊接的温度为400～650℃，压力为50～150MPa，并保温、保压1～4小时。
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| 陈立甲;查五生;吴开霞;吕先竞;: "机械球磨方法在表面薄膜涂层制备中的应用", 粉末冶金技术, no. 01, 27 February 2014 (2014-02-27), pages 64 - 67 * |
| 齐宝森, 姚新, 王成国, 徐英: "高能球磨法制备磨球表面铝涂层的研究", 材料工程, no. 03, 25 April 2001 (2001-04-25), pages 39 - 41 * |
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