CN115491523A - 一种废钼靶的回收利用方法及其钼钛合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废钼靶的回收利用方法及其钼钛合金的制备方法。将废钼靶进行加热、熔化焊料,使钼靶坯与背板解绑,刮除钼靶坯残留焊料;处理后所得钼靶坯的焊接面进行打磨处理、加工成块状;所得钼块依次进行酸洗、高纯水清洗、烘干,得到高纯钼块。将回收所得高纯钼块或市售高纯钼块和高纯钛块进行配料,配料后加入熔炼炉中关闭炉门,反复操作抽真空、充氩气,反复操作后关闭真空泵,充入高纯氩气进行通电熔炼,反复熔炼后得到低氧、致密合金,即钼钛合金。通过本发明回收废钼靶,能够将废钼靶中铟含量降至1ppm以下,满足显示领域的要求;利用本发明制备得到的钼钛合金氧含量低、致密度高,能够有效提升其变形加工和使用性能。
Description
一、技术领域:
本发明属于金属材料技术领域,具体涉及一种废钼靶的回收利用方法及其钼钛合金的制备方法。
二、背景技术:
在平板显示器和太阳能电池领域,常用高纯钼靶材溅射沉积的钼薄膜作为铜和基底之间的扩散阻挡层。这些钼靶以平面靶居多,其溅射利用率仅为30%,剩余70%成为废靶(残靶)。随着钼靶的大量使用,废钼靶数量也急剧增多,堆积严重。废钼靶通常用低熔点金属铟进行焊接绑定,解绑以后焊接面存在大量的铟。目前,废钼靶通常未进行净化处理,被低价贱卖给钢铁企业作为炼钢原料。因此,寻找废钼靶的高质量回收利用方法,对降低企业成本、促进钼行业的可持续发展具有重要的意义。
同时,随着科技的发展,高质量平板显示器产品对扩散阻挡层耐腐蚀性和附着性能等提出了更高的要求。研究表明,用钼钛合金作为扩散阻挡层,可以有效改善纯钼存在的耐腐蚀性和附着性能差等问题。扩散阻挡层用钼钛合金的钛含量通常很高(20~50at%),且合金元素钛容易氧化,用粉末冶金制备钼钛合金靶材时,烧结坯中氧含量比纯钼高很多、且致密度明显比纯钼低,由此会大幅降低其变形加工、溅射和使用性能。因此,获得低氧、高致密钼钛合金靶是目前本领域技术人员急需解决的重要问题。
三、发明内容:
本发明要解决的技术问题是:针对高纯废钼靶的不断增多,同时粉末冶金制备钼钛合金靶氧含量高、致密度低的技术问题,本发明提供一种废钼靶的回收利用方法及其钼钛合金的制备方法。
为了解决上述问题,本发明采取的技术方案是:
本发明提供一种废钼靶的回收利用方法,所述回收利用方法包括以下步骤:
a、将废钼靶进行加热,加热至160~250℃下进行熔化焊料,使钼靶坯与背板解绑,并(用刮刀)刮除钼靶焊接面坯残留焊料;
b、将步骤a处理后钼靶坯的焊接面进行打磨处理、加工成块状,得到钼块;
c、将步骤b所得钼块进行酸洗处理,然后采用高纯水进行清洗、烘干,烘干后得到高纯钼块。
根据上述的废钼靶的回收利用方法,步骤b中所述打磨处理的深度为20~200μm,所得钼块的尺寸为1~50mm。
根据上述的废钼靶的回收利用方法,步骤c中所述酸洗处理时采用的酸为盐酸、硫酸、磷酸或者磺酸,所述酸的浓度为1~20%,所述酸洗时间为1~30h。
根据上述的废钼靶的回收利用方法,步骤c所得高纯钼块的纯度为99.9~99.995%。
另外,提供一种钼钛合金的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
a、将高纯钼块和高纯钛块按照4~1:1的摩尔比进行配料,配料后加入非自耗电弧熔炼炉或悬浮熔炼炉的水冷铜坩埚中,关闭炉门;
或者,将高纯钼块和高纯钛块按照4~1:1的摩尔比进行混合,混匀后压制成电极,将所得电极置于真空自耗电弧熔炼炉中,关闭炉门;
b、打开真空泵,对样品室抽真空至真空度≤9×10-3MPa,然后关闭真空泵,充入高纯氩气,氩气充入后再次抽真空至真空度≤9×10-3MPa;
c、关闭真空泵,充入高纯氩气,然后通电进行反复熔炼,反复熔炼4~8次(反复熔炼是为了提高铸锭的组织均匀性),得到钼钛合金。
根据上述的钼钛合金的制备方法,步骤a中所述高纯钼块为上述废钼靶回收所得高纯钼块、市售高纯钼块或为高纯钼粉压制所得高纯钼块;所述高纯钼块的尺寸为1~50mm、纯度为99.9~99.995%;所述高纯钛块的尺寸为1~50mm、纯度为99.9~99.999%。
根据上述的钼钛合金的制备方法,步骤b中所述充入高纯氩气、抽真空,重复操作1~2次(重复操作的目的是降低杂质气体的含量)。
根据上述的钼钛合金的制备方法,所述高纯氩气的纯度为99.99~99.9999%。
本发明的积极有益效果:
1、通过本发明技术方案回收废钼靶,能够将废钼靶中铟含量降至1ppm以下,满足显示领域的要求。
2、利用本发明技术方案回收废钼靶得到的高纯钼块作为原料制备钼钛合金,实现了废钼靶的高质量回收利用,有利于降低企业成本。
3、利用本发明技术方案制备得到的钼钛合金氧含量低、致密度高,能够有效提升其变形加工和使用性能。
4、在钼钛合金制备方法中,本发明技术方案采用水冷铜坩埚冷却钼合金液且合金含量较高,从而有效避免了钼合金晶粒粗大的问题。
四、附图说明:
图1本发明实施例1中废钼靶解绑后焊接面的扫描图片和能谱;
由图1可知,废钼靶解绑后焊接面存在大量的铟。
图2本发明实施例4制备所得钼钛合金的微观组织;
由图2可知,本发明制备的钼钛合金组织致密。
图3本发明实施例4制备所得钼钛合金在应变速率为1s-1、温度为1000℃条件下的热模拟压缩曲线;
由图3可知,本发明制备的钼钛合金在应变速率为1s-1、温度为1000℃条件下表现出良好的热压缩性能。
五、具体实施方式:
以下结合实施例进一步阐述本发明,但并不限制本发明技术方案保护的范围。
实施例1:
本发明废钼靶的回收利用方法,所述回收利用方法的详细步骤如下:
a、将废钼靶进行加热,加热至160℃下进行熔化焊料,使钼靶坯与背板解绑,并用刮刀刮除钼靶焊接面坯残留焊料;
b、将步骤a处理后钼靶坯的焊接面进行打磨处理,打磨深度为40μm,然后加工成10mm的块状,得到钼块;
c、将步骤b所得钼块用浓度为10%的盐酸进行酸洗24h,然后采用高纯水进行清洗、烘干,烘干后得到纯度为99.95%的高纯钼块。
本发明实施例1处理后所得高纯钼块的电感耦合等离子体质谱测量结果见表1。
表1本发明实施例1回收制备所得高纯钼块的电感耦合等离子体质谱测量结果
由表1可见,本发明利用废钼靶回收制备所得的高纯钼块中铟含量仅为0.6ppm。
实施例2:
本发明废钼靶的回收利用方法,所述回收利用方法的详细步骤如下:
a、将废钼靶进行加热,加热至200℃下进行熔化焊料,使钼靶坯与背板解绑,并用刮刀刮除钼靶焊接面坯残留焊料;
b、将步骤a处理后钼靶坯的焊接面进行打磨处理,打磨深度为100μm,然后加工成3mm的块状,得到钼块;
c、将步骤b所得钼块用浓度为2%的盐酸酸洗30h,然后采用高纯水进行清洗、烘干,烘干后得到纯度为99.95%的高纯钼块。
实施例3:
本发明废钼靶的回收利用方法,所述回收利用方法的详细步骤如下:
a、将废钼靶进行加热,加热至250℃下进行熔化焊料,使钼靶坯与背板解绑,并用刮刀刮除钼靶焊接面坯残留焊料;
b、将步骤a处理后钼靶坯的焊接面进行打磨处理,打磨深度为180μm,然后加工成40mm的块状,得到钼块;
c、将步骤b所得钼块用浓度为20%的盐酸酸洗2h,然后采用高纯水进行清洗、烘干,烘干后得到纯度为99.95%的高纯钼块。
实施例4:
本发明钼钛合金的制备方法,所述制备方法的详细步骤如下:
a、将纯度为99.95%、尺寸为5mm的钼块和纯度为99.99%、尺寸为5mm的高纯钛块按照1:1的摩尔比进行配料,配料后加入非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,关闭炉门;
b、打开真空泵,对样品室抽真空至真空度5×10-3MPa,然后关闭真空泵,充入高纯氩气(高纯氩气的纯度为99.999%),氩气充入后再次抽真空至真空度5×10-4MPa;
c、关闭真空泵,充入高纯氩气,然后通电进行熔炼,反复熔炼7次后得到钼钛合金(反复熔炼是为了提高铸锭组织的均匀性)。
本发明实施例4制备所得钼钛合金的氧含量低,仅为85ppm。
实施例5:
本发明钼钛合金的制备方法,所述制备方法的详细步骤如下:
a、将纯度为99.95%、尺寸为5mm的钼块和纯度为99.99%、尺寸为10mm的高纯钛块按照1:1的摩尔比进行配料,配料后加入悬浮熔炼炉的水冷铜坩埚中,关闭炉门;
b、打开真空泵,对样品室抽真空至真空度7×10-3MPa,然后关闭真空泵,充入高纯氩气(高纯氩气的纯度为99.999%),氩气充入后再次抽真空至真空度7×10-3MPa;
c、关闭真空泵,充入高纯氩气,然后通电进行熔炼,反复熔炼5次后得到钼钛合金(反复熔炼能够提高铸锭组织均匀性)。
本发明实施例5制备所得钼钛合金的氧含量低,仅为95ppm。
实施例6:
本发明钼钛合金的制备方法,所述制备方法的详细步骤如下:
a、将实施例1利用废钼靶回收制备的高纯钼块和纯度为99.99%、尺寸为5mm的高纯钛块按照2:1的摩尔比进行配料,配料后加入非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,关闭炉门;
b、打开真空泵,对样品室抽真空至真空度5×10-3MPa,然后关闭真空泵,充入高纯氩气(高纯氩气的纯度为99.999%),氩气充入后再次抽真空至真空度5×10-3MPa,再次关闭真空泵,充入高纯氩气(高纯氩气的纯度为99.999%),并抽真空至真空度1×10-3MPa;
c、关闭真空泵,充入高纯氩气,然后通电进行熔炼,反复熔炼8次后得到钼钛合金(反复熔炼是为了提高铸锭组织均匀性)。
实施例7:
本发明钼钛合金的制备方法,所述制备方法的详细步骤如下:
a、将本发明实施例2利用废钼靶制备回收的高纯钼块和纯度为99.9%、尺寸为3mm的高纯钛块按照4:1的摩尔比进行混合,混匀后压制成电极,将所得电极置于真空自耗电弧熔炼炉中,关闭炉门;
b、打开真空泵,对样品室抽真空至真空度5×10-3MPa,然后关闭真空泵,充入高纯氩气(高纯氩气的纯度为99.999%),氩气充入后再次抽真空至真空度1×10-3MPa;
c、关闭真空泵,充入高纯氩气,然后通电进行熔炼,反复熔炼5次后得到钼钛合金(反复熔炼是为了提高铸锭组织均匀性)。
实施例8:
本发明钼钛合金的制备方法,所述制备方法的详细步骤如下:
a、将本发明实施例3利用废钼靶制备回收的高纯钼块和纯度为99.99%、尺寸为5mm的高纯钛块按照2:1的摩尔比进行混合,混匀后压制成电极,将所得电极置于真空自耗电弧熔炼炉中,关闭炉门;
b、打开真空泵,对样品室抽真空至真空度5×10-3MPa,然后关闭真空泵,充入高纯氩气(高纯氩气的纯度为99.999%),氩气充入后再次抽真空至真空度1×10-3MPa;
c、关闭真空泵,充入高纯氩气,然后通电进行熔炼,反复熔炼6次后得到钼钛合金(反复熔炼是为了提高铸锭组织均匀性)。
实施例9:
本发明钼钛合金的制备方法,所述制备方法的详细步骤如下:
a、将纯度为99.99%、尺寸为5mm的钼块和纯度为99.999%、尺寸为5mm的高纯钛块按照3:1的摩尔比进行混合,混匀后压制成电极,将所得电极置于真空自耗电弧熔炼炉中,关闭炉门;
b、打开真空泵,对样品室抽真空至真空度5×10-3MPa,然后关闭真空泵,充入高纯氩气,氩气充入后再次抽真空至真空度5×10-4MPa;
c、关闭真空泵,充入高纯氩气,然后通电进行熔炼,反复熔炼6次后得到钼钛合金(反复熔炼是为了提高铸锭组织均匀性)。
Claims (8)
1.一种废钼靶的回收利用方法,其特征在于,所述回收利用方法包括以下步骤:
a、将废钼靶进行加热,加热至160~250℃下进行熔化焊料,使钼靶坯与背板解绑,并刮除钼靶焊接面坯残留焊料;
b、将步骤a处理后钼靶坯的焊接面进行打磨处理、加工成块状,得到钼块;
c、将步骤b所得钼块进行酸洗处理,然后采用高纯水进行清洗、烘干,烘干后得到高纯钼块。
2.根据权利要求1所述的废钼靶的回收利用方法,其特征在于:步骤b中所述打磨处理的深度为20~200μm,所得钼块的尺寸为1~50mm。
3.根据权利要求1所述的废钼靶的回收利用方法,其特征在于:步骤c中所述酸洗处理时采用的酸为盐酸、硫酸、磷酸或者磺酸,所述酸的浓度为1~20%,所述酸洗时间为1~30h。
4.根据权利要求1所述的废钼靶的回收利用方法,其特征在于:步骤c所得高纯钼块的纯度为99.9~99.995%。
5.一种钼钛合金的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
a、将高纯钼块和高纯钛块按照4~1:1的摩尔比进行配料,配料后加入非自耗电弧熔炼炉或悬浮熔炼炉的水冷铜坩埚中,关闭炉门;
或者,将高纯钼块和高纯钛块按照4~1:1的摩尔比进行混合,混匀后压制成电极,将所得电极置于真空自耗电弧熔炼炉中,关闭炉门;
b、打开真空泵,对样品室抽真空至真空度≤9×10-3MPa,然后关闭真空泵,充入高纯氩气,氩气充入后再次抽真空至真空度≤9×10-3MPa;
c、关闭真空泵,充入高纯氩气,然后通电进行反复熔炼,反复熔炼4~8次,得到钼钛合金。
6.根据权利要求5所述的钼钛合金的制备方法,其特征在于:步骤a中所述高纯钼块为权利要求1废钼靶回收所得高纯钼块、市售高纯钼块或为高纯钼粉压制所得高纯钼块;所述高纯钼块的尺寸为1~50mm、纯度为99.9~99.995%;所述高纯钛块的尺寸为1~50mm、纯度为99.9~99.999%。
7.根据权利要求5所述的钼钛合金的制备方法,其特征在于:步骤b中所述充入高纯氩气、抽真空,重复操作1~2次。
8.根据权利要求5所述的钼钛合金的制备方法,其特征在于:所述高纯氩气的纯度为99.99~99.9999%。
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