CN115976395A - 一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及合金制备技术领域，尤其涉及一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法。所述方法包括:对原材料进行真空熔炼，并控制所述原材料的化学成分，得到钢水；使用所述钢水对所述铸锭模进行浇注，后进行振动，得到铸锭；其中，所述铸锭模的外部处于保温状态；对所述铸锭进行重熔精炼，得到钢锭；对所述钢锭进行均匀化处理，后进行锻造和热轧，以及轧后分阶段修磨处理，得到因瓦合金。本申请内容解决了现有金属掩膜版用因瓦合金表面夹杂物缺陷较多的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及合金制备技术领域，尤其涉及一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法。
背景技术
精细金属掩膜版是OLED蒸镀工艺中的消耗性核心零部件，主要材料是金属或金属+树脂。其主要作用是在OLED生产过程中沉积颜色系统有机物质并形成像素，在需要的地方准确和精细地沉积有机物质，提高分辨率和良率。
目前，蚀刻精细金属掩膜版技术最为成熟，量产蚀刻精细金属掩膜版需要微米级别的因瓦合金箔材。在精细金属掩膜版的生产过程中，需要将因瓦合金箔材进行蚀刻，要求其表面以及内部不能有影响蚀刻图像精度的夹杂物或缺陷存在。对于现有量产的因瓦合金箔材，夹杂物以及缺陷的尺寸和数量已经成为影响精细金属掩膜版良率的重要因素。
发明内容
本申请提供了一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法，以解决现有金属掩膜版用因瓦合金表面夹杂物缺陷较多的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法，所述方法包括:
对原材料进行真空熔炼，并控制所述原材料的化学成分，得到钢水；
使用所述钢水对所述铸锭模进行浇注，后进行振动，得到铸锭；其中，所述铸锭模的外部处于保温状态；
对所述铸锭进行重熔精炼，得到钢锭；
对所述钢锭进行均匀化处理，后进行锻造和热轧，以及轧后分阶段修磨处理，得到因瓦合金。
可选的，所述原材料的化学成分包括：
C、Si、Mn、Ni、S、P、O、Ce、Fe、N、H、Ca、Al；其中，
C的含量为≤0.01重量％，Si的含量为≤0.05重量％，Mn的含量为0.02重量％-0.08重量％，Ni的含量为35.0重量％-37.0重量％，S的含量为≤0.002重量％，P的含量为≤0.002重量％，O的含量为≤0.001重量％，Ce的含量为0.005重量％-0.01重量％；
且满足[O]+[N]+[H]≤0.0015重量％，[Si]+[Ca]+[Al]≤0.05重量％；其中，
[O]表示O的重量，[N]表示N的重量，[H]表示H的重量，[Si]表示Si的重量，[Ca]表示Ca的重量，[Al]表示Al的重量。
可选的，所述均匀化处理的工艺参数包括：加热温度为780℃-880℃，保温时间为18h-24h。
可选的，所述锻造的加热温度为1150℃-1220℃。
可选的，所述热轧的加热温度为1180℃-1250℃。
可选的，所述对所述带钢进行分阶段修磨处理，得到因瓦合金之后，还包括：
对所述因瓦合金进行循环冷轧，并控制所述冷轧中每个轧程的变形量，得到冷轧带钢；
对所述冷轧带钢进行分阶段退火处理，得到成品箔材。
可选的，对所述冷轧带钢进行分阶段退火处理，得到成品箔材，包括：
对所述冷轧带钢进行第一退火处理，后进行轧制和拉矫，得到成品箔材；
对所述成品箔材进行第二退火处理，以除去成品箔材的应力；其中，
轧制的变形量为40％-70％，拉矫的伸长率为≤2％。
可选的，所述每个轧程的变形量为50％-80％。
可选的，所述第一退火处理的温度为880℃-950℃。
可选的，所述第二退火处理的温度为450℃-600℃。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该金属掩膜版用因瓦合金的制备方法，通过合理的化学成分设计减少夹杂物；通过圆柱形铸锭模外部进行保温处理，同时浇注结束的铸锭模放置在振动平台上，进行高频小振幅振动，有效延长铸锭的凝固时间，同时有利于钢液中大颗粒夹杂物的上浮以及小颗粒夹杂物的均匀分布。与现有技术相比，有效的控制了因瓦合金箔材内部的夹杂物尺寸、数量以及分布；通过带坯表面处理两次，第一次先用实心砂轮修磨，第二次采用吸入式蜂窝砂轮修磨，一方面有效去除了因高温热轧而产生的表面氧化物，另一方面采用吸入式蜂窝砂轮还保证修磨掉的粉末不残留在带坯表面，保证后续冷轧箔材的表面质量。本申请所制备的因瓦合金箔材表面没有明显孔洞缺陷，夹杂物的尺寸小，数量少，分布均匀，为精细金属掩膜版的制作提供了保障。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种金属掩膜版用因瓦合金的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
第一方面，本申请提供了一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法，请参见图1，所述方法包括：
S1、对原材料进行真空熔炼，并控制所述原材料的化学成分，得到钢水；
S2、使用所述钢水对所述铸锭模进行浇注，后进行振动，得到铸锭；其中，所述铸锭模的外部处于保温状态；
S3、对所述铸锭进行重熔精炼，得到钢锭；
S4、对所述钢锭进行均匀化处理，后进行锻造和热轧，以及轧后分阶段修磨处理，得到因瓦合金。
在本申请实施例中，真空熔炼可以达到降低气体含量，控制化学成分，提高金属纯洁度的目的。真空熔炼采用4N或5N级纯铁以及其他纯金属作为原材料，按照化学成分的配比，装入到熔炼坩埚中，其中将Ce分成两部分，一部分在装料初期装入坩埚，另外一部分在真空精炼结束以后加入，增强合金脱氧效果；圆柱形铸锭模外部进行保温处理，浇注结束的铸锭模放置在振动平台上，进行高频小振幅振动，这有效延长铸锭的凝固时间，同时有利于钢液中大颗粒夹杂物的上浮以及小颗粒夹杂物的均匀分布，与有效的控制了因瓦合金箔材内部的夹杂物尺寸、数量以及分布，所述铸锭模的外部处于保温状态，其积极效果减少热量的损失，具体地，该圆柱形的直径可以为φ200mm、φ220mm、φ250mm等；重熔精炼，采用圆形铸锭作为电极棒，进行电渣重熔，进一步减少夹杂物的尺寸；铸锭进行均匀化处理的积极效果是为了减小或消除晶内偏析，以达到化学成分均匀化；热轧后进行带坯表面处理两次，第一次先用实心砂轮修磨，第二次采用吸入式蜂窝砂轮修磨，其积极效果是一方面有效去除了因高温热轧而产生的表面氧化物，另一方面采用吸入式蜂窝砂轮还保证修磨掉的粉末不残留在带坯表面，保证后续冷轧箔材的表面质量。
在S3步骤之前，对该铸锭表面处理：铸锭车光处理，去除氧化物以及浇铸缺陷，并去除铸锭头尾。
在S4步骤之前，对该钢锭表面处理：钢锭表面车光处理，去除氧化物。
对坯料锻造后，对坯料表面处理：采用20目-24目砂轮进行修磨，该砂轮目数设置具体可参见表1，其积极效果是为了去除坯料表面氧化物。
在一些实施方式中，所述原材料的化学成分包括：
C、Si、Mn、Ni、S、P、O、Ce、Fe、N、H、Ca、Al；其中，
C的含量为≤0.01重量％，Si的含量为≤0.05重量％，Mn的含量为0.02重量％-0.08重量％，Ni的含量为35.0重量％-37.0重量％，S的含量为≤0.002重量％，P的含量为≤0.002重量％，O的含量为≤0.001重量％，Ce的含量为0.005重量％-0.01重量％；
且满足[O]+[N]+[H]≤0.0015重量％，[Si]+[Ca]+[Al]≤0.05重量％；其中，
[O]表示O的重量，[N]表示N的重量，[H]表示H的重量，[Si]表示Si的重量，[Si]表示Si的重量，[Ca]表示Ca的重量，[Al]表示Al的重量。
控制C的含量为≤0.01重量％的积极效果：有利于降低合金的膨胀系数，同时脱除不利于加工性的氧；若C含量过高，在一定程度上会导致膨胀系数增加，同时非金属氧化物增加。具体地，C的含量可以为0.01重量％、0.009重量％、0.008重量％等。
控制Si的含量为≤0.05重量％的积极效果：有利于降低合金的膨胀系数；若Si含量过高，在一定程度上会导致热加工性能变差。具体地，Si的含量可以为0.05重量％、0.045重量％、0.04重量％等。
控制Mn的含量为0.02重量％-0.08重量％的积极效果：有利于控制合金的膨胀系数；若Mn含量过高，在一定程度上会导致膨胀系数增加；若Mn含量过低，在一定程度上会导致热加工性能变差。具体地，Mn的含量可以为0.02重量％、0.04重量％、0.06重量％、0.08重量％等。
控制Ni的含量为35.0重量％-37.0重量％的积极效果：有利于控制合金的膨胀系数；若Ni含量过高，在一定程度上会导致膨胀系数增加；若Ni含量过低，在一定程度上会导致膨胀系数增加。具体地，Ni的含量可以为35重量％、36重量％、37重量％等。
控制S的含量为≤0.002重量％的积极效果：改善热加工性能；若S含量过高，在一定程度上会导致热加工坯料容易开裂。具体地，S的含量可以为0.002重量％、0.0018重量％等。
控制P的含量为≤0.002重量％的积极效果：改善热加工性能；若P含量过高，在一定程度上会导致热加工坯料容易开裂。具体地，P的含量可以为0.002重量％、0.0018重量％等。
控制O的含量为≤0.001重量％的积极效果：降低合金中夹杂物的含量；若O含量过高，在一定程度上会导致夹杂物含量增多，影响箔材的表面质量。具体地，O的含量可以为0.001重量％、0.0009重量％等。
控制Ce的含量为0.005重量％-0.01重量％的积极效果：有利于因瓦合金的脱氧；若Ce含量过高，在一定程度上会导致热加工塑性降低；若Ce含量过低，在一定程度上会导致脱氧不充分，夹杂物含量高。具体地，Ce的含量可以为0.005重量％、0.007重量％、0.01重量％等。
控制[O]+[N]+[H]≤0.0015重量％以及[Si]+[Ca]+[Al]≤0.05重量％的积极效果：Si、Ca和Al均为因瓦合金中非金属氧化物的主要形成元素，有利于控制因瓦合金钢锭内部的非金属夹杂物数量。
在一些实施方式中，所述均匀化处理的工艺参数包括：加热温度为780℃-880℃，保温时间为18h-24h。
控制均匀化处理中的加热温度为780℃-880℃的积极效果：消除钢锭在凝固过程中产生的枝晶偏析和区域偏析，促使成分和组织均匀性；若该温度过高，在一定程度上会导致晶粒长大明显，影响热加工性能；若该温度过低，在一定程度上会导致消除枝晶偏析和区域偏析效果不显著。具体地，该温度可以为780℃、800℃、820℃、840℃、860℃、880℃等。
控制保温时间为18h-24h的积极效果：有利于保证不同规格的钢锭充分消除枝晶偏析和区域偏析；若该时间过长，在一定程度上会导致增加生产成本；若该时间过短，在一定程度上会导致消除枝晶偏析和区域偏析效果不理想。具体地，该时间可以为18h、20h、22h、24h等。
在一些实施方式中，所述锻造的加热温度为1150℃-1220℃。
控制锻造的加热温度为1150℃-1220℃的积极效果：热塑性最佳，加工而成的坯料表面质量良好；若该温度过高，在一定程度上会导致钢锭过烧，热塑性降低；若该温度过低，在一定程度上会导致钢锭变形抗力增加，增加锻造回火次数。具体地，该温度可以为1150℃、1170℃、1190℃、1210℃等。
在一些实施方式中，所述热轧的加热温度为1180℃-1250℃。
控制热轧的加热温度为1180℃-1250℃的积极效果：热塑性最佳，加工而成的坯料表面质量良好；若该温度过高，在一定程度上会导致坯料过烧，同时表面氧化皮加厚，影响热轧带坯表面质量；若该温度过低，在一定程度上会导致坯料热轧延展性下降，热轧带坯边部开裂。具体地，该温度可以为1180℃、1200℃、1220℃、1240℃等。
在一些实施方式中，所述对所述带钢进行分阶段修磨处理，得到因瓦合金箔之后，还包括：
对所述因瓦合金箔进行循环冷轧，并控制所述冷轧中每个轧程的变形量，得到冷轧带钢；
对所述冷轧带钢进行分阶段退火处理，得到成品箔材。
在本申请实施例中，对该因瓦合金箔进行精密冷轧，在冷轧机上进行多循环的轧制，保证该因瓦合金箔的表面质量；该分阶段退火包括半成品带材进行氢气连续退火处理以及低温去应力退火炉退火。
在一些实施方式中，对所述冷轧带钢进行分阶段退火处理，得到成品箔材，包括：
对所述冷轧带钢进行第一退火处理，后进行轧制和拉矫，得到成品箔材；
对所述成品箔材进行第二退火处理，以除去成品箔材的应力；其中，
轧制的变形量为40％-70％，拉矫的伸长率≤2％。
将该冷轧带钢进行第一退火处理，其积极效果：将半成品带材加热至再结晶温度以上，降低合金的硬度，加强其可塑性。
对所述成品箔材进行第二退火处理，其积极效果：去除合金内部应力。
控制轧制的变形量为40％-70％的积极效果：保证成品箔材的力学性能，同时保证板形，若该变形量过高，在一定程度上会导致箔材表面应力太大，不利于后续板形的控制；若该变形量过低，在一定程度上会导致力学性能太低，不利于后续应用。具体地，该变形量可以为40％、50％、60％、70％等。
控制拉矫的伸长率≤2％的积极效果：在不改变箔材力学性能的前提下，提高箔材的板形。若该伸长率过高，在一定程度上会导致力学性能增加，影响后续应用。具体地，该伸长率可以为2％、1.9％、1.8％等。
在一些实施方式中，所述每个轧程的变形量为50％-80％。
控制每个轧程的变形量为50％-80％的积极效果：有利于保证半成品带材均匀变形；若该变形量过高，在一定程度上会导致晶粒冷变形严重，降低延展性；若该变形量过低，在一定程度上会导致晶粒变形不均匀，影响性能的一致性。具体地，每个轧程的变形量为可以为50％、60％、70％、80％等。
在一些实施方式中，所述第一退火处理的温度为880℃-950℃。
控制第一退火处理的温度为880℃-950℃的积极效果：冷轧变形晶粒发生再结晶，降低半成品带材的硬度，增加可塑性，有利于继续轧制；若该温度过高，在一定程度上会导致晶粒过分长大，不利于半成品带材板形的控制，从而影响最终成品箔材的板形；若该温度过低，在一定程度上会导致冷轧变形晶粒未发生再结晶或者晶粒长大不均匀，半成品带材硬度下降不明显，为后续加工增加难度。具体地，该第一退火处理的温度可以为880℃、900℃、920℃、940℃等。
在一些实施方式中，所述第二退火处理的温度为450℃-600℃。
控制第二退火处理的温度为450℃-600℃的积极效果：在不影响箔材力学性能的前提下，降低箔材的残余应力；若该温度过高，在一定程度上会导致力学性能下降；若该温度过低，在一定程度上会导致箔材的残余应力降低效果不显著。具体地，该第一退火处理的温度可以为450℃、480℃、510℃、540℃、570℃、600℃等.
其中上述精密冷轧、连续退火、成品轧制、拉矫和去应力连续处理工序产生的卷料均真空存放。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
表1金属掩膜版用因瓦合金的化学成分(wt％)。
| 元素 | C | Si | Mn | Ni | S | P | O | Ce | O+N+H | Si+Ca+Al |
| 实施例1 | 0.003 | 0.02 | 0.07 | 35.5 | 0.0018 | 0.002 | 0.001 | 0.005 | 0.0015 | 0.05 |
| 实施例2 | 0.005 | 0.02 | 0.06 | 35.7 | 0.0015 | 0.0019 | 0.0008 | 0.006 | 0.0014 | 0.048 |
| 实施例3 | 0.003 | 0.018 | 0.05 | 36.5 | 0.0013 | 0.0016 | 0.0007 | 0.008 | 0.0013 | 0.05 |
| 实施例4 | 0.01 | 0.04 | 0.02 | 37.0 | 0.002 | 0.002 | 0.0005 | 0.01 | 0.0015 | 0.05 |
| 对比例1 | 0.012 | 0.06 | 0.1 | 36.8 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | - | 0.015 | 0.08 |
表2制备金属掩膜版用因瓦合金的工艺参数。
表3制备成品箔材的工艺参数。
通过表1合理的化学成分的设计，表2制备金属掩膜版用因瓦合金的工艺参数以及后续表3制备成品箔材的工艺参数，最终制备出的因瓦合金箔材表面无明显孔洞缺陷、夹杂物尺寸小、数量少且分布均匀。如图2所示，成品箔材外观以及表面夹杂物测量：在光学显微镜下观察，箔材表面没有明显孔洞缺陷，在扫描电镜下观察任意1mm2范围内的成品箔材，夹杂物的尺寸最大不超过4μm，数量不超过2个。从而解决了现有金属掩膜版用因瓦合金表面夹杂物缺陷较多的技术问题。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括:
对原材料进行真空熔炼，并控制所述原材料的化学成分，得到钢水；
使用所述钢水对所述铸锭模进行浇注，后进行振动，得到铸锭；其中，所述铸锭模的外部处于保温状态；
对所述铸锭进行重熔精炼，得到钢锭；
对所述钢锭进行均匀化处理，后进行锻造和热轧，以及轧后分阶段修磨处理，得到因瓦合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原材料的化学成分包括：
C、Si、Mn、Ni、S、P、O、Ce、Fe、N、H、Ca、Al；其中，
C的含量为≤0.01重量％，Si的含量为≤0.05重量％，Mn的含量为0.02重量％-0.08重量％，Ni的含量为35.0重量％-37.0重量％，S的含量为≤0.002重量％，P的含量为≤0.002重量％，O的含量为≤0.001重量％，Ce的含量为0.005重量％-0.01重量％；
且满足[O]+[N]+[H]≤0.0015重量％，[Si]+[Ca]+[Al]≤0.05重量％；其中，
[O]表示O的重量，[N]表示N的重量，[H]表示H的重量，[Si]表示Si的重量，[Ca]表示Ca的重量，[Al]表示Al的重量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均匀化处理的工艺参数包括：
加热温度为780℃-880℃，保温时间为18h-24h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锻造的加热温度为1150℃
-1220℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热轧的加热温度为1180℃-1250℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述带钢进行分阶段修磨处理，得到因瓦合金之后，还包括：
对所述因瓦合金进行循环冷轧，并控制所述冷轧中每个轧程的变形量，得到冷轧带钢；
对所述冷轧带钢进行分阶段退火处理，得到成品箔材。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述冷轧带钢进行分阶段退火处理，得到成品箔材，包括：
对所述冷轧带钢进行第一退火处理，后进行轧制和拉矫，得到成品箔材；
对所述成品箔材进行第二退火处理，以除去成品箔材的应力；其中，
轧制的变形量为40％-70％，拉矫的伸长率为≤2％。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述每个轧程的变形量为50％-80％。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一退火处理的温度为880℃-950℃。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二退火处理的温度为450℃-600℃。
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|---|---|---|---|
| CN202211700709.3A CN115976395A (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 一种金属掩膜版用因瓦合金的制备方法 |
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| CN115976395A true CN115976395A (zh) | 2023-04-18 |
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2022
- 2022-12-28 CN CN202211700709.3A patent/CN115976395A/zh active Pending
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