本發(fā)明屬于粉末冶金材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈦鋁鋯合金靶材及其制備方法。

背景技術(shù)：
自從20世紀(jì)60年代以來，刀具表面涂層技術(shù)已經(jīng)成為提升刀具性能的主要方法。刀具表面涂層，主要通過提高刀具表面硬度，熱穩(wěn)定性，降低摩擦系數(shù)等方法來提升切削速度，提高進(jìn)給速度，從而提高切削效率，并大幅提升刀具壽命。在金屬材料的表面上鍍一層TiN、TiCN、TiAl（CN）膜層，來提高工具、模具的耐磨性能。目前已經(jīng)開發(fā)出純鈦或者鈦鋁合金靶材來制備這種膜層。研究表明，使用純鈦或鈦鋁合金靶材制備的TiN、TiCN、TiAl（CN）等膜層，在工、模具表面可以達(dá)到的表面硬度為2400-2800HV，摩擦系數(shù)為0.50-0.55，最高使用溫度為400-600℃，而在實(shí)際應(yīng)用中，加工不同種類的材料，對刀具涂層有不同的要求；加工高塑性、高韌性金屬材料時(shí)，要求刀具涂層自潤滑性能好；現(xiàn)有的氮化鈦、氮化鈦鋁、氮化鉻鋁等傳統(tǒng)涂層，已經(jīng)無法滿足這些使用要求；因此需要開發(fā)多元復(fù)合涂層來提高刀具的切削性能，這也對靶材的研發(fā)提出了更高的要求；在眾多摻雜的合金元素中，鋯由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，倍受青睞。目前生產(chǎn)靶材主要有真空熔煉澆鑄、熱壓、熱等靜壓三種工藝。真空熔煉澆鑄工藝生產(chǎn)靶材澆鑄過程中容易產(chǎn)生縮孔、疏松和宏觀偏析，同時(shí)合金中成分與組織的均勻性難以保證。熱壓工藝生產(chǎn)靶材生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)大尺寸化，同時(shí)熱壓靶材內(nèi)部密度分布不均勻，中部與邊緣密度差別可達(dá)5%，難以獲得高質(zhì)量高密度的靶材，如公開號為CN102363215A的中國專利申請所公開的鉻鋁合金靶材的粉末真空熱壓燒結(jié)制備方法。熱等靜壓法工藝生產(chǎn)靶材，容易獲得均勻細(xì)晶結(jié)構(gòu)，靶材密度均勻，能夠滿足大尺寸靶材的生產(chǎn)，可制得性能優(yōu)異的三元合金濺射靶材。鈦鋁鋯合金靶材生產(chǎn)技術(shù)難度大，因此有關(guān)其研究的文獻(xiàn)較少，專利技術(shù)更鮮有之。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種鈦鋁鋯合金靶材，該靶材在鈦鋁靶材基礎(chǔ)上加入元素Zr，可提高所獲得涂層的抗磨損性能和使用壽命等。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述鈦鋁鋯合金靶材的制備方法。該方法可以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)三元合金鈦鋁鋯合金靶材的制備，而且制備的靶材具有良好的致密性，無氣孔、無疏松和偏析，成分均勻，晶粒細(xì)小，規(guī)格尺寸大的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種鈦鋁鋯合金靶材，按原子百分比由以下成分組成：鈦5-75%，鋁10-90%，鋯1-20%。優(yōu)選地，上述鈦鋁鋯合金靶材按原子百分比由以下成分組成：鈦30%，鋁60%，鋯10%。上述鈦鋁鋯合金靶材的相對密度超過99%，平均晶粒尺寸不大于100μm。上述鈦鋁鋯合金靶材的制備方法，包括如下步驟：步驟一，合金粉末的制備；步驟二，對制備好的所述合金粉末進(jìn)行冷等靜壓處理；步驟三，對所述冷等靜壓處理后的料坯進(jìn)行脫氣處理；步驟四，對所述脫氣處理后的料坯進(jìn)行熱等靜壓處理；步驟五，對所述熱等靜壓處理后的料坯進(jìn)行機(jī)加工，清洗后得到所需要的成品合金靶材。在上述制備方法中，所述合金粉末的制備沒有特別說明時(shí)可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法，即采用本領(lǐng)域常規(guī)方法將原料制成合金粉末。作為一種優(yōu)選方式，在所述步驟一中，所述合金粉末的制備可以是采用霧化制粉方法制備合金粉末或者在混料機(jī)中直接將平均粒徑符合要求的原料進(jìn)行混合來制備合金粉末。當(dāng)采用混料機(jī)進(jìn)行原料的混合時(shí)，更優(yōu)選為于真空或惰性氣體保護(hù)條件下在V型混料機(jī)中混合3-5h。在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選方式，在所述步驟一中，所述合金粉末的平均粒徑為30-150μm，示例性地，平均粒徑可以為30-50μm、60-70μm、120-140μm、80-100μm、50μm、90μm、145μm。制備所述合金粉末所用的原料金屬鈦的純度優(yōu)選為99.7%以上、金屬鋁的純度優(yōu)選為99.9%以上、金屬鋯的純度優(yōu)選為99.9%以上。在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選方式，在所述步驟二中，在20-200MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓處理，保壓時(shí)間為10-30min。示例性地，所述冷等靜壓處理時(shí)的壓力可以為22MPa、30MPa、40MPa、50MPa、65MPa、100MPa、140MPa、155MPa、168MPa、180MPa、190MPa；保壓時(shí)間可以為10min、13min、15min、18min、20min。在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選方式，在所述步驟三中，所述脫氣處理的溫度為300-500℃，脫氣時(shí)間為5-30h。示例性地，所述溫度可以為305℃、320℃、350℃、370℃、400℃、425℃、450℃、480℃、495℃；所述脫氣時(shí)間可以為5h、10h、20h、25h、28h。更優(yōu)選地，所述脫氣處理時(shí)的真空度控制在10-1Pa～10-4Pa，示例性地，真空度可以為10-1Pa、10-2Pa、10-3Pa、10-4Pa。在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選方式，在所述步驟四中，所述熱等靜壓處理的保溫溫度為800-1300℃，保溫時(shí)間為2-5h，壓力為120-150MPa。示例性地，所述保溫溫度可以為805℃、850℃、920℃、1050℃、1230℃、1296℃；所述保溫時(shí)間可以為2h、3h、4.5h、5h；所述壓力可以為123MPa、134MPa、138MPa、145MPa、148MPa、150MPa。相比于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有如下有益效果：（1）本發(fā)明鈦鋁鋯合金靶材具有致密度高、無氣孔和偏析，組織均勻，晶粒細(xì)小等優(yōu)點(diǎn)。相對密度超過99%，平均晶粒尺寸不大于100μm。該靶材適用于多種刀具、模具涂層濺射使用。采用本發(fā)明靶材制備的刀具涂層的自潤滑性能好，抗磨損性能和使用壽命均大大增加。其顯微硬度可達(dá)到2800～4500Hv，摩擦系數(shù)為0.05～0.3。（2）本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)三元合金鈦鋁鋯靶材的制備。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例2得到的靶材的顯微組織圖。具體實(shí)施方式以下通過具體實(shí)施例更進(jìn)一步地描述本發(fā)明，但不限于此。實(shí)施例1本實(shí)施例提供的鈦鋁鋯合金靶材由以下原子百分比的成分組成：鈦50%，鋁40%，鋯10%。本實(shí)例鈦鋁鋯靶材的制備方法，包括以下步驟：步驟一，按上述靶材成分的設(shè)計(jì)要求稱取純度為9...