一種鈦鋁鎂合金靶材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)材料進(jìn)行表面鍍膜用的靶材及其制備方法，尤其是涉及一種鈦鋁鎂合金靶材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)材料進(jìn)行表面裝飾是拓寬材料應(yīng)用領(lǐng)域的重要方法，各種金屬、合金、無(wú)機(jī)材料、高分子材料，通過(guò)表面鍍膜，可以提高表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性，并可以改變材料的表面顏色，提高材料的裝飾性能。靶材是鍍膜所使用的關(guān)鍵材料，通過(guò)高能束流撞擊靶材表面，使靶材的成分轉(zhuǎn)移到被鍍材料表面，獲得各種不同性質(zhì)的膜層。
[0003]鈦鋁鎂靶材通過(guò)濺射成膜在醫(yī)學(xué)上具有應(yīng)用價(jià)值，由于鈦具有生物兼容性，同時(shí)鎂鋁的加入可以讓人體中的鈣質(zhì)易于在鈦鋁鎂膜表面生長(zhǎng)，因此在人造骨骼材料表面鍍制鈦鋁鎂膜，可以改善人造骨骼材料的使用效果。
[0004]在金屬、塑料，玻璃等材料的表面鍍上一層TiAlMg(N)膜層，來(lái)提高材料的耐磨性能，并具有非常美觀的裝飾效果。目前，通常用純鈦或者鈦鋁合金以及金屬鎂等鍍膜材料來(lái)制備這種膜層。這種方法存在工藝繁瑣，鍍膜顏色一致性差，達(dá)不到工業(yè)生產(chǎn)的要求。為了滿足鍍膜要求，需要將鈦鋁鎂制備成合金來(lái)作為靶材使用。
[0005]目前，鈦鋁鎂合金的制備通常采用熔鑄法和常壓燒結(jié)工藝。
[0006](I)熔鑄法
[0007]采用該方法，主要考慮Mg與Ti的熔點(diǎn)相差較大，而且Mg的蒸氣壓較高，通常需要在1000°C?1600°C熔煉。金屬M(fèi)g揮發(fā)嚴(yán)重，而且這種方法制備的鈦鋁鎂合金成分不均勻，鑄造件存在氣孔、晶粒粗大等缺陷，成品率較低。
[0008](2)常壓燒結(jié)法
[0009]鈦鋁鎂合金采用常壓燒結(jié)工藝，即先將鈦粉、鋁粉、鎂粉冷壓至一定形狀，然后放入氣氛爐中燒結(jié)，這種工藝流程長(zhǎng)，冷壓過(guò)程對(duì)模具的損耗較大，工藝需要的設(shè)備多。由于Mg的熔點(diǎn)較低，一般燒結(jié)溫度會(huì)較低，Ti與Mg、Al不易相互擴(kuò)散，從而造成產(chǎn)品致密度低，產(chǎn)品孔隙率太高，使得鍍膜過(guò)程不穩(wěn)定，得到的膜層不平整等問(wèn)題，因此這種工藝不適合制備高質(zhì)量的TiAlMg靶材。
[0010]以上工藝，很難制備高質(zhì)量的鈦鋁鎂合金靶材，但鈦鋁鎂合金的應(yīng)用非常有價(jià)值，開(kāi)發(fā)一種制備鈦鋁鎂合金靶材的方法特別重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服常壓燒結(jié)工藝技術(shù)的不足，提供一種工藝流程短，生產(chǎn)成本低，質(zhì)量穩(wěn)定的鈦鋁鎂合金靶材熱壓燒結(jié)制備方法。
[0012]本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0013]一種鈦鋁鎂合金靶材，它的合金成分范圍(質(zhì)量百分比)為:鈦73%?97%，鋁0.1%?20%，鎂1%?26.9% ;該靶材通過(guò)熱壓燒結(jié)方法制備。
[0014]上述鈦鋁鎂合金靶材的制備方法，采用熱壓燒結(jié)制備方法，包括以下步驟:
[0015](I)稱取-200目的純度大于99% (w%)的鈦粉或Ti3Al合金粉、及鋁粉和鎂粉，在混料機(jī)中混合均勻；
[0016](2)將Ti3Al合金粉、鋁粉、鈦粉和鎂粉的混合粉末裝在燒結(jié)用的模具中，將模具放入真空熱壓爐中，抽真空，使真空度小于IPa，然后升溫，溫度從室溫(25°C )升溫到400°C時(shí)，升溫速率保持在3?10°C /分鐘，熱壓爐壓頭的壓力保持在5?1MPa ;然后繼續(xù)升溫到500?640°C，同時(shí)熱壓爐壓頭壓力升高到15?20MPa，保溫保壓30?120分鐘，然后開(kāi)始降溫，卸壓，自然冷卻到室溫；
[0017](3)去除真空，脫模，獲得燒結(jié)成型的鈦鋁鎂三元合金靶材坯料，然后通過(guò)機(jī)加工，得到符合要求的鈦鋁鎂合金靶材。
[0018]在上述鈦鋁鎂合金靶材制備方法的步驟(I)中，粉料混合過(guò)程中，在混料筒中充入氫氣或氬氣，以減少原料粉末在混料過(guò)程中的氧化；粉料在混料機(jī)中混合時(shí)間為12?48小時(shí)。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0020]I)本發(fā)明的鈦鋁鎂三元合金靶材各組分配比，可以根據(jù)鍍膜膜層的性能要求，在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控。
[0021]2)本發(fā)明的鈦鋁鎂合金靶材及其熱壓燒結(jié)制備方法，鈦鋁鎂三元合金靶材合金成分均勻，合金靶材致密度高，質(zhì)量穩(wěn)定，制備難度低。
[0022]3)本發(fā)明的鈦鋁鎂合金靶材及其熱壓燒結(jié)制備方法，鈦鋁鎂三元合金靶材熱壓過(guò)程采用兩段式升溫和加壓，兩段式升溫可以保證靶材坯體受熱均勻，兩段式加壓可以保證靶材致密度分布均勻。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是實(shí)施例1制備的成分為T(mén)i:73%, Al:0.1%，Mg:26.9%的鈦鋁鎂合金靶材的外觀。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]實(shí)施例1
[0026](I)成分為 Ti:73%, Al:0.l%，Mg:26.9%，稱取-200 目的純度大于 99% 的粉末 1000克，配比為:鈦粉730克、Al粉I克、鎂粉269克，在混料機(jī)中充入氬氣混合24小時(shí)；
[0027](2)將混合均勻的鈦粉、鋁粉、鎂粉的混合粉末裝在燒結(jié)用的模具中，將模具放入真空熱壓爐中，抽真空，真空度小于IPa后開(kāi)始升溫，溫度從室溫升溫到400°C時(shí)，升溫速率保持在5°C /分鐘，熱壓爐壓頭的壓力保持在5MPa ;然后繼續(xù)升溫到580°C。同時(shí)熱壓爐壓頭壓力升高到15MPa。保溫保壓120分鐘，然后開(kāi)始降溫，卸壓，自然冷卻到室溫；
[0028](4)去除真空，脫模，獲得燒結(jié)成型的鈦鋁鎂三元合金靶材坯料，然后通過(guò)機(jī)械加工，得到符合要求的鈦鋁鎂合金靶材。靶材致密度達(dá)到97%，靶材強(qiáng)度高，外觀銀白色，如圖1所示。
[0029]實(shí)施例2
[0030](I)成分為:Ti:97%, Al:1%,Mg:2%，稱取-200目的純度大于99%的粉末1000克，配比為:鈦粉970克、Al粉10克、鎂粉20克，在混料機(jī)中充入氬氣混合48小時(shí)；
[0031](2)將混合均勻的鈦粉、鋁粉、鎂粉的混合粉末裝在燒結(jié)用的模具中，將模具放入真空熱壓爐中，抽真空，真空度小于IPa后開(kāi)始升溫，溫度從室溫升溫到400°C時(shí)，升溫速率保持在5°C /分鐘，熱壓爐壓頭的壓力保持在5MPa ;然后繼續(xù)升溫到630°C。同時(shí)熱壓爐壓頭壓力升高到20MPa。保溫保壓120分鐘，然后開(kāi)始降溫，卸壓，自然冷卻到室溫；
[0032](4)去除真空，脫模，獲得燒結(jié)成型的鈦鋁鎂三元合金靶材坯料，然后通過(guò)機(jī)械加工，得到符合要求的鈦鋁鎂合金靶材。靶材致密度達(dá)到99.2%，靶材強(qiáng)度高，外觀銀白色。
[0033]實(shí)施例3
[0034](I)成分為:Ti:79%, Al:20%，Mg:1%，稱取-200目的純度大于99%的粉末1000克，配比為=Ti3Al合金粉938克、Al粉52克、鎂粉10克，在混料機(jī)中充入氫氣混合12小時(shí)；
[0035](2)將混合均勻的Ti3Al合金粉、鋁粉、鎂粉的混合粉末裝在燒結(jié)用的模具中，將模具放入真空熱壓爐中，抽真空，真空度小于IPa后開(kāi)始升溫，溫度從室溫升溫到400°C時(shí)，升溫速率保持在3°C /分鐘，熱壓爐壓頭的壓力保持在5MPa ;然后繼續(xù)升溫到640°C。同時(shí)熱壓爐壓頭壓力升高到15MPa。保溫保壓30分鐘，然后開(kāi)始降溫，卸壓，自然冷卻到室溫；
[0036](4)去除真空，脫模，獲得燒結(jié)成型的鈦鋁鎂三元合金靶材坯料，然后通過(guò)機(jī)械加工，得到符合要求的鈦鋁鎂合金靶材。靶材致密度達(dá)到96%，靶材強(qiáng)度高，外觀銀白色。
[0037]實(shí)施例4
[0038](I)成分為:Ti:73%, Al:l%，Mg:26%，稱取-200目的純度大于99%的粉末1000克，配比為:Ti粉730克、Al粉10克、鎂粉260克，在混料機(jī)中充入氫氣混合20小時(shí)；
[0039](2)將混合均勻的鈦粉、鋁粉、鎂粉的混合粉末裝在燒結(jié)用的模具中，將模具放入真空熱壓爐中，抽真空，真空度小于IPa后開(kāi)始升溫，溫度從室溫升溫到400°C時(shí)，升溫速率保持在10°C /分鐘，熱壓爐壓頭的壓力保持在1MPa ;然后繼續(xù)升溫到620°C。同時(shí)熱壓爐壓頭壓力升高到20MPa。保溫保壓60分鐘，然后開(kāi)始降溫，卸壓，自然冷卻到室溫；
[0040](4)去除真空，脫模，獲得燒結(jié)成型的鈦鋁鎂三元合金靶材坯料，然后通過(guò)機(jī)械加工，得到符合要求的鈦鋁鎂合金靶材。靶材致密度達(dá)到99.1%，靶材強(qiáng)度高，外觀銀白色。
[0041]實(shí)施例5
[0042](I)成分為:Ti:87%, Al:l%，Mg: 12%，稱取-200目的純度大于99%的粉末1000克，配比為:Ti粉870克、Al粉10克、鎂粉120克，在混料機(jī)中充入氫氣混合12小時(shí)；
[0043](2)將混合均勻的鈦粉、鋁粉、鎂粉的混合粉末裝在燒結(jié)用的模具中，將模具放入真空熱壓爐中，抽真空，真空度小于IPa后開(kāi)始升溫，溫度從室溫升溫到400°C時(shí)，升溫速率保持在6°C /分鐘，熱壓爐壓頭的壓力保持在5MPa ;然后繼續(xù)升溫到630°C。同時(shí)熱壓爐壓頭壓力升高到15MPa。保溫保壓120分鐘，然后開(kāi)始降溫，卸壓，自然冷卻到室溫；
[0044](4)去除真空，脫模，獲得燒結(jié)成型的鈦鋁鎂三元合金坯料，然后通過(guò)機(jī)加工，得到符合要求的鈦鋁鎂三元合金靶材。靶材致密度達(dá)到98%，靶材強(qiáng)度高，外觀銀白色。
[0045]本發(fā)明方法的工藝流程短，生產(chǎn)成本低，制得的鈦鋁鎂合金靶材成分均勻，合金靶材致密度高，且質(zhì)量穩(wěn)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈦鋁鎂合金靶材，其特征在于:它的質(zhì)量百分比組成為:鈦73%?97%，鋁0.1% ?20%，鎂 1% ?26.9%。
2.如權(quán)利要求1所述的鈦鋁鎂合金靶材的制備方法，包括以下步驟: (1)稱取-200目的純度大于99%的鈦粉或Ti3Al合金粉、鋁粉和鎂粉，在混料機(jī)中混合均勻； (2)將Ti3Al合金粉、鋁粉、鈦粉和鎂粉的混合粉末裝在燒結(jié)用的模具中，將模具放入真空熱壓爐中，抽真空，使真空度小于IPa，然后升溫，溫度從室溫升溫到400°C時(shí)，升溫速率保持在3?10°C /分鐘，熱壓爐壓頭的壓力保持在5?1MPa ;然后繼續(xù)升溫到500?6400C，同時(shí)熱壓爐壓頭壓力升高到15?20MPa，保溫保壓30?120分鐘，然后開(kāi)始降溫，卸壓，自然冷卻到室溫； (3)去除真空，脫模，獲得燒結(jié)成型的鈦鋁鎂三元合金靶材坯料，然后通過(guò)機(jī)加工，得到鈦鋁鎂合金靶材。
3.如權(quán)利要求2所述的鈦鋁鎂合金靶材的制備方法，其特征在于:粉料混合過(guò)程中，在混料筒中充入氫氣或氬氣.
4.如權(quán)利要求3所述的鈦鋁鎂合金靶材的制備方法，其特征在于:粉料的混合時(shí)間為`12?48小時(shí)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種鈦鋁鎂合金靶材及其制備方法。該鈦鋁鎂合金靶材的質(zhì)量百分比組成為：鈦73%～97%，鋁0.1%～20%，鎂1%～26.9%。本發(fā)明還包括鈦鋁鎂合金靶材的熱壓燒結(jié)制備方法。本發(fā)明的鈦鋁鎂合金靶材及其熱壓燒結(jié)制備方法，合金成分均勻，合金靶材致密度高，質(zhì)量穩(wěn)定。
【IPC分類(lèi)】C23C14-14, B22F3-14, C22C14-00, C22C1-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104878244
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410069676
【發(fā)明人】呂宏, 謝元鋒, 李屹民, 夏揚(yáng)
【申請(qǐng)人】北京有色金屬研究總院
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2014年2月27日