[發明專利]一種釩鋁硅三元合金靶材及其制備方法

無效

• 申請號: 201510249724.4
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104928539A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 岳建嶺;張瓊;陳海奕;徐虹杰;藍振華
• 申請（專利權）人: 上海柯瑞冶金爐料有限公司;上海彭浦特種耐火材料廠有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C27/02;C22C30/00;B22F3/14;C23C14/32;C23C14/35;C23C14/14
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及物理氣相沉積涂層材料和粉末冶金加工領域，特別涉及一種磁控濺射涂層或多弧離子鍍涂層用釩鋁硅三元合金靶材及其粉末真空熱壓燒結制備工藝，

背景技術

物理氣相沉積(PVD)技術通常是指在一定真空條件下，以某種特殊的物理方式將作為靶材的固體材料氣化，然后沉積在基體表面并賦予其某種特殊功能的涂層制備技術。物理氣相沉積技術包括磁控濺射技術和多弧離子鍍技術。目前，采用磁控濺射技術或離子鍍技術在工、模具表面沉積硬質涂層因能夠顯著提高工、模的使用壽命和被加工零件的質量，已經獲得越來越廣泛的應用。對于這兩類涂層制備技術，靶材是提供鍍料和獲得涂層的關鍵材料，因此，高品質的靶材是獲得高性能涂層材料的基礎。隨著硬質涂層材料的不斷發展，相應的靶材設計及其制備技術也在不斷更新。

以TiAlN為代表的TiN基硬質涂層，由于具有硬度高、抗氧化好、高溫時效硬化等優點，一直是國內外刀具涂層的主流產品。但是，該類涂層在切削時，由于摩擦系數較大，導致切削力大、切削溫度高，工件表面光潔度差，不利于難加工材料(如鈦、鎳合金等)的切削加工或是普通材料的干式切削。相比較而言，VN具有較低的摩擦系數和優良的摩擦磨損性能，一直在工模具涂層領域具有重要的應用。近年的研究發現，VN基涂層由于具有顯著的中高溫自潤滑能力，被廣泛地引入到多元氮化物涂層中，獲得了較好的切削效果。其中，V_xSi_yAl_1-x-yN涂層因其同時兼具高的硬度、低的摩擦系數和優異的摩擦磨損性能在硬質涂層領域顯示了良好的應用前景，已成為下一代工模具硬質涂層材料的重要選擇。對于磁控濺射或多弧離子鍍工藝而言，V_xSi_yAl_1-x-yN涂層通常是在氬氣和氮氣的混合氣氛中，通過氬氣的輝光放電或弧光放電將釩?鋁硅三元合金靶材由固態升華為氣態，進而與混合氣氛中的氮氣發生化學反應生成V_xSi_yAl_1-x-yN而沉積在基體表面獲得的。因此，能否獲得高質量的釩鋁硅三元合金靶材就成為推進V_xSi_yAl_1-x-yN涂層應用的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種釩鋁硅三元合金靶材及其制備方法，也即針對現有技術的不足，提供一種生產周期短、成本低、靶材質量好(純度高、成分均勻、無偏析、晶粒細小等)的釩鋁硅三元合金靶材及其粉末真空熱壓的制備方法。

為實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明的釩鋁硅三元合金靶材是由以下三種金屬粉末原料制成：釩粉20％～70％，硅粉1％～10％，余量為鋁粉。

所述的三種金屬粉末原料分別優選：釩粉粒徑為10～200μm，鋁粉粒徑為10～200μm，硅粉粒徑為10～200μm，且三種金屬粉質量百分純度均為99.5％以上。

本發明的釩鋁硅三元合金靶材采用真空熱壓方法制備，主要包括以下步驟：

(1)按照一定的成分比例配制鋁粉、釩粉和硅粉，放入混料罐中充分混合均勻，混料時間為1-6小時；

(2)粉末混合均勻后放置入真空熱壓設備的模具中，然后對設備進行抽真空，當真空度達到1×10^-2Pa對混合粉末進行預壓以獲得具有一定致密度的生坯，預壓壓力在5-30MPa；

(3)然后對模具進行卸載，并開始升溫，溫度升高到350-550℃時保溫1-5小時，去除混合粉末表面吸附的氣體；然后繼續升溫，到900-1200℃時，同時升高熱壓機的壓力到30-100MPa，保溫1-6小時，然后停止加熱，降低壓力至5-10MPa；

(4)冷卻到室溫完全卸載設備壓力，隨后對制品進行脫模，對獲得的釩鋁硅三元合金靶坯料進行機加工處理，加工完畢后進行清洗、烘干、包裝等工序，得到尺寸、質量符合設計要求的釩鋁硅三元合金靶材成品。

其中，步驟(1)的粉末混合過程中，應在抽真空(10^-1Pa以下)或惰性氣氛(高純氬)的保護下進行，以免造成原料粉末的氧化，所述的混料罐常用的是V型混料機。

本發明所述的釩鋁硅三元合金靶材，可根據所鍍V_xSi_yAl_1-x-yN涂層的性能要求，可在20％≤x≤70％,1％≤y≤10％范圍內進行成分調控。