[發明專利]一種鋁靶材組件的摩擦擴散焊方法

有效

• 申請號: 201711148895.3
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107984075B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 張青科;胡方勤;宋振綸;鄭必長;丁雪峰;姜建軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/14;B23K20/24;B23K103/10
• 代理公司: 33224 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐敏

本發明公開了一種鋁靶材組件的摩擦擴散焊方法，包括以下步驟：步驟1：對鋁靶材和鋁背板的待焊接面進行機械打磨及清洗處理；步驟2：將步驟1處理后的鋁靶材和鋁背板通過夾具固定使兩者的待焊接面相對布置，通過驅動夾具使鋁靶材和鋁背板的待焊接面相互靠攏，并且在靠攏過程中至少一個進行旋轉，在鋁背板和鋁靶材接觸后，增加壓強至0.5MPa～2.0MPa保持5s～25s后完成初步摩擦焊接；步驟3；將步驟2完成初步摩擦焊接的鋁靶材組件置于軸向加壓擴散焊爐內，抽真空，加熱并軸向加壓直至完成焊接；步驟4：冷卻步驟3處理后的鋁靶材組件；本發明解決了鋁靶材組件直接擴散焊對環境條件要求高、焊縫易出現缺陷的問題。

技術領域

本發明涉及真空濺射靶材制造領域，尤其涉及一種鋁靶材組件的摩擦擴散焊方法。

背景技術

濺射靶材組件由靶材和背板組成，其中背板起支撐及熱量傳導的作用。濺射過程中，靶材組件所處的環境溫度高達300℃至600℃，靶材組件的一側強制水冷，而另一側則處于10^-9Pa的高真空環境下，兩側形成巨大的溫度差；此外，靶材組件在高壓電場、磁場中承受各種粒子的轟擊。在此條件下，如靶材與背板之間的焊接強度較低，則易導致靶材變形、開裂、使得濺射不均勻，嚴重時，靶材脫落對濺射基臺造成損傷。

鋁即使在常溫下也極易發生氧化，形成致密的氧化膜。用現有的擴散焊接方法焊接鋁靶材和鋁背板時，由于氧化膜不易去除，難以形成良好的原子尺度結合，表面氧化嚴重時，甚至無法實現焊接。一般需要在高真空及高溫高壓下進行，而得到的靶材組件焊接強度低、變形量大，無法滿足長期穩定生產和使用鋁靶材組件的需要。因此，工業上急需一種更高效、更可靠的鋁靶材組件焊接方法。

發明內容

本發明提供了一種鋁靶材組件的摩擦擴散焊方法，得到界面非致密缺陷少、連接強度高的鋁靶材組件。

一種鋁靶材組件的摩擦擴散焊方法，包括以下步驟：

步驟1：對鋁靶材和鋁背板的待焊接面進行機械打磨及清洗處理；

步驟2：將步驟1處理后的鋁靶材和鋁背板通過夾具固定使兩者的待焊接面相對布置，通過驅動夾具使鋁靶材和鋁背板的待焊接面相互靠攏，并且在靠攏過程中至少一個進行旋轉，在鋁背板和鋁靶材接觸后，增加壓強至0.5MPa～2.0MPa保持5s～25s后完成初步摩擦焊接；

步驟3；將步驟2完成初步摩擦焊接的鋁靶材組件置于軸向加壓擴散焊爐內，抽真空，加熱并軸向加壓直至完成焊接；

步驟4：冷卻步驟3處理后的鋁靶材組件。

本發明在步驟2的摩擦焊處理可以有效去除鋁表面氧化層，與直接擴散焊相比可實現更高質量的焊接，解決了鋁靶材組件直接擴散焊對環境條件要求高、焊縫易出現缺陷的問題，得到了焊縫致密、缺陷少、強度高的接頭；擴散焊時所需壓強、溫度較低，所需時間較短，效率高；無需使用熱等靜壓擴散焊爐，成本低。

其中，步驟3中一般抽真空至10^-3Pa。

步驟4冷卻后對鋁靶材組件進行精密機加工，得到所需的精確尺寸。

優選的，步驟2中，鋁靶材相對鋁背板的旋轉速度為20～100r/min。進一步優選的，鋁靶材相對鋁背板的旋轉速度為20～50r/min，以獲得合適的線速度，避免過多磨損。

為了方便進行加工，優選的，步驟2中，夾持有鋁靶材的夾具進行旋轉。本發明使用的夾具包括位于同一車床架上且同軸的卡盤與移動夾具，將鋁靶材夾持于旋轉卡盤，鋁背板夾持于移動夾具，電機驅動旋轉卡盤帶動鋁靶材旋轉，鋁背板向鋁靶材靠攏，在鋁背板和鋁靶材接觸后實現初步的摩擦焊接。

步驟2中，壓強偏大則易在靶材內形成過厚的塑性變形區，偏小無法形成很好的結合，需要在上述范圍內。