[發明專利]一種用于X射線管陽極靶的金屬涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110293915.6
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113061859B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 常鴻;劉春海;王用文;楊弘毅
• 申請（專利權）人: 成都齊興真空鍍膜技術有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/02;C23C14/58;H01J35/08
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李蜜;鐘玉巧

本發明公開了一種用于X射線管陽極靶的金屬涂層及其制備方法，以W、Cr、Mo或Ag為金屬靶，通過改進磁控濺射工藝，在銅基底上沉積得厚度25～40μm的金屬涂層，所制備的金屬涂層與基底結合力可超過100N，且涂層致密、均勻性好，可作為激發X射線的陰極射線管中陽極靶使用。

技術領域

本發明屬于金屬表面處理技術領域，涉及X射線管用陽極靶表面改性處理，具體涉及一種用于X射線管陽極靶的金屬涂層及其制備方法。

背景技術

近幾十年，隨著X射線檢測技術的發展與進步，其應用領域得到極大的拓展。X射線被廣泛應用于醫學影像、材料微結構與成分分析、工業無損檢測以及公共安全檢測等領域。X射線管為X射線系統中的核心部件，而陽極靶作為X射線管中產生射線的關鍵源，直接影響系統的安全、穩定和工作效率。

由于X射線管應用的環境差異，要求能提供不同波長的X射線。因此，針對不同的要求，需要陽極靶采用不同材質。除此之外，由于某些高功率應用的能量要求，陽極靶材還需具有高溫強度高、抗熱沖擊性能好、散熱快等特點。實際應用中，常采用不同的單質塊體材料作為陽極靶材，如Cu、Fe、Cr、W、Mo、Ag、Mn等常見的金屬單質。塊體陽極靶材主要存在以下兩方面問題：(1)難熔金屬的制備和機械加工難度大，如Cr、W和Mo存在熔點高、脆性大問題等；(2)靶材與管身異種材質的連接技術要求高，如常見的Fe、W、Mo、Mn與Cu管身的焊接加工問題。解決以上兩大問題，技術和資金上都需要大量投入。考慮在Cu基底上制備各類所需金屬涂層，以達到不同波長X射線源要求，可有效規避以上兩方面問題，既能利用了Cu基底和Cu管身的優良連接性能，也避免了高純陽極靶材料的制備和成型加工問題。

目前制備各類金屬涂層的方法主要有電弧離子鍍、大氣等離子噴涂、冷噴涂和3D激光涂層、蒸發鍍和磁控濺射技術等。其中，相對于其它制備方法，磁控濺射法制備的金屬涂層具有均勻致密，厚度可調控，附著強度高，以及可選靶材廣泛等特點。然而，早期磁控濺射沉積技術得到的涂層大多在幾微米厚度尺度，隨著沉積厚度超過20微米后，涂層與基底結合力會因涂層內應力和涂/基熱應力原因，導致附著強度急劇下降，這使磁控濺射沉積涂層應用范圍大大縮小。

因此，針對X射線陰極用管塊體陽極靶材料存在加工和管身連接難度大，以及現有涂層型陽極靶厚度過低和結合力不高的問題，探索磁控濺射沉積工藝在金屬基體上制備滿足實際應用厚度(30μm以上)的功能涂層具有重要的科學意義和工程應用價值。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種用于X射線管陽極靶的金屬涂層及其制備方法，該制備方法所制備陽極靶表面的金屬涂層，其與基底結合力可超到100N，涂覆致密且均勻性好，可作為激發X射線的陰極射線管中陽極靶使用，進而有效解決X射線陰極用管塊體陽極靶材料存在難以加工、管身連接難度大等問題。

為達到上述目的，本發明提供的用于X射線管陽極靶的金屬涂層制備方法包括以下步驟：

(1)預處理

對銅基底依次進行拋光和清洗，以去除銅基底表面氧化物和吸附物，并干燥備用；

(2)偏壓反濺射清洗

將步驟(1)干燥后的銅基底置于磁控濺射設備的真空爐腔內，抽真空至不大于2×10^-4Pa，在氬氣氣氛下，采用偏壓反濺射清洗以去除銅基底表面氧化物或/和吸附雜質；

(3)靶材預濺射

在氬氣氣氛下，對金屬靶材進行預濺射，以去除靶材表面氧化物或/和吸附雜質；

(4)沉積金屬涂層

保持步驟(3)氬氣氣氛下，于濺射功率為200～300W、靶基距5～6cm、沉積溫度150～400℃的條件下對金屬靶材進行濺射，至沉積于銅基底表面的金屬涂層達到設定厚度，濺射過程中，控制單次沉積厚度為2～10μm后中斷沉積10～20min，所述金屬涂層厚度大于25μm；