[发明专利]一种铬铝硼合金复合靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铬铝硼合金复合靶材及其制备方法，该复合靶材具有双层结构，上层以铬铝硼合金靶材为基体，底层是铜背板，上层结合于底层上；铬铝硼合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Cr：19‑70％，Al：20‑80％，B：0‑30％且B不为0；该制备方法采用CrB₂合金粉为原料，包括以下步骤：CrB₂合金粉的制备、CrAlB合金粉的制备、CrAlB锭坯的制备、预处理和CrAlB‑Cu复合靶材的制备。本发明制备的CrAlB合金靶材纯度高，致密度高，组织均匀无偏析，导热性能和塑性都有改善；复合靶材在高的溅射功率或功率密度下使用时，靶材装夹部位能承受机械应力和热应力作用，既不脆性断裂也不受力弯曲翘曲。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种真空磁控溅射或多弧离子镀膜用铬铝硼合金复合靶材及其制备方法。

背景技术

现代加工业的飞速发展对模具、刀具及刃具的综合性能提出了越来越高的要求，苛刻的服役条件要求以上工具必须具备更高的硬度、耐磨性、耐热性和足够的韧性及强度，现代硬质涂层的发展趋于多元化、纳米化和多层化。如在TiN、CrN等涂层里加入C、Al、Zr等元素形成固溶强化涂层，提高涂层的硬度、耐磨性和抗氧化性；加入Si、B元素在涂层中生成包含纳米相和非晶相的纳米复合涂层，如TiSiN、TiAlSiN等；通过梯度或多层的涂层设计提高涂层对基体的结合力、涂层韧性和抗裂纹扩展能力，实现各层所具有的复合功能等。而靶材作为涂层技术中的材料源，直接决定涂层种类和性能。

已知在AlCrN涂层中加入IIIA的B元素，通过形成AlCrBN纳米复合结构，可显著提高涂层的硬度和耐磨性能，同时降低膜层残余应力。在高速干式加工中，能有效减少月牙湾磨损，从而提升刀具寿命。特别适用于如汽车、模具、医疗器械以及3C精密零部件用淬硬模具钢、冷硬铸铁、医用不锈钢、陶瓷复合材料、非晶合金等难加工材料的高速切削。

但是，当在AlCr基靶材中添加导热性能很差的B元素时，随着B添加量增加，合金靶材的致密度不断降低，导热性能急剧下降，材料本征脆性显著增加。这不仅会降低涂层的沉积效率，出现更多的涂层表面大颗粒，影响涂层质量及使用寿命；同时靶材脆性增加使得靶材在较高功率或功率密度溅射时，装卡部位容易断裂失效。目前该类靶材的相关研究文献较少，专利技术更鲜有之。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铬铝硼合金复合靶材及其制备方法，采用该制备方法得到的铬铝硼合金靶材具有纯度高，致密度高，成分控制精准，组织均匀无偏析，导热性能和力学性更优，可以解决常规CrAlB靶材存在的脆性开裂问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铬铝硼合金复合靶材，所述复合靶材具有双层结构，上层以铬铝硼合金靶材为基体，底层是铜背板，上层结合于底层上；所述铬铝硼合金靶材按原子百分比由以下成分组成：Cr：19-70％，Al：20-80％，B：0-30％，且B不为0。

上述铬铝硼合金复合靶材，作为一种优选实施方式，所述铬铝硼合金靶材，按原子百分比由以下成分组成：Cr：20-60％(例如，25％、30％、40％、45％、50％或55％)，Al：30-70％(例如，35％、40％、45％、50％、55％、、60％、65％)，B：0-20％(例如，2％、5％、10％、15％或18％)，且B不为0。

上述铬铝硼合金复合靶材，作为一种优选实施方式，所述铬铝硼合金靶材的相对密度为98％以上，平均晶粒尺寸不大于70μm。

上述铬铝硼合金复合靶材，作为一种优选实施方式，所述上层和底层为冶金结合。

本发明中，用铜背板代替铬铝硼合金靶材基体中的一部分，铜背板与铬铝硼合金靶材之间是冶金结合，铬铝硼合金与铜形成扩散层，二者之间没有缝隙。本发明利用铜背板的高强度和高塑性，防止在高的溅射功率或功率密度下使用时装夹部位发生断裂或弯曲。