[发明专利]一种CrSi基合金靶材及其制备方法

说明书

本发明提供一种CrSi基合金靶材及其制备方法，所述CrSi基合金靶材按照原子百分比由以下成分组成：Si 1‑30％；Me 0‑10％，余量为Cr；其中，Me选自B、Nb、W、Mo、Ta、V元素中的一种或多种。本发明通过选择CrSi₂合金粉、Cr粉，或者选择CrSi₂合金粉、Cr粉及Me粉作为预合金粉末来制备CrSi基合金靶材；制备得到的CrSi基合金靶材相对密度高，晶粒尺寸均匀，且可有效解决传统工艺存在的靶材脆性大，易开裂、难加工的问题。

技术领域

本发明属于粉末冶金材料的制备技术领域，具体涉及一种CrSi基合金靶材及其制备方法，更具体地涉及一种CrSi合金靶材、CrSiMe合金靶材及其制备方法。

背景技术

铬作为硬质涂层最广泛应用的材料，可以为刀具、模具、零部件、装饰、卫浴等领域提供耐磨、耐腐性涂层。硬质涂层铬(Cr)和氮化铬(CrN)以及DLC涂层可以为汽车活塞环和气门挺柱等发动机元件提供最佳保护，延长重要零部件的使用寿命。自1995年通过物理气相沉积法(PVD)将涂层成功引进到汽车行业以来，上述那些早期保证了发动机高性能的涂层部件至今仍有市场并不断增长。在PVD制备CrN硬质涂层过程中，其主要的原材料为Cr靶材，但随着应用的不断发展，各领域对CrN涂层的性能要求(如硬度、耐高温性能、抗氧化性能、耐磨性能等)也在不断的提升。

现有技术中，常用的提升CrN涂层性能的方法是在原材料Cr靶材中加入Si元素，然后通过PVD沉积将Si引入到涂层中来细化涂层的晶粒，进而提升涂层的耐高温及抗氧化性能。目前，传统的CrSi合金靶材的制备工艺为单质Cr粉、Si粉混合后装入包套中通过热等静压(HIP)进行烧结成型。在HIP过程中Cr和Si会发生剧烈的合金化反应从而产生脆性的CrSi合金相，使得合金靶材存在加工崩边或开裂，甚至无法加工的问题。此外，在HIP过程中，由于Cr和Si发生合金化反应会放出大量的热，容易造成外包套(通常为不锈钢材质)熔化，因此HIP温度不宜过高(一般＜1000℃)，最终使得制得的合金靶材无法达到较高的致密度。

因此，提供一种能够有效解决传统CrSi合金靶材在制备过程中由于Cr和Si发生合金化而使得合金靶材难加工和密度低的问题尤其重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明旨在提供一种CrSi基合金靶材(CrSi合金靶材、CrSiMe合金靶材)及其制备方法；本发明通过选择CrSi₂合金粉、Cr粉或者选择CrSi₂合金粉、Cr粉及Me粉(Me选自B、Nb、W、Mo、Ta、V元素中的一种或多种)作为预合金粉末来制备CrSi基合金靶材；制备得到的CrSi基合金靶材相对密度高(＞99％)，晶粒尺寸均匀，脆性低，适合各种尺寸靶的加工。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种CrSi基合金靶材，采用如下的技术方案：

一种CrSi基合金靶材，按照原子百分比由以下成分组成：Si 1-30％(比如2％、5％、8％、12％、15％、20％、25％)；Me 0-10％(比如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％)，余量为Cr；其中，Me选自B、Nb、W、Mo、Ta、V元素中的一种或多种。

在上述CrSi基合金靶材中，作为一种优选实施方式，所述CrSi基合金靶材为CrSi合金靶材，按照原子百分比由以下成分组成：Si 1-30％(比如2％、5％、8％、12％、15％、20％、25％)，余量为Cr；优选地，所述CrSi合金靶材的相对密度99％(比如99.2％、99.4％、99.6％、99.8％)。

本发明中，在CrSi合金靶材中，若Si含量超过30at％，则制得的CrSi合金靶材会很脆，易开裂，无法进行后续加工。