一種低富鈦相鎢鈦合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于難熔金屬靶材的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低富鈦相鎢鈦合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎢鈦合金薄膜因其優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性成為銅布線優(yōu)選的擴散阻擋層。目前制約WTi合金薄膜性能的主要因素是粒子污染(可用薄膜粒子數(shù)即單位面積薄膜上的顆粒個數(shù)來衡量)。學術(shù)界雖然對造成薄膜粒子污染的原因還存在爭議，但普遍認為薄膜粒子污染情況與WTi合金靶材的特性密切相關(guān)，其中富鈦相含量是考察靶材性能的一個重要參數(shù)，其含量越少，薄膜粒子污染越少。這主要是因為富鈦相較脆，在濺射過程中容易碎裂而以小顆粒的形式沉積在薄膜上造成的。因此制備低富鈦相的WTi合金靶材成為靶材研究者追求的目標。
[0003]在已有報導(dǎo)的粉末冶金成型的鎢鈦合金中，其組織中幾乎都同時含有富鈦相β l(Ti,ff)和富鎢相i32(W，Ti)相，這和WTi相圖不一致。分析認為是因鎢鈦之間的互擴散沒有達到熱力學平衡?；谶@種分析，研究者也曾嘗試延長保溫時間和提高溫度，加快鎢鈦互擴散過程使其盡量達到熱力學平衡，這雖然在一定程度上可以減少富鈦相β l(Ti，W)相，但是調(diào)控效果有限。而且，單純提高燒結(jié)溫度和延長燒結(jié)時間，會引起晶粒的急劇長大，以犧牲合金的其它組織特性為代價，不是可取的途徑。這就需要進一步研究富鈦相β l(Ti,ff)相產(chǎn)生的機理及控制方法。
[0004]仔細分析已有的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):有一個關(guān)鍵的熱動力學問題被忽略，SP由鎢鈦合金二元相圖可知，溫度740-1250°C之間，鎢鈦合金可以由單一的β相分解為β l(Ti,ff)相和i3 2(W，Ti)相。因為目前報導(dǎo)的鎢鈦合金燒結(jié)后都是隨爐冷卻，產(chǎn)生富鈦相ei(Ti，w)相的原因之一可能是在隨后的緩冷過程中分解所致。因此如何控制冷卻的動力學條件避免這種分解成為控制富鈦相i3 1(Ti，W)相的關(guān)鍵問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種低富鈦相鎢鈦合金的制備方法，解決現(xiàn)有方法制備的鎢鈦合金中富鈦相含量偏高的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種低富鈦相鎢鈦合金的制備方法，將球磨鎢粉和少量未球磨的鎢粉混合得到混合鎢粉，然后與氫化鈦粉末混勻壓制成生坯，將生坯用高溫防氧化涂料進行包覆，最后在氣氛保護下燒結(jié)后快速冷卻，得到低富鈦相含量的鎢鈦合金。
[0007]本發(fā)明的特點還在于，
[0008]球磨鎢粉和未球磨的鎢粉的質(zhì)量比為9.0?9.2:1。
[0009]混合鎢粉與氫化鈦粉的質(zhì)量比為9.0?9.2:1。
[0010]生坯用高溫防氧化涂料包覆的具體操作過程為:將壓制好的生坯用玻璃-陶瓷類耐高溫防氧化涂料的水溶液進行浸漬涂刷，將涂覆有涂料的生坯取出，放在通風干燥處晾干。
[0011]玻璃-陶瓷類耐高溫防氧化涂料的水溶液中玻璃-陶瓷類耐高溫防氧化涂料的體積濃度為80?85%。
[0012]燒結(jié)是將涂覆有高溫防氧化涂料的鎢鈦生坯，放入氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，對爐體預(yù)抽真空30min，之后通入氬氣待氣體穩(wěn)定后開始加熱，加熱速度為10°C /min，升溫到450°C時保溫30min，繼續(xù)加熱升溫到預(yù)設(shè)溫度1500?1550°C，保溫2.0?2.5h。
[0013]快速冷卻是將燒結(jié)后的鎢鈦合金放入冷卻介質(zhì)中快速冷卻，冷卻介質(zhì)為空氣、淬火油或50 °C水浴。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明低富鈦相鎢鈦合金的制備方法，通過燒結(jié)后的快速冷卻避免慢速冷卻過程中單一的β相分解為富鈦相，從而提供一種低富鈦相晶粒細小的媽鈦合金的制備方法。通過分析發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明方法制備的合金晶粒尺寸為0.67 μπι，富鈦相所占比例僅為9.7%，組織均勻，其納米硬度和彈性模量比傳統(tǒng)的爐冷合金分別提高了41.5%?76.2%和34.0%?35.4%，同時致密度也有所提高，均大于95%，為低富鈦相的鎢鈦合金的制備提供了一種新方法。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明低富鈦相鎢鈦合金的制備方法得到的鎢鈦合金的組織金相圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017]本發(fā)明一種低富鈦相鎢鈦合金的制備方法，將球磨鎢粉和少量未球磨的鎢粉混合得到混合鎢粉，然后與氫化鈦粉末混勻壓制成生坯，將生坯用高溫防氧化涂料進行包覆，最后在氣氛保護下燒結(jié)后快速冷卻，得到低富鈦相含量的鎢鈦合金。
[0018]具體按照以下步驟實施:
[0019]步驟1，將平均粒徑為6-8 μ m的鎢粉放入球磨罐中，按球料比為10?10.2:1放入WC磨球，并加5%的酒精作為分散劑，對球磨罐預(yù)抽真空后通入氬氣保護球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時間為9.0?9.5h，球磨過程中對球磨罐通冷風冷卻，得到球磨后的鎢粉；將球磨后的鎢粉與未球磨W粉進行混合，得到混合鎢粉；球磨鎢粉和未球磨的鎢粉的質(zhì)量比9.0?9.2:1 ;
[0020]步驟2，將步驟1得到的混合鎢粉和氫化鈦粉在V型混料機上混料，混合鎢粉與氫化鈦粉的質(zhì)量比為9.0?9.2:1，然后在TM-106油壓壓床壓力機上在340MPa的壓力下壓制成生坯，將壓制好的生坯用體積濃度為80?85 %的玻璃-陶瓷類耐高溫防氧化涂料的水溶液進行浸漬涂刷，將涂覆有涂料的生坯放在通風干燥處晾干；
[0021]步驟3，將涂覆有高溫防氧化涂料的壓坯放入氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，對爐體預(yù)抽真空30min，后通入氬氣待氣體穩(wěn)定后開始加熱，升溫速度為10°C /min升溫到450°C保溫30min，之后繼續(xù)升溫到預(yù)設(shè)溫度1500?1550°C，保溫2.0-2.5h，保溫完后快速取出后放入空氣、淬火油或50°C水浴冷卻介質(zhì)中快速冷卻，得到低富鈦相的鎢鈦合金。
[0022]通過分析發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明方法制備的合金晶粒尺寸為0.67 μ m，富鈦相所占比例僅為9.7%，組織均勻(如圖1所示)，其納米硬度和彈性模量比傳統(tǒng)的爐冷合金分別提高了41.5%?76.2%和34.0%?35.4%，同時致密度也有所提高，均大于95%。
[0023]本發(fā)明一種低富鈦相鎢鈦合金的制備方法，將球磨鎢粉和少量未球磨的鎢粉進行組合配比，混合粉末中采用球磨的鎢粉，增加缺陷，促進鈦向其內(nèi)部的擴散，增加富鎢相含量，同時利用組合粉末中大小顆粒的相互填充來提高生坯的緊實率進而提高所制備合金的致密度和促進元素之間的相互擴散。為了避免合金燒結(jié)降溫過程中β相分解出富鈦相，取消傳統(tǒng)的隨爐冷卻，對合金燒結(jié)后采用快速冷卻的方式來制備低富鈦相的鎢鈦合金。同時為了避免燒結(jié)及快速冷卻時的合金氧化污染，對壓制好的生坯涂覆高溫防氧化涂料，為了減少因水冷而造成的開裂，采用50°C的水浴進行冷卻。
[0024]實施例1
[0025]步驟1，將平均粒徑為6-8 μ m的鎢粉放入球磨罐中，按球料比為10.2:1放入WC磨球，并加5 %的酒精作為分散劑，對球磨罐