一种铜镍合金旋转靶材及其生产方法与流程

本发明涉及金属靶材生产技术领域，具体涉及一种铜镍合金旋转靶材及其生产方法。

背景技术：

铜镍合金旋转靶材，主要用于电子线路部分，其对材料的纯度、致密性和晶粒度等要求非常严格。在纯铜材料中加入镍能够显著提高强度、耐蚀性、硬度、电阻和热电性，并降低电阻率温度系数，随着镍含量比例的增加，热塑性显著降低，强度和硬度大幅提升。

对于铜镍合金旋转靶材的制备，目前的制备工艺为先将金属原料熔炼成合金铸锭，然后通过成型工艺使得铸锭经过塑性成形，达到所需的形状与尺寸要求；锻压成型工艺作为金属塑性成型工艺的重要内容之一，其主要包括有自由锻和模膛锻；自由锻成型所需工具简单，锻件质量范围广，力学性能好，精度高，加工余量大，劳动强度大，被广泛使用。现有技术中通常采用通过自由锻冲孔对铜镍合金铸锭进行开孔，随后再经过扩孔、拉拔和滚圆，最终满足铜镍合金旋转靶材的尺寸要求。

但是，通过此方法制备得到的铜镍合金靶材十分容易产生裂纹，影响产品质量。裂纹是当前影响锻造生产发展和锻件质量的突出问题之一，合金材料在锻造过程中形成裂纹的原因有多种，主要可分为原材料缺陷引起的锻造裂纹和锻造本身引起裂纹等原因；由原材料或铸锭缺陷引起的锻造裂纹包括有铸锭存有残余缩孔、原材料中夹有杂质等冶金缺陷；由锻造工艺本身引起的锻造有加热不当、变形不当以及锻后冷却不当、未及时热处理等。对于对纯度要求非常高的铜镍合金溅射靶材而言，当其氧、氢含量偏高时，材料的热塑性便会降低，在热变形时容易产生产生裂纹；另外对于冲孔工艺，由于冲孔时，冲头下部金属向外流动时，使外层金属切向收到拉应力和拉应变从而引起外侧表面裂纹；同时由于冲孔出温度降低较多，塑性较低，加之冲子具有一定的锥度，当冲子往下运动时，被内孔便会被涨裂，产生裂纹。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种铜镍合金旋转靶材的生产方法，其真空熔炼工艺和自由锻冲孔工艺的改善，有效地避免了靶材裂纹的产生；通过该方法制得的旋转靶材具有组织成分均匀、致密性良好的优点，且晶粒度可达到100微米，能够避免锻造裂纹的产生，满足客户需求。

本发明是通过以下技术方案达到技术目的的：

一种铜镍合金旋转靶材的生产方法，其具体包括以下步骤：

1)真空熔炼：按照配方配料，并将原料放入真空熔炼炉中熔炼得到铜镍合金铸锭；

2)预车孔：在步骤1)所得的铜镍合金铸锭中间用车床车一通孔；

3)冲孔：使用冲头对预先车孔的铸锭进行冲孔得靶材粗坯；

4)修整：对步骤2)所得的靶材粗坯进行冲孔扩孔、拉拔、滚圆达到所需尺寸的铜镍合金旋转靶材。

优选地，所述步骤1)中真空熔炼时浇铸温度为1250℃，真空度为10^-2pa；所述浇铸温度和真空度的设置有助于保持物料的流动性，避免因为流动性差而造成排气和补缩情况不好，进而产生缩孔和夹杂等在锻造中会产生裂纹的缺陷。

优选地，所述步骤3)中冲孔温度设置为870-890℃。

优选地，所述步骤3)为在870-890℃条件下保温2h后，使用直径为50-80mm的冲头对步骤2)所得的预先车孔的铸锭进行冲孔，预先保温能够保证合金材料具有良好的热塑性，同时冲头与铸锭存在的温差减小，避免了由于冲孔的瞬间铸锭热塑性降低进而产生锻造裂纹的问题。

优选地，所述步骤2)中预车通孔的直径为50-80mm。

优选地，所述步骤3)中冲头直径为50-80mm。

优选地，所述冲头带有锥度，呈上端外径大、下端外径小的结构，两端外径差值为15mm，所述外径差值可根据实际情况进行调整；具有锥度的冲头能够有效地对铸锭进行冲孔扩孔。

本发明还提供了一种铜镍合金旋转靶材，其通过上述生产方法制备得到。

相对于现有技术，本发明所提供的铜镍合金旋转靶材的生产方法具有以下技术效果：

(1)通过预先在铜镍合金铸锭中间用车床车一通孔，再使用冲头对通孔进行冲孔的方法，能够减小冲孔时铸锭对冲头的的阻力，从而避免铸锭受冲头形变应力的影响过大而产生裂纹；同时通过冲孔以及后续扩孔、拉拔、滚圆等变形加工操作，确保了靶材的晶粒度以及致密度，使其符合产品要求。

(2)在冲孔前对冲头和铸锭在相同温度下保温后再进行冲孔，能够有效减少冲头跟铸锭的温差，避免在冲孔瞬间由于温差的存在导致铸锭热塑性减低从而产生应力裂纹。

(3)通过控制真空熔炼工艺中浇铸温度和真空度保持熔炼炉内合金物料的流动性，避免了由于排气不良和补缩等造成缩孔和夹杂缺陷，进而锻造过程中容易在缺陷上产生裂纹的问题，进一步减少了裂纹的产生。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1和图2是现有技术制得铜镍合金旋转靶材c-scan检测图；

图3是本发明制得铜镍合金旋转靶材c-scan检测图。

具体实施方式

实施例1

在本实施例中，本发明所述铜镍合金旋转靶材的生产方法，其具体包括以下步骤：

1)真空熔炼：按照配方配料，并将原料放入真空熔炼炉中熔炼得到铜镍合金铸锭；真空熔炼时浇铸温度为1250℃，真空度为10^-2pa；浇铸温度和真空度的控制有助于保持物料的流动性，避免因为流动性差而造成排气和补缩情况不好容易产生缩孔和夹杂缺陷，避免后续锻造中在缺陷上产生裂纹。

2)预车孔：在步骤1)所得的铜镍合金铸锭中间用车床车一直径为50mm的通孔，预车孔的直径可根据所需靶材的尺寸进行调整；

3)冲孔：在870℃条件下保温2h后，使用冲头对步骤2)所得的预先车孔的铸锭进行冲孔，得到靶材粗胚；所述冲头上端外径65mm、下端外径50mm、高220mm，所用冲头的规格大小可根据所需靶材的尺寸进行调整。预先保温能够保证合金材料具有良好的热塑性，同时有效减小冲头与铸锭存在的温差，避免在冲孔的瞬间由于冲头和铸锭的温差导致铸锭热塑性降低，产生裂纹的几率增加。

4)修整：通过改变冲头尺寸对步骤3)所得的靶材粗坯进行多次冲孔扩孔，随后通过金属拉伸机进行拉拔，再经滚圆处理后达到所需尺寸的铜镍合金旋转靶材。所述扩孔、拉拔及滚圆等变形加工操作能够提高靶材的晶粒度以及致密度，确保达到所需要求。

实施例2

在本实施例中，本发明所述铜镍合金旋转靶材的生产方法，其具体包括以下步骤：

1)真空熔炼：按照配方配料，并将原料放入真空熔炼炉中熔炼得到铜镍合金铸锭；真空熔炼时浇铸温度为1250℃，真空度为10^-2pa。

2)预车孔：在步骤1)所得的铜镍合金铸锭中间用车床车一直径为80mm的通孔，预车孔的直径可根据所需靶材的尺寸进行调整；

3)冲孔：在890℃条件下保温2h后，使用冲头对步骤2)所得的预先车孔的铸锭进行冲孔，得到靶材粗胚；所述冲头上端外径为95mm、下端外径为80mm、高220mm。

4)修整：通过改变冲头尺寸对步骤3)所得的靶材粗坯进行多次冲孔扩孔，随后通过金属拉伸机进行拉拔，再经滚圆处理后达到所需尺寸的铜镍合金旋转靶材。所述扩孔、拉拔及滚圆等变形加工操作能够提高靶材的晶粒度以及致密度，确保达到所需要求。

相对于现有技术，本发明所提供的铜镍合金旋转靶材的生产方法具有以下技术效果：

(1)通过预先在铜镍合金铸锭中间用车床车一通孔，再使用冲头对通孔进行冲孔的方法，能够减小冲孔时铸锭对冲头的的阻力，从而避免铸锭受冲头形变应力的影响过大而产生裂纹；同时通过冲孔以及后续扩孔、拉拔、滚圆等变形加工操作，确保了靶材的晶粒度以及致密度，使其符合产品要求。

(2)在冲孔前对冲头和铸锭在相同温度下保温后再进行冲孔，能够有效减少冲头跟铸锭的温差，避免在冲孔瞬间由于温差的存在导致铸锭热塑性减低从而产生应力裂纹。

(3)通过控制真空熔炼工艺中浇铸温度和真空度保持熔炼炉内合金物料的流动性，避免了由于排气不良和补缩等造成缩孔和夹杂缺陷，进而锻造过程中容易在缺陷上产生裂纹的问题，进一步减少了裂纹的产生。

通过本方法所制得的旋转靶材表面目测并无明显裂纹；分别对现有技术制得的旋转靶材与本方法制得的靶材进行超声扫描成像(c-scan)进行内部探伤，成像如图1-3所示，图1和图2是现有技术中制得的旋转靶材的c-scan检测图，图3是本方法制得靶材的c-scan检测图；由图中可看出，现有技术中制得的靶材经内部探伤显示其内部组织均匀性较差，存在有裂纹等锻造缺陷，而本方案所制得的靶材经c-scan扫描组织均匀，在相同的检测精度下未发现有裂纹等锻造缺陷。

相对于现有技术，本发明所提供的铜镍合金旋转靶材的制备方法，通过对旋转靶材的生产工艺进行改善，能够有效地避免锻造裂纹的产生，通过该方法制得的旋转靶材组织成分均匀，致密性良好，晶粒度可达到100微米，经检测未发现有裂纹等锻造缺陷，满足客户需求。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。