专利名称：通过熔铸法制造微粒微合金铌片的制作方法
通过熔铸法制造微粒微合金铌片
背景技术：
本发明涉及一种制造铌板或铌片的方法以及它们用于例如深冲压杯(deep drawn )和溅射靶的应用。
使用木技术中已知的方法可以铌锭辗压成板和片。这种板和片可以用于人造 金刚石工业，例如通过深冲压技术制成杯。通常使用的铌箔的粒度不一致且粗， 这导致深冲压杯的底部平坦度和光滑度差。在人造金刚石中出现的平坦度和/或光 滑度差(桔皮)，这要求过多的研磨来改正缺陷。该问题最终涉及铌片中粗的颗粒 结构。所述粗的颗粒结构也会导致所述片在深冲压操作中被扯裂。
典型的市售铌片的粒度是可变的，ATSM粒度从4变到10。但是对于深冲压应 用，要求使用ATSM粒度细于7. 5且重结晶度至少90%的铌片，虽然就平坦度和表 面平整度而言这仍会出现高废品率。ASTM粒度细于8.0且重结晶度至少90%几乎 可以完全消除这些问题。
为了最小化或防止该片的平坦度和/或光滑度问题，要求提供一种制造ASTM 粒度一致且具有足够重结晶度的铌片的方法。美国专利申请系列号10/974， 519(提 交—f-2004年10月27日)描述了解决上述问题的含硅铌合金。
发明描述
本发明涉及一种制造铌合金的方法，该方法包括
(A) 形成包含铌粉末和选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和铈的金属粉末的掺混 物，并挤压所述掺混物形成压制的掺混物；
(B) 将所述压制的掺混物附到含铌电极上；
(C) 在真空电弧再熔化条件下熔化所述电极和压制的掺混物，使所述掺混物与熔 化的电极混合；
(D) 冷却所述熔化的电极，形成合金锭；并
(E) 使所述合金锭进行热-机械加工步骤，形成锻造的产品。 本发明还涉及按照上述方法制造的含铌的锻造产品。此外，本发明还涉及由上述改性的铌锻造产品制得的深冲压杯以及溅射靶。 除非在操作实施例中有述或者另有所述，在本说明书和权利要求书中使用的
涉及成分的量、反应条件等的所有数字或表述在所有情况下都应理解为用术语 "约"进行修饰。
本发明涉及制造铌锻造产品的方法。所述方法显著降低并更好地控制铌锻造 产品中的最终粒度。更具体的是，本发明提供包含大于5卯m掺杂金属(alloying metal)的铌锻造产品，它具有一样细、均匀且完全重结晶的颗粒结构。
在本文中，术语"锻造产品"通常是指己经进行热-机械加工步骤以得到特殊 形状和/或其它性质的金属。所述热步骤包括但不限于退火、烘焙、精炼和/或熔 化。所述机械步骤包括但不限于加工、锻造、轧、顶锻(upset)、顶锻回复(upset-and-forge-back)技术、锤锻、回火锻造、平锻(flat forging)、圆锻(round forging) 和径向锻造(radial forging)。
如本发明所述，锻造产品包括但不限于通常平的金属形式如箔(厚度小于约 10密耳)、片(厚度约为10-125密耳)和板(厚度大于约125密耳)。其它锻造产品
形式包括管(在该金属长度范围内的中央是空心的，可以具有任意内部和外部截面 形状，但是通常是圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、六边形或八边形)，和 棒(在该金属长度范围内是实心的，可以具有任意的内部和外部截面形状，但是通 常是圆形、椭圆形、方形、矩形、三角形、六边形或八边形)。
在本发明中使用真空电弧再熔化来使铌和低含量的金属添加物形成合金，使 用更高退火温度的额外热-机械加工来制造铌锻造产品，该产品具有细且完全重结 晶的颗粒结构。本发明所述方法提供了高产率且更均一的产品，且制造成本更低。
在本发明的实施方式中，以铌锭中铌总量计，选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、 镧和铈的金属含量至少为0. Olppm，有些情况下为0. lppm，并高达60ppm，在一些 情况下为50卯m。铌中的金属量可以是在上述任意值之间的任意值或者范围。
在本发明方法中，形成包含铌粉末和选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和铈的 金属粉末的掺混物，并压制形成压制的掺混物。在本文中，术语"压制的掺混物" 是指其中材料混合物被压縮形成稳定形状的固体形式，它能附到另一物体上，这
样当所述另一物体熔化时，所述压制的掺混物熔化，并和所述另一物体的元素混
合
所述压制的掺混物使用合适的方法附到含铌电极上，并在真空电弧再熔化 (VAR)条件下熔化两者，之后冷却。换句话说，铌起到电极的作用，并在真空下在带电电极和铌之间产生电弧进行熔化。电弧能量为25-50V以及7000-10000安培。 通常，铌和选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和铈的金属的压制掺混物和铌电
极一起使用。
熔化的电极和压制的掺混物冷却形成合金锭。
对所述合金锭进行上述热-机械加工步骤，制得上述锻造产品。
在锻造之后，所述合金锭可以在至少95(TC、最高至115(TC的温度下进行真空退
火。用于锻造产品的退火温度可以是上述值之间的任意值或范围。
所述退火步骤花费至少5分钟，最长到180分钟。退火的时间可以是上述任意值
之间的任意值或范围。
退火步骤形成至少75%的重结晶度，在一些情况下最高到至少95%的重结晶度。 在本发明的实施方式中，可以对合金锭进行连续钆和退火步骤。可以使用任意合
适的轧和退火组合。在本发明的特别实施方式中，可以使用以下步骤
I) 将锻造产品轧成中间厚度；
II) 在950-115(TC的温度下将I)的锻造产品退火30-180分钟；
III) 轧II)的锻造产品；并
IV) 在950-115(TC的温度下将III)的锻造产品退火30-180分钟，并将所述锻造 产品冷却至室温。
在本发明的实施方式中，所述中间厚度I)可以是0.5-2cm，锻造产品III)的厚 度是0. 005-0. 24cm。
本发明具体实施方式
提供一种制造铌合金的方法
a) 将铌熔化形成熔融物；
b) 以熔融物中的铌计，加入O. 1-60ppm的选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和
铈的金属；
c) 冷却熔融物形成合金锭；
d) 对合金锭进行热-机械加工步骤，形成锻造产品。
d)中的热-机械加工步骤包括i)将合金锭锻造成锻造产品，ii)在950-115(TC的 温度下将锻造产品退火。
在上述具体实施方式
中可以使用特殊的连续轧和退火步骤。所述退火步骤可以得 到至少75%的重结晶度，在一些情况下最高到最少95%重结晶度。
在另一实施方式中，铌碎料可以通过VAR、 ISM或其它冷床熔炼法(cold hearth melting)与所述直接或者通过上述VAR工艺制成熔融物的金属(选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和铈)添加物合并起来。
在本发明中，所述冷却的退火的板和片具有细且均一的ASTM粒度，所述ASTM粒 度最细为IO，可以粗到5。在本发明的实施方式中，ASTM粒度为8-10。
本发明还提供按照上述方法制造的锻造产品，所述锻造产品选自箔、片、板、管 和棒。
本发明还提供使用上述锻造产品制得的、由上述锻造产品制得的或者包括上述锻 造产品的深冲压杯或溅射靶。
不局限于单一的理论，认为所述金属(选自钇、铝、铪、.钛、锆、钍、镧和铈) 与铌混合，在铌中形成掺杂颗粒(alloy particles),或者可能和氧气一起形成亚微 米级的各加入金属的氧化物。轧(冷煅)所述片，将这些颗粒均匀分散，并在后续退火 中最初作为颗粒成核位点，并在继续退火时作为颗粒边界钉扎点(Pinning point)。
虽然以上出于说明的目的详细说明了本发明，但是应理解这些详细说明仅用于说 明的目的，并且除了受限于权利要求书，在不背离本发明精神和范围的条件下本领域 那些技术人员可以作出各种改变。
权利要求
1.一种制造铌合金的方法，该方法包括(A)形成包含铌粉末和选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和铈的金属粉末的掺混物，并挤压所述掺混物形成压制的掺混物；(B)将所述压制的掺混物附到含铌电极上；(C)在真空电弧再熔化条件下熔化所述电极和压制的掺混物，使所述掺混物与熔化的电极混合；(D)冷却所述熔化的电极，形成合金锭；并(E)使所述合金锭进行热-机械加工步骤，形成锻造的产品。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，E)中的锻造产品具有5-10的细且均 一的ASTM粒度。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，以锻造产品中铌的总量计，A)中所 述金属为0.卜100ppni。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，E)中所述热-机械加工步骤包括i) 将合金锭锻造成锻造产品；ii) 在950-115CTC的温度下将锻造产品退火。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述锻造产品选自箔、片、板、管 和棒。
6. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，0中的退火得到至少75%重结晶度。
7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，E)中所述热-机械加工步骤包括I) 将锻造产品轧成中间厚度；II) 在950-1150。C的温度下将I)的锻造产品退火30-180分钟；III) 轧II)的锻造产品；并IV) 在950-115(TC的温度下将III)的锻造产品退火30-180分钟，并将所述锻造 产品冷却至室温。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述锻造产品选自箔、片、板、管 和棒。
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，II)和IV)中的退火得到至少75%重 结晶度。
10. 按照权利要求l所述方法制得的含铌锻造产品。
11. 如权利要求io所述的锻造产品，其特征在于，所述锻造产品选自箔、片、 板、管和棒。
12. 由权利要求IO所述锻造产品制得的深冲压杯。
13. 由权利要求10所述锻造产品制得的溅射靶。
14. 一种制造铌合金的方法，所述方法包括a) 将铌熔化形成熔融物；b) 以熔融物中的铌计，加入O. l-60ppm的选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和 铈的金属；C)冷却熔融物形成合金锭；d)对合金锭进行热-机械加工步骤，形成锻造产品。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述锻造产品具有5-IO的细且均 -一的ASTM粒度。
16. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，以铌的总量计，A)中所述金属为 0.卜100ppm。
17. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，d)中所述热-机械加工步骤包括i) 将合金锭锻造成锻造产品；ii) 在950-115(TC的温度下将锻造产品退火。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述锻造产品选自箔、片、板、 管和棒。
19. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，i)中的退火得到至少75%重结晶度。
20. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，d)中所述热--机械加工步骤包括I) 将锻造产品轧成中间厚度；II) 在950-115(TC的温度下将I)的锻造产品退火30-180分钟； in)轧II)的锻造产品；并IV)在950-115(TC的温度下将III)的锻造产品退火30-180分钟，并将所述锻造 产品冷却至室温。
21. 如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述锻造产品选自箔、片、板、 管和棒。
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，II)和IV)中的退火得到至少75%重结晶度。
23. 按照权利要求14所述方法制得的含铌锻造产品。
24. 如权利要求23所述的锻造产品，其特征在于，所述锻造产品选自箔、片、 板、管和棒。
25. 由权利要求23所述锻造产品制得的深冲压杯。
26. 由权利要求24所述锻造产品制得的溅射靶。
全文摘要
一种制造铌合金的方法包括(A)形成包含铌粉末和选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和铈的金属粉末的掺混物，并挤压所述掺混物形成压制的掺混物；(B)将所述压制的掺混物附到含铌电极上；(C)在真空电弧再熔化条件下熔化所述电极和压制的掺混物，使所述掺混物与熔化的电极混合；(D)冷却所述熔化的电极，形成合金锭；并(E)使所述合金锭进行热-机械加工步骤，形成锻造的产品。所述方法提供了一种粒度比ASTM 5更细的完全重结晶的铌锻造产品，它可用于制造深冲压杯和溅射靶。
文档编号C23C14/34GK101680055SQ200680030944
公开日2010年3月24日 申请日期2006年8月21日 优先权日2005年8月31日
发明者P·R·艾蒙 申请人:H.C.施塔克公司