權(quán)利要求

1.異型材料的焊接方法，其特征在于，包括如下步驟： S1：于背板表面開出與靶坯相匹配的凹坑，將靶坯置于背板上的凹坑內(nèi)； S2：將背板加熱至一定溫度后，將靶坯置于背板的凹坑中進行軋制； S3：控制第一道次的軋制壓力和形變量，將背板和靶坯進行預定位； S4：將背板與靶坯相對于第一道次旋轉(zhuǎn)90°進行第二道次軋制，控制第二道次的軋制壓力和形變量，使背板和靶坯接觸界面形成冶金結(jié)合； S5：將背板和靶坯按照同一方向旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)相同角度進行一次軋制，控制每道次的軋制壓力、形變量以及軋制次數(shù)，使背板和靶坯形成界面連接制得靶材，實現(xiàn)異型材料的焊接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述步驟S1還包括將背板和靶坯的表面粗糙度處理至1.6μm以下。 

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述焊接方法，其特征在于，背板和靶坯的表面粗糙度處理至0.8μm以下。 

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述背板為鋁合金背板、銅背板或不銹鋼背板；所述靶坯為高純鋁靶坯、高純鋁銅靶坯或高純鋁硅銅靶坯，所述靶坯的純度不低于99.999％。 

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述步驟S2中背板的溫度為400℃。 

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接方法，其特征在于，第一道次和第二道次的軋制壓力均為300MPa，軋制形變量均不高于0.25mm。 

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述步驟S5中背板和靶坯每旋轉(zhuǎn)45°進行一次軋制。 

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述步驟S5中每道次的軋制壓力為800MPa，每道次的軋制形變量為1mm，軋制次數(shù)為8道次。 

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述焊接方法含包括將軋制完成后的靶材進行C掃檢測過程，靶材的綁定率不低于98％。 

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述焊接方法，其特征在于，所述焊接方法還包括將C掃檢測后的靶材，經(jīng)真空干燥后于180℃熱處理1h過程。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于濺射靶材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種異型材料的焊接方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)靶材焊接有如下三種方法：1)銦綁定，該綁定技術(shù)綁定簡單，只需要一臺加熱平臺。該技術(shù)投資門檻較低，但是銦綁定耐溫性較低，不適合高于120度的使用場合。2)電子束焊接，該焊接只適合焊接環(huán)形焊縫，焊合材質(zhì)一般為鋁合金6061以及高純鋁等，具有焊接焊縫強度高的優(yōu)點。3)擴散焊接，該焊接方式要求使用熱等靜壓設(shè)備，該設(shè)備造價高昂，每次使用需要充入30000m 3的氬氣，使用壓力為200Mpa，每次焊接成本高達3000元每片。對于原子質(zhì)檢擴散溫度要求在500度以上，焊接伴隨而來的材料內(nèi)部晶粒劇烈長大，特別對于高純鋁會伴有晶粒從200μm長大到1000μm的缺陷。

由于上述焊接方法有其各自特點，成本高且難以用于異型材料的焊接，因此，如何實現(xiàn)異型材料的綁定并降低靶材焊接成本是急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中述及的問題，本申請旨在提供異型材料的焊接方法，不僅獲得的靶材綁定率高、晶粒小，且焊接效率高、成本低。

基于上述目的，本申請采用的技術(shù)方案如下：

一種異型材料的焊接方法，包括如下步驟：

S1：于背板表面開出與靶坯相匹配的凹坑，將靶坯置于背板上的凹坑內(nèi)；

S2：將背板加熱至一定溫度后，將靶坯置于背板的凹坑中進行軋制；

S3：控制第一道次的軋制壓力和形變量，將背板和靶坯進行預定位；

S4：將背板與靶坯相對于第一道次旋轉(zhuǎn)90°進行第二道次軋制，控制第二道次的軋制壓力和形變量，使背板和靶坯接觸界面形成冶金結(jié)合；

S5：將背板和靶坯按照同一方向旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)相同角度進行一次軋制，控制每道次的軋制壓力、形變量以及軋制次數(shù)，使背板和靶坯形成界面連接制得靶材，實現(xiàn)異型材料的焊接。

相對于傳統(tǒng)靶材的焊接方法，本發(fā)明采用軋制的方式，通過控制軋制參數(shù)實現(xiàn)異型材料的焊接，具有操作簡單，成本低的優(yōu)勢；并且整個軋制過程在5min以內(nèi)即可實現(xiàn)，具有焊接效率高的優(yōu)勢。

進一步地，步驟S1還包括將背板和靶坯的表面粗糙度處理至1.6μm以下。

通過將背板和靶坯的表面粗糙度處理至1.6μm以下，避免背板和靶坯的綁定不良。

進一步地，背板和靶坯的表面粗糙度處理至0.8μm以下。

通過將背板和靶坯的表面粗糙度處理至0.8μm以下，一方面有助于背板和靶坯的界面焊接，另一方面能夠及時發(fā)現(xiàn)靶坯和背板的表面是否發(fā)生表面氧化現(xiàn)象，從而避免因靶坯和背板的表面氧化而影響兩者的界面焊接，造成綁定不良。

進一步地，背板為鋁合金背板、銅背板或不銹鋼背板；靶坯為高純鋁靶坯、高純鋁銅(99.5:0.5)靶坯或高純鋁硅銅(98:1:1)靶坯，所述靶坯的純度不低于99.999％。

進一步地，步驟S2中背板的溫度為400℃。

相對于傳統(tǒng)焊接方法將背板和靶坯同時加熱的方式，本申請在軋制過程中僅僅對背板進行加熱處理，靶坯經(jīng)軋制焊接以后升溫不高于80℃，低于高純鋁金屬的重結(jié)晶溫度180℃，從而能夠有效抑制高純鋁中晶粒長大。

進一步地，第一道次和第二道次的軋制壓力均為300MPa，軋制形變量均不高于0.25mm。

第一道次軋制的目的在于將靶坯與背板通過低形變量實現(xiàn)初步定位，因而控制第一道次的形變量不高于0.25mm，避免形變量大造成兩種異型材料的滑移甚至脫離。

第二道次軋制的目的在于實現(xiàn)靶坯與背板界面初步的冶金結(jié)合，故軋制形變量亦不易過大。

進一步地，步驟S5中背板和靶坯每旋轉(zhuǎn)45°進行一次軋制。

采用每旋轉(zhuǎn)45°進行軋制一次，使得軋制完成后的靶材橫截面呈正圓形，靶坯各個位置處的厚度均勻性一致。

進一步地，步驟S5中每道次的軋制壓力為800MPa，每道次的軋制形變量為1mm，軋制次數(shù)為8道次。

進一步地，焊接方法含包括將軋制完成后的靶材進行C掃檢測過程，靶材的綁定率不低于98％。

進一步地，焊接方法還包括將C掃檢測后的靶材，經(jīng)真空干燥后于180℃熱處理1h過程。

通過將焊接完成后的靶材進行真空干燥處理，能夠進一步抑制高純鋁中晶粒的長大，同時將C掃后的靶材內(nèi)部的水分烘干，防止靶材氧化；將真空干燥后的靶材于180℃熱處理1h，使得靶材在軋制過程中被拉長的板條狀晶粒獲得能量后，破碎不穩(wěn)定的晶界獲得均勻細化且小于80μm的晶粒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明利用軋制形變產(chǎn)生的熱量實現(xiàn)背板與靶坯的焊接，軋制力為普通軋機型號可以達到的水平，故而本發(fā)明焊接方法對設(shè)備要求不高，軋制成本低，且靶材綁定率不低于98％；通過軋制對異型材料進行焊接，焊接時間在5min以內(nèi)，焊接效率高，且焊接能耗低。另外，由于本發(fā)明在軋制過程中僅對背板進行預熱，高純鋁靶坯經(jīng)過軋制焊接后升溫不超過80℃，低于高純鋁金屬的重結(jié)晶溫度180℃，因而，本發(fā)明焊接方法能夠有效抑制高純鋁靶坯晶粒長大，最終制得靶材的平均晶粒＜80μm。

附圖說明

圖1為軋制前靶坯與背板的相對位置示意圖；

圖2為軋制過程中靶坯與背板的相對位置示意圖；

圖3為軋制后靶坯與背板的相對位置示意圖。

具體實施方式

為更好地說明本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點，下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例中所用的試驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

實施例1

本發(fā)明異型材料焊接方法適用于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的背板及靶坯的焊接，如背板為鋁合金背板、銅背板或不銹鋼背板，靶坯為高純鋁靶坯、高純鋁銅靶坯或高純鋁硅銅靶坯，靶坯的純度要求不低于99.999％。

本實施例以鋁合金6061為背板、以高純鋁(99.999％)為靶坯作為示例，說明本發(fā)明異型材料的焊接方法，如圖1～3所示，具體過程如下：

1、將鋁合金6061背板1加工至D400×15(直徑為400mm，厚度為15mm)，背板1的中部留有一處D332×0.5的凹坑，背板1的表面粗糙度處理至1.6μm以下，優(yōu)選為0.8μm。背板1表面粗糙度低于1.6μm則不會對焊接產(chǎn)生負面影響，并且便于對背板1表面是否存在氧化現(xiàn)象進行觀察，如果背板1表面存在氧化層則會嚴重影響后續(xù)的界面焊接操作。

2、將高純鋁(純度＞99.999％)靶坯2從50mm厚度軋制至12mm厚度，軋制溫度為室溫，注意控制軋制過程中靶坯2的升溫，因為軋制過程中機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能使得靶坯2溫度升高，故每道次軋制形變量不得低于5mm，軋制過程中需要用到軋制機為1600噸軋機；利用軋機將靶坯2加工到D332×9，同時將靶坯2的表面粗糙度加工至Ra0.8μm以下，靶坯2的平面度要求小于0.1mm。

3、將鋁合金6061背板1整體加熱到400℃，將室溫下的高純鋁靶坯2嵌入鋁合金6061背板1中部的凹坑后，快速將兩者放入軋機，此時整個靶材的總體厚度為15+12＝27mm。設(shè)置第一道次輥縫為26.75mm，先初步將靶坯2和背板1通過低形變量實現(xiàn)定位，此處形變量為0.25mm，如果形變量高于0.25mm容易產(chǎn)生兩異型材料的滑移并造成脫離。

4、設(shè)置第二道次形變量為0.25mm，將背板1與靶坯2順時針旋轉(zhuǎn)90°軋制后，整體厚度變成26mm。軋制力為264噸，作用在靶材上的壓力為300Mpa，此時背板1與靶坯2已經(jīng)實現(xiàn)初步的冶金結(jié)合。

5、將靶材順時針45°旋轉(zhuǎn)，每道次軋制量為1mm，8道次后靶材厚度為18.0mm，每道次軋制力平均為706噸，作用在靶材上的壓力為800Mpa。由于是順時針軋制，靶材形成一個基本為圓的形狀，此時靶材內(nèi)部升溫至約300℃左右。此時靶坯2與背板1間完全形成界面連接，抗拉強度在80Mpa左右，實現(xiàn)耐溫300℃以上的焊接接頭，上述過程于5min內(nèi)完成。

6、將焊接后的靶材進入C掃檢測，掃描值為32DB，由于鋁合金與高純鋁的聲速接近，在檢測過程中如果有焊接不良的地方會顯示有界面峰，而已經(jīng)焊接完成的地方只有表面峰和底面峰，經(jīng)檢測焊接面積達到98％以上，即綁定率在98％以上，部分焊接不良的地方是由于背板1或靶坯2表面氧化或者平面度問題引起的。靶材98％的綁定率完全滿足靶材濺射使用。

7、焊接完成后，將靶材于80℃下真空干燥4h，隨后于180℃下熱處理1h。

真空干燥有利于抑制溫升過程中晶粒長大，干燥工序可以有效地將泡水C掃后的靶材內(nèi)部的水份烘干，防止靶材氧化。

真空干燥后于180℃熱處理1h目的在于：使得靶材在軋制過程中被拉長的板條狀晶粒拉長得以獲得能量破碎不穩(wěn)定的晶界后獲得均勻細化小于80μm的晶粒。

8、使用RPM500，進刀深度0.5mm，走刀速度80mm/min，并使用TGP金剛石刀片進行靶材表面尺寸加工，最終獲得表面光滑，表面粗糙度Ra＜0.4μm的靶材。

綜上，本發(fā)明利用軋制形變產(chǎn)生的熱量實現(xiàn)背板與靶坯的焊接，軋制力為普通軋機型號可以達到的水平，故而本發(fā)明焊接方法對設(shè)備要求不高，軋制成本低；通過軋制對異型材料進行焊接，焊接時間在5min以內(nèi)，焊接效率高，且焊接能耗低。另外，由于本發(fā)明在軋制過程中僅對背板進行預熱，高純鋁靶坯經(jīng)過軋制焊接后升溫不超過80℃，低于高純鋁金屬的重結(jié)晶溫度180℃，因而，本發(fā)明焊接方法能夠有效抑制高純鋁靶坯晶粒長大，最終制得靶材的平均晶粒＜80μm。

最后所應(yīng)當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。

異型材料的焊接方法.pdf