低氧高致密性多组元钼合金及其制备方法与流程

本发明属于粉末冶金材料，具体涉及低氧高致密性多组元钼合金的制备方法。本发明还涉及上述制备方法制备的低氧高致密性多组元钼合金。

背景技术：

1、钼及钼合金制作成溅射靶材已广泛应用于电子部件和电子产品中，如薄膜半导体管-液晶显示器(tft-lcd)、等离子显示器、场发射显示器、触摸屏，还可用于太阳能电池的背电极、玻璃镀膜等领域。钼在金属薄膜中主要作为阻挡层材料使用，近年来，随着电子行业及太阳能电池的发展，特别是布线层材料逐渐由cu替代了al，要求与之匹配的钼合金膜有低阻抗、附着性高、耐湿性好、耐腐蚀性强等特点，因此必须在钼中添加nb\ti\ta\cr\v\ni等合金元素，以调整钼金属薄膜的特性。在现有钼合金制备技术中将上述金属添加至钼基体中通常采用粉末冶金工艺，即将一种、两种或多种添加金属元素经粉末混合，然后经冷等静压、真空热压或热等静压制作多组元钼合金材料，进而再利用热塑性变形、热处理、机加工等处理方式制备钼合金靶材。

2、现有工艺的缺陷在于：(1)nb、ti、ta、cr、v、ni等合金元素并非全部和钼完全固溶，在固相烧结过程中的“固溶”也并非严格意义上的合金化。(2)纯钼材料烧结致密化过程中较佳的气氛环境是氢气、氩气或真空状态。但上述合金元素nb、ti、ta、cr、v、ni的金属粉末与mo粉混合后在氢气中烧结时由于溶解少量或过量的氢气，导致出现增氧、溶解氢气导致的氢脆现象，因此通常添加了上述合金元素的钼合金烧结坯在氢气气氛烧结后坯锭中氧含量普遍高于wt0.3％；在氩气中烧结时难以避免不纯的杂质溶解于钼合金基体中，同时氩气气氛烧结导致成本显著提高；而在真空气氛烧结致密化过程中由于原始粉末的不均匀性和粉末颗粒表面吸附的氧分解后溢出，尽管烧结坯的氧含量可降低至wt0.2％以下，但同时坯锭中会形成了大量的开孔或封闭的球化状气孔，导致烧结坯锭相对密度普遍低于90％。(3)通常对于钼及钼合金坯锭而言，相对密度低于93％，将无法实现塑性加工。坯锭的烧结密度偏低，未经塑性加工提高相对密度，直接加工成溅射靶材使用，在溅射过程中会产生放电火花，导致薄膜不合格。总而言之，上述合金元素合金化的多组元钼合金坯锭在氢气气氛、氩气气氛或真空气氛烧结后坯锭中氧含量普遍大于wt0.2％，远高于纯钼在氢气、氩气或真空高温烧结后通常低于wt0.003％的氧含量水平。更为关键的是，高氧含量的钼合金制作为合金靶材后，在高真空条件下磁控溅射薄膜过程中也很容易出现磁控溅射异常放电，在薄膜行形成过程中形成“斑点”状缺陷，严重影响了薄膜的耐蚀性和附着性等关键使用性能。(4)热等静压是钼合金靶材基础材料制作的热门研究技术。虽然热等静压处理可以提高钼合金坯锭的致密性，但热等静压过程并无脱氧除杂的效果。同时受限于热等静压设备的尺寸规格，严重限制了钼合金坯锭的尺寸规格。另外，热等静压需借助包套传递100mpa～180mpa氩气的压力，在制作复杂形状的构件时包套的焊缝有效性难以可靠保障，等静压的应用范围受限。(5)真空热压及放电等离子烧结是钼合金快速高温致密化的技术，但这两种方式都受设备规格限制，无法实现大规格、形状复杂构件的钼合金坯锭的制备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，解决了技术在钼中添加合金元素制备钼合金靶出现的坯锭氧含量高、密度低及难以实现大规格、形状不受限制的问题。

2、本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备的低氧高致密性多组元钼合金，氧含量低、致密度高，均匀性良好，在多组元钼合金靶材领域有广阔的应用前景。

3、本发明所采用的第一种技术方案是：低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1、制备预合金化的金属粉末

5、将两种或三种待合金化的金属材料均匀配料后进行电子束熔炼，获得预合金化的熔炼合金坯锭，再对熔炼合金坯锭进行机械破碎形成合金粉，合金粉经筛网筛分后再经真空脱氧，得到预合金化的金属粉末；

6、步骤2、将预合金化的金属粉末与纯钼粉均匀混合得到多组元钼合金粉，将多组元钼合金粉压制成素坯，再经高温烧结制备出低氧、高致密的多组元钼合金。

7、本发明第一种技术方案的特点还在于，

8、待合金化的金属材料选自mo、nb、ti、ta、cr、v、ni中的两种，两种金属材料的质量比为1:1。

9、待合金化的金属材料选自mo、nb、ti、ta、cr、v、ni中的三种，三种金属材料的质量比为(20～33)：(20～33)：(34～60)。

10、待合金化的金属材料选用粉、棒材、板材、带材或丝材。

11、电子束熔炼的次数不多于三次，电子束熔炼的真空度≤0.008pa。

12、熔炼合金坯锭的直径不大于80mm，长度不超过2000mm。

13、合金粉经80目～200目筛网筛分，筛下收得率不低于95％。

14、真空脱氧的脱氧温度500℃～800℃，脱氧时间30min～120min。

15、素坯的形状为板、棒或管。

16、本发明所采用的第二种技术方案是：如上述低氧高致密性多组元钼合金的制备方法制备的低氧高致密性多组元钼合金。

17、本发明的有益效果是：本发明的低氧高致密性多组元钼合金及其制备方法，通过预合金化制备出中间低氧混合粉体，形成的完全合金化的预合金化混合粉体，消除了单一合金元素本征析氢、吸氧、难以与基体同步烧结致密的不利特性，实现了多组元钼合金在氢气或真空气氛中可以低成本、高效烧结出氧含量低、致密性高、规格和形状不受限制的合金坯锭的目的。

技术特征：

1.低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，所述待合金化的金属材料选自mo、nb、ti、ta、cr、v、ni中的两种，两种金属材料的质量比为1:1。

3.如权利要求1所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，所述待合金化的金属材料选自mo、nb、ti、ta、cr、v、ni中的三种，三种金属材料的质量比为(20～33)：(20～33)：(34～60)。

4.如权利要求1所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，所述待合金化的金属材料选用粉、棒材、板材、带材或丝材。

5.如权利要求1所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，所述电子束熔炼的次数不多于三次，电子束熔炼的真空度≤0.008pa。

6.如权利要求1所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼合金坯锭的直径不大于80mm，长度不超过2000mm。

7.如权利要求1所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，所述合金粉经80目～200目筛网筛分，筛下收得率不低于95％。

8.如权利要求1所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，所述真空脱氧的脱氧温度500℃～800℃，脱氧时间30min～120min。

9.如权利要求1所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法，其特征在于，所述素坯的形状为板、棒或管。

10.如权利要求1～9任一项所述的低氧高致密性多组元钼合金的制备方法制备的低氧高致密性多组元钼合金。

技术总结本发明公开的低氧高致密性多组元钼合金及其制备方法，包括将两种或三种待合金化的金属材料均匀配料后进行电子束熔炼，获得预合金化的熔炼合金坯锭，再对其进行机械破碎形成合金粉，经筛网筛分后再经真空脱氧，得到预合金化的金属粉末；将金属粉末与纯钼粉均匀混合得到多组元钼合金粉，将多组元钼合金粉压制成素坯，再经高温烧结制得。本发明通过预合金化制备出中间低氧混合粉体，形成的完全合金化的预合金化混合粉体，消除了单一合金元素本征析氢、吸氧、难以与基体同步烧结致密的不利特性，实现了多组元钼合金在氢气或真空气氛中可以低成本、高效烧结出氧含量低、致密性高、规格和形状不受限制的合金坯锭的目的。技术研发人员：赵虎,梁靖,付静波,刘仁智,武洲,张菊平,高贤,徐斌受保护的技术使用者：金堆城钼业股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1