鈦鋁合金靶材的真空感應熔煉方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金制備領域，特別涉及一種鈦鋁合金靶材的真空感應熔煉方法。
【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代機械加工業(yè)高速加工時代的到來，世界各國也愈加注重涂層技術的應用 與發(fā)展。PVD (Physical Vapor Deposition)涂層不僅為提高高速合金刀具的性能發(fā)揮 了重要作用，而且對于硬質合金刀具來說更是必不可少，因為硬質合金刀具比高速合金刀 具價格更貴，使用率更高。在刀具的PVD涂層中，鈦鋁合金是一種非常重要的膜料。例如， Balzers研制的兩種有代表性的涂層分別為FUTURA NAN0和X. CEED，其中FUTURA NAN0可 使刀具在高速加工的條件下使用，而X. CEED可使刀具有優(yōu)異的紅硬性、抗氧化性，即使在 惡劣的加工條件下，其薄膜與基體仍具有良好的結合強度，這兩種涂層的膜料均為鈦鋁合 金。鈦鋁合金可以顯著提高刀具的使用壽命以及產(chǎn)品的加工精度，但是鈦鋁合金的純凈度 對刀具的使用壽命起到重要的作用，也就是說采用鈦鋁合金靶材進行鍍膜時，對靶材的純 凈度要求極為嚴格，特別是碳、氧、氮等雜質的含量，雜質的含量越低，對刀具的使用壽命越 有利。
[0003] 目前，制造鈦鋁合金靶材的方法有兩種，粉末燒結法和熔煉鑄造法：
[0004](1)粉末燒結法：如公開號為CN101214546A的專利中采用一定粒度的Ti粉和A1粉，或霧化的合金粉末，經(jīng)混粉，裝粉，冷等靜壓成型，脫氣，熱等靜壓或燒結，再經(jīng)機加工制 成成品。該方法的優(yōu)點是可以制作大尺寸的鈦鋁靶材；該方法的缺點是在制作過程中不可 避免會增加金屬雜質，氣體（C、N、0)含量偏高。
[0005](2)熔煉鑄造法：目前，熔煉鈦鋁合金的方法有以下幾種：第一種是采用真空電子 束熔煉，該方法熔煉過程中，A1揮發(fā)大，成份不易控制；第二種方法是采用真空自耗電弧爐 熔煉，該方法熔煉的鈦鋁合金成分偏析大；第三種方法是采用真空懸浮爐熔煉，該方法熔煉 的鈦鋁合金，雖然氣體和金屬雜質含量比較低，但該方法需二次重熔，并且設備昂貴，能耗 高，造成熔煉合金的成本高。另外，還有采用石墨作為坩堝材料進行真空感應熔煉的，但是 熔煉出的合金錠碳含量很高。公開號為CN1420189A的專利申請中采用高純CaO坩堝進行 真空感應熔煉，該方法需要兩次抽真空操作，加料方式繁瑣，其加鈣脫氧將使本合金體系中 的雜質元素含量增加，脫氧所形成的氧化鈣夾雜殘留在合金溶液中，澆鑄后形成大量的內 生夾雜，無法去除。

【發(fā)明內容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鈦鋁合金靶材的真空感應熔煉 方法。該方法工藝簡單、生產(chǎn)周期短、成本低，成份控制準確，坩堝污染小，氣體含量低，無氣 泡等鑄造缺陷。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
[0008] -種鈦鋁合金靶材的真空感應熔煉方法，采用CaO坩堝進行真空感應熔煉制備鈦 鋁合金靶材，依次包括配料步驟、烘料步驟、裝爐步驟、合金熔化步驟以及澆鑄步驟，其中：
[0009] 在所述烘料步驟中，將配好的原料金屬鋁和海綿鈦放入真空烘箱中，烘烤溫度為 低于150°C，烘烤時間為不少于4小時，然后隨爐降溫至40°C以下取出待用；
[0010] 在所述裝爐步驟中，將經(jīng)烘烤的原料金屬鋁放入真空感應爐的CaO坩堝的底部， 再將海綿鈦松裝于金屬鋁的上部；
[0011] 在所述合金熔化步驟中，首先使所述真空感應爐的真空度保持不大于〇.IPa，再以 不大于15KW的電功率送電，待10~15分鐘后充入0. 2~0. 4atm的惰性氣體，然后加大送 電功率至35KW以上，使原料快速熔化，熔化后合金液的最高溫度控制在1580~1610°C。
[0012] 為了更加詳細的對上述方法進行說明，上述方法可以示例性地描述為：
[0013] 在所述烘料步驟中，將配好的原料放入真空烘箱中，在80°C、100°C、120°C或 140°C的條件下保溫4h、5h或6h，然后隨爐降溫至15°C、20°C、30°C或40°C取出待用；
[0014] 在所述合金熔化步驟中，首先使所述真空感應爐的真空度保持在0. 01Pa、0. 04Pa、 0? 05Pa、0. 06Pa、0. 07Pa、0. 08Pa或0?IPa，再以 10KW、12KW或 15KW的電功率送電，待lOmin、 12min或15min后充入0. 2atm、0. 3atm或0. 4atm的惰性氣體，然后加大送電功率至35KW、 40KW或45KW，使原料快速熔化，熔化后合金液的最高溫度控制在1580°C、1590°C、1600°C、 1605°C或 1610°C。
[0015] 在上述方法中，所述配料步驟是按鈦鋁合金成分設計要求分別稱取海綿鈦和金 屬鋁，作為一種優(yōu)選實施方式，所述配料步驟是按鈦鋁合金成分設計要求分別稱取〇級海 綿鈦和純度高于99. 99 %的金屬鋁，其中所述鈦鋁合金按重量百分比由以下元素組成：Ti: 60 ~70%，A1:30 ~40%。
[0016] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述烘料步驟中，所述烘烤溫度為 100-140°C，所述烘烤時間為4-5h。所述真空烘箱的真空度為600-6000Pa。
[0017] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述合金熔化步驟中，首先使所述真空 感應爐的真空度保持為〇. 01-0. 〇8Pa，再以10-15KW的電功率送電，待10~15分鐘后充入 0. 2~0. 4atm的惰性氣體，然后加大送電功率至35-40KW，使原料快速熔化，以縮短合金液 與坩堝的接觸時間，熔化后合金液的最高溫度控制在1580~1610°C，以免合金液溫度高與 坩堝反映加速。
[0018] 在上述方法中，所述惰性氣體可以是氬氣或氦氣。
[0019] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述澆鑄步驟中，當合金液溫度高于合 金液熔點溫度以上30~50°C時進行澆鑄。爐料熔化后，盡快澆注，可以進一步減少合金液 與i甘禍的接觸時間。
[0020] 在本發(fā)明的方法中，原材料經(jīng)真空烘干以確保原材料干燥且不被氧化；采用CaO 坩堝，選用底部裝鋁，上部裝鈦的方式，真空下送電烘烤爐料，既有利于爐料內氣體的揮發(fā)， 降低爐料內的氣體含量，又充分利用了能量，有利于加快熔煉速度，還避免了加冷料時合金 液噴濺；充入惰性氣體比如氬氣后，高功率送電，使爐料和合金液充分脫氣，加快了爐料的 熔化速度，又不會由于充入氬氣過多使鈦鋁錠內部和表皮產(chǎn)生氣泡；控制合金液的熔化溫 度，有效的減小了合金液與坩堝的反應時間和速度。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有工藝簡單，生產(chǎn)周期短，能耗低，設備投資小，生 產(chǎn)成本低，合金成份控制準確，坩堝污染小，氣體含量低，無皮下氣泡等鑄造缺陷的優(yōu) 點。上述優(yōu)點具體如下：熔煉周期彡30分鐘，每爐合金的功耗彡15KW*h，成分控制 精確，主成分偏差彡〇? 5wt%，合金中雜質Ca彡0? 015wt%，氣含量低（0彡0? 12wt%， N彡 0. 015wt%，C彡 0. 015wt%)。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實施例1制得的合金鑄錠切片的超聲波探傷圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實施例2制得的合金鑄錠切片的超聲波探傷圖；
[0024] 圖3是本發(fā)明實施例3制得的合金鑄錠切片的超聲波探傷圖；
[0025] 圖4是本發(fā)明對比例3制得的合金鑄錠切片的超聲波探傷圖；
[0026] 圖5是本發(fā)明對比例4制得的合金鑄錠切片的超聲波探傷圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0028] 以下三個實施例是根據(jù)本發(fā)明所述的鈦鋁合金靶材真空感應熔煉的制造方法分 別制備了 3爐鈦鋁合金靶材。
[0029] 實施例1
[0030] 本實施例制備的鈦鋁合金靶材按重量百分比由以下元素組成：Ti64%，A136%。
[0031] 制造方法如下：
[0032] (1)配料：按上述合金成分設計分別稱取0級海綿鈦和純度高于99. 99%的金屬 錯。
[0033] (2)烘料：將稱好的原材料鈦和鋁放入真空烘箱(真空度為5000Pa)中，在100°C條 件下保溫5h，隨爐降溫至35 °C取出待用。
[0034] (3)裝爐：將烘烤后的原料（即爐料）中的金屬鋁放入25Kg真空感應爐CaO坩堝的 底部，然后將海綿鈦松裝于金屬鋁的上部。
[0035] (4)合金熔化：首先使真空感應爐的真空度保持為0. 03Pa，再以15KW的電功率送 電，待14分鐘后充入0. 2atm的氬氣，然后加大送電功率至35KW，使原料快速熔化，以縮短合 金液與坩堝的接觸時間，待送電11分鐘后合金熔化，熔化后合金液的最高溫度為1585°C。
[0036] (5)降溫澆鑄：停電降溫30s，在合金液溫度為1535°C時進行澆鑄，從而得到合金 鑄錠。
[0037] 本實施例制備的合金鑄錠的性能參見表1。
[0038] 采取超聲波探傷對制得的錠坯內部及表層質量進行檢驗，超聲波探傷的方法如 下：
[0039] 1)機加工