一种用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置
技术领域
本实用新型属于Cr基靶材制备技术领域，具体涉及一种用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置。
背景技术
溅射靶材是指通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜设备在适当工艺条件下溅射沉积在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。溅射靶材广泛应用于装饰、工模具、玻璃、电子器件、半导体、磁记录、平面显示、太阳能电池等众多领域，不同领域需要的靶材各不相同。溅射靶材根据成分可以分为纯金属靶材、合金靶材、氧化物靶材、硅化物靶材等多个品种；根据生产方法可以分为粉末靶、熔炼靶和喷涂靶；按照形状可以分为平面靶材和管状靶材，平面靶材又可以分为矩形靶和圆弧靶。
铬作为涂层最广泛应用的纯金属靶材材料，可以为刀具、模具、零部件、装饰、卫浴等领域提供耐磨、耐腐性涂层。目前，常用的制备Cr靶材的工艺为热等静压(Hot IsostaticPressing，简称HIP)，主要工艺过程即Cr粉装入特定形状的容器中脱气后密封，然后通以气体作为传压介质对制品进行加压，同时加高温，在高温高压的作用下使Cr粉致密化。在HIP制备Cr靶的过程中，一般选用不锈钢和碳钢材料作为包套，但在高温高压的环境下，包套中的Fe和Cr之间会在接触的界面处发生合金化反应，形成一层脆性的Fe-Cr合金相。由于合金相的存在，在后续去除包套皮的过程中包套皮和Cr之间会产生较大的拉力，造成Cr锭坯表面形成较深的皮下裂纹。因此，为将表面裂纹完全去除，需要增加包套的设计尺寸，大大降低了最终的材料利用率，提升了靶材的制造成本。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，以至少解决目前的Cr基靶材锭坯去皮过程中由于Fe-Cr合金相的存在导致形成皮下裂纹的问题，材料利用率降低，Cr靶材成本高的问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，所述装粉装置包括：包套主体、包套上盖和包套下盖；
所述包套上盖盖设在所述包套主体上端，所述包套下盖设置在所述包套主体底端，所述包套主体、所述包套上盖和所述包套下盖合围成一个腔体，所述包套主体的内侧面、所述包套上盖的底部端面和所述包套下盖的上表面上均设置有耐高温涂层。
在如上所述的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，优选，所述耐高温涂层材料为Al2O3、TiO2或ZrO2。
在如上所述的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，优选，所述耐高温涂层的厚度为0.1～0.5mm。
在如上所述的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，优选，所述包套主体的内侧面、所述包套上盖的底部端面和所述包套下盖的上表面还设有经过喷砂处理的粗糙表面喷砂层，所述喷砂层的外侧面与所述耐高温涂层的内侧面贴合粘结。
在如上所述的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，优选，所述包套主体的横截面为方形或者圆形，所述包套上盖和所述包套下盖与所述包套主体配合，对应设置为方形或者圆形。
在如上所述的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，优选，所述包套上盖上设置有脱气孔，所述脱气孔与脱气装置连接，用于对所述装粉装置的内部腔体进行脱气。
在如上所述的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，优选，所述包套上盖、所述包套下盖分别焊接在所述包套主体的上端部和下端部。
在如上所述的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，优选，所述包套主体材质为冷/热拔低碳钢或冷/热拔不锈钢。
在如上所述的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，优选，所述包套上盖和所述包套下盖材质为旋压低碳钢或旋压不锈钢。
与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：
本实用新型的一种用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，针对Cr基靶材制备过程中所用到的包套进行优化处理，在包套主体和包套上盖、包套下盖的表面涂覆有耐高温涂层，耐高温涂层可有效阻止包套中的Fe和Cr之间发生合金化反应生成Fe-Cr合金相，避免包套与Cr之间发生黏连，有效抑制锭坯表面皮下裂纹的产生，能够大幅提高靶材的材料利用率，降低靶材制备的成本。
本实用新型在耐高温涂层涂覆前还进行了喷砂处理，设置有粗糙表面喷砂层，在喷砂层之后再喷涂耐高温涂层，可以有效提高耐高温涂层的粘结力，提高装粉装置的使用寿命。
本实用新型的热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置不仅可用于纯Cr靶包套的制备，还可应用于其他Cr基粉末冶金多元靶材制备，如CrSi、CrW、CrMo等，使用范围广泛。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
图1为本实用新型装粉装置的纵向剖视结构示意图；
图2为图1中的包套上盖的纵向剖视结构示意图；
图3为图1中的包套下盖的纵向剖视结构示意图；
图4为本实用新型实施例1中的包套主体的横向剖视结构示意图；
图5为本实用新型实施例2中的包套主体的横向剖视结构示意图；
图中：1、包套主体；2、包套上盖；21、脱气孔；3、包套下盖；4、耐高温涂层。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1至图3所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，Cr为脆性材料，热等静压(HIP)成型过程中一般使用低碳钢或不锈钢模具，也称为包套。由于HIP温度相对较高(≥1100℃)，在HIP过程中，包套中的Fe和Cr在高温条件下将发生合金化，在包套和Cr接触的界面处形成一层脆性Fe-Cr合金层。在去除包套的加工过程中，由于Fe-Cr合金层的存在，导致包套皮和Cr之间产生较大的拉力，造成Cr基锭坯表面形成较深的皮下裂纹。因此，在包套设计过程中，需加大包套的尺寸，使加工余量大于皮下裂纹的深度，造成了材料利用率的降低和成本的上升。本实用新型通过在包套本体、包套上盖2和包套下盖3的内表面设置一层耐高温涂层4，阻止HIP过程中包套中Fe和Cr之间的合金化，有效抑制皮下裂纹的产生，从而可以减小包套的设计尺寸，提升材料利用率，降低靶材成本。
装粉装置包括：包套主体1、包套上盖2和包套下盖3。
包套上盖2盖设在包套主体1上端，包套下盖3设置在包套主体1底端，包套主体1、包套上盖2和包套下盖3合围成一个腔体，包套主体1的内侧面、包套上盖2的底部端面和包套下盖3的上表面上均设置有耐高温涂层4，腔体内用于盛装Cr基粉末。耐高温涂层4可通过喷涂的方式进行涂覆。
本实用新型的具体实施例中，包套主体1材质为冷/热拔低碳钢或冷/热拔不锈钢，即包套主体1由冷/热拔低碳钢或不锈钢钢管经机加工制备而成。包套上盖2和包套下盖3材质为旋压低碳钢或旋压不锈钢，即包套上盖2和包套下盖3采用低碳钢或不锈钢钢板经过旋压制备而成。
本实用新型的具体实施例中，包套上盖2、包套下盖3分别焊接在包套主体1的上端部和下端部。
本实用新型的具体实施例中，耐高温涂层4材料为Al2O3、TiO2或ZrO2，耐高温涂层4的设置可有效阻止Cr与包套Fe之间在热等静压条件下发生合金化，减少包套去除过程中靶材皮下裂纹的产生。
本实用新型的具体实施例中，耐高温涂层4的厚度为0.1～0.5mm(比如0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm)。
本实用新型的具体实施例中，包套主体1的内侧面、包套上盖2的底部端面和包套下盖3的上表面还设有经过喷砂处理的粗糙表面喷砂层(图中未示出)，喷砂层的外侧面与耐高温涂层4的内侧面贴合粘结。喷砂层提高了包套内侧面的粗糙度，增加了与耐高温涂层4的粘结力，提高了装粉装置的使用寿命。
本实用新型的具体实施例中，包套主体1的横截面为方形或者圆形，包套上盖2和包套下盖3与包套主体1配合，对应设置为方形或者圆形，不同形状的包套主体1制备成不同形状的靶材。
本实用新型的具体实施例中，包套上盖2上设置有脱气孔21，脱气孔21连接脱气装置，用于对装粉装置的内部腔体进行脱气，以便后续进行热等静压操作。
本实用新型的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置可以用于盛装纯Cr粉末，用于纯Cr靶材的制备，还能够应用于Cr基多元粉末冶金靶材的制备，比如CrSi、CrW、CrMo等靶材。
实施例1
如图4所示，本实施例中制备的为方形Cr靶锭坯，包套主体1的横截面为方形。装粉装置包括包套主体1、包套上盖2和包套下盖3，包套主体1横截面呈长方形，长192mm，宽161mm，高1050mm，包套上盖2和包套下盖3的长和宽均为192mm和161mm，包套主体1和包套上盖2、包套下盖3的材料均采用厚度为2.5mm碳钢钢板。装粉装置的具体制备工艺过程如下：a、将碳钢钢板裁剪成所需要的尺寸大小；
b、对包套主体1、包套上盖2和包套下盖3的内侧面进行喷砂钝化，形成喷砂层；
c、将Al2O3涂层材料以喷雾的方式涂覆至步骤b中喷砂后的区域，厚度控制在0.3mm±0.1μm；
d、将包套主体1与包套上盖2、包套下盖3分别通过焊接方式进行安装；
e、将纯度为3N5(99.95％)的Cr粉装入包套内，将脱气装置连接脱气孔21，然后进行脱气和封焊；
f、将脱气后的包套放入热等静压炉中进行HIP成形；
g、HIP成型后对锭坯进行去包套皮处理，即将包套主体1、包套上盖2和包套下盖3拆除；
h、观察皮下裂纹情况；
实验结果：Cr靶锭坯去包套皮过程追踪结果显示，在包套内部进行涂覆耐高温Al2O3涂层后可有效阻止包套中Fe和Cr之间发生合金化反应，包套皮和Cr之间没有发生黏连，去除包套皮后Cr靶锭坯表面无皮下裂纹产生，在相同的最终产品重量下，与无涂层相比，材料利用率可提升了8.3个百分点，具体如下表：
实施例2
如图5所示，本实施例中制备的为圆形Cr靶锭坯，包套主体1的横截面为圆形。装粉装置包括包套主体1、包套上盖2和包套下盖3，包套主体1横截面呈圆形，直径为201mm，高度为1124mm，包套上盖2和包套下盖3的直径均为201mm，包套主体1和包套上盖2、包套下盖3的材料均采用厚度为3mm不锈钢钢板。装粉装置的具体制备工艺过程如下：
a、将不锈钢钢板裁剪成所需要的尺寸大小；
b、对包套主体1、包套上盖2和包套下盖3的内侧面进行喷砂钝化，形成喷砂层；
c、将TiO2涂层材料以喷雾的方式涂覆至步骤b中喷砂后的区域，厚度控制在0.2mm±0.1μm；
d、将包套主体1与包套上盖2、包套下盖3分别通过焊接方式进行安装；
e、将纯度为2N8(99.8％)的Cr粉装入包套内，将脱气装置连接脱气孔21，然后进行脱气和封焊；
f、将脱气后的包套放入热等静压炉中进行HIP成形；
g、HIP成型后对锭坯进行去包套皮处理，即将包套主体1、包套上盖2和包套下盖3拆除；
h、观察皮下裂纹情况；
实验结果：Cr靶锭坯去包套皮过程追踪结果显示，在包套内部进行涂覆耐高温TiO2涂层后可有效阻止包套中Fe和Cr之间发生合金化反应，包套皮和Cr之间没有发生黏连，去除包套皮后Cr靶锭坯表面无皮下裂纹产生，在相同的最终产品重量下，与无涂层相比，材料利用率可提升了3.5个百分点，具体如下表：
综上，本实用新型的用于热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置，针对Cr基靶材制备过程中所用到的包套进行优化处理，在包套表面涂覆一层耐高温涂层，阻断包套中Fe和Cr基体之间的合金化，减少Cr锭坯去皮过程中的皮下裂纹的产生，提升材料的利用率，降低靶材的制备成本。在耐高温涂层前设置有粗糙表面喷砂层，可以有效提高耐高温涂层的粘结力，提高装粉装置的使用寿命。
本实用新型的热等静压Cr基靶材锭坯的装粉装置不仅可用于纯Cr靶包套的制备，还可应用于其他Cr基粉末冶金多元靶材制备，使用范围广泛，便于工业化推广。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
