一种铬靶材组件的焊接方法
阅读说明：本技术 一种铬靶材组件的焊接方法 (Welding method of chromium target material assembly ) 是由 姚力军 潘杰 边逸军 王学泽 俞佳烨 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铬靶材组件的焊接方法,所述焊接方法包括：在背板的焊接面依次进行设置铝镍层和设置螺纹,之后将背板和铬靶材进行热等静压焊接；所述铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为1:(0.3-0.5)；所述铝镍层的厚度为所述螺纹深度的15-30％。本发明提供的技术方案,通过对现有技术中设置镀层的组成和厚度的特定设计同时与现有技术区别的采用先设置金属层后进行车削螺纹的方式,解决了焊接后铬靶材组件中背板变形的问题,焊接得到的铬靶材组件中背板形状良好,未出现任何变形,可以完全发挥铬靶材的使用性能。(The invention relates to a welding method of a chromium target assembly, which comprises the following steps: sequentially arranging an aluminum nickel layer and threads on the welding surface of the back plate, and then carrying out hot isostatic pressing welding on the back plate and the chromium target; the molar ratio of the aluminum element to the nickel element in the aluminum-nickel layer is 1 (0.3-0.5); the thickness of the aluminum-nickel layer is 15-30% of the depth of the thread. According to the technical scheme provided by the invention, the problem of deformation of the back plate in the welded chromium target assembly is solved by specifically designing the composition and thickness of the plating layer in the prior art and adopting a mode of firstly arranging the metal layer and then turning the threads, and the back plate in the welded chromium target assembly has a good shape and does not deform at all, so that the service performance of the chromium target can be fully exerted.)
技术领域
本发明涉及靶材焊接领域，具体涉及一种铬靶材组件的焊接方法。
背景技术
目前，铬靶材由于其独特的性能，广泛的应用于各个方面，如集成电路、产品装饰等。而靶材在使用过程中通常要将靶材和背板进行绑定才能进行使用。
如CN106695109A公开了一种镍铬靶材组件的制造方法，包括：将焊料放置于背板的和镍铬靶材的焊接面上；加热使焊料熔化；对背板和镍铬靶材的焊接面进行第一超声波处理，浸润所述焊接面；在背板的焊接面上再次放入焊料，对背板和镍铬靶材的焊接面进行第二超声波处理；将背板与镍铬靶材的焊接面相贴合进行焊接；焊接后进行冷却，形成靶材组件。其依靠两次超声波处理方法辅助焊接，这两次超声波处理能够使背板和镍铬靶材表面生成一层合金层，而且能够保证焊料在背板和镍铬靶材的焊接面上均匀分布，实现镍铬靶材与背板高焊接强度、高焊合率、低缺陷率的焊接效果。
CN113231705A公开了一种溅射镀膜用铬靶材与铜背板的复合方法。其技术要点是：将镍基非晶带铺设在铬靶材和铜背板之间；将铬靶材和铜背板放入钎焊炉中，抽真空至5*10-3Pa，进行钎焊；所述镍基非晶带的熔点为950℃；所述钎焊步骤为：于0.65h内均匀升温至500℃后，充入氩气，0.35h内均匀升温至800℃，并保持正压，再于1h内均匀升温至950℃，保温30min，随后于30min内升温至1062℃，保温2min，然后于28min内降温至950℃，最后于4h内均匀降至室温。采用其提供的复合绑定方法，得到的靶材组件不易脱靶，结合率高，外观缺陷小。
然而目前的针对Cr靶材的焊接方法仍在焊接后靶材组件中背板会出现明显的变形，无法进行高效的利用。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铬靶材组件的焊接方法，解决了目前铬靶材在焊接后组件中的背板会出现变形的问题，同时也实现了靶材的高效焊接，对靶材的焊接效果没有产生影响。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种铬靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：
在背板的焊接面依次进行设置铝镍层和设置螺纹，之后将背板和铬靶材进行热等静压焊接；
所述铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为1:(0.3-0.5)；所述铝镍层的厚度为所述螺纹深度的15-30％。
本发明提供的技术方案，通过对现有技术中设置镀层的组成和厚度的特定设计同时与现有技术区别的采用先设置金属层后进行车削螺纹的方式，解决了焊接后铬靶材组件中背板变形的问题，焊接得到的铬靶材组件中背板形状良好，未出现任何变形，可以完全发挥铬靶材的使用性能。
本发明中，铬靶材可以平面靶材或管靶材。
本发明中，背板的材质可以是不锈钢、铜、铜合金、铝或铝合金等材质。
本发明中，所述铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为1:(0.3-0.5)，例如可以是1:0.3、1:0.31、1:0.32、1:0.33、1:0.34、1:0.35、1:0.36、1:0.37、1:0.38、1:0.39、1:0.4、1:0.41、1:0.42、1:0.43、1:0.44、1:0.45、1:0.46、1:0.47、1:0.48、1:0.49或1:0.5等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝镍层的厚度为所述螺纹深度的15-30％，例如可以是15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％、24.5％、25％、25.5％、26％、26.5％、27％、27.5％、28％、28.5％、29％、29.5％或30％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述铝镍层的设置方式包括喷涂。
作为本发明优选的技术方案，所述喷涂为按配方将铝粉和镍粉进行混合后采用喷涂的方式设置于所述背板的焊接面。
作为本发明优选的技术方案，所述铝粉的粒度为30-50μm，例如可以是30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm或50μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，所述镍粉的粒度为100-300μm，例如可以是100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm或300μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
本发明中，喷涂中还需要控制铝粉和镍粉的粒度处于特定的范围方可进一步确保焊接后的铬靶材组件的内应力的释放，以确保背板不会发生变形，尤其是本发明中发现若喷涂中金属粉末的粒度不采用特定组合的方式，虽然焊接后背板的变形量少，但是靶材组件的焊接结合率较低，不利于背板的使用。
作为本发明优选的技术方案，所述喷涂的方式包括热喷涂或冷喷涂。
作为本发明优选的技术方案，所述螺纹的间距为1-2cm，例如可以是1cm、1.1cm、1.2cm、1.3cm、1.4cm、1.5cm、1.6cm、1.7cm、1.8cm、1.9cm或2cm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述螺纹的深度为8-15mm，例如可以是8mm、8.2mm、8.4mm、8.6mm、8.8mm、9mm、9.2mm、9.4mm、9.6mm、9.8mm、10mm、10.2mm、10.4mm、10.6mm、10.8mm、11mm、11.2mm、11.4mm、11.6mm、11.8mm、12mm、12.2mm、12.4mm、12.6mm、12.8mm、13mm、13.2mm、13.4mm、13.6mm、13.8mm、14mm、14.2mm、14.4mm、14.6mm、14.8mm或15mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述热等静压的温度为1000-1200℃，例如可以是1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述热等静压的压强为120-150MPa，例如可以是120MPa、122MPa、124MPa、126MPa、128MPa、130MPa、132MPa、134MPa、136MPa、138MPa、140MPa、142MPa、144MPa、146MPa、148MPa或150MPa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述焊接方法包括：
在背板的焊接面依次进行设置铝镍层和设置螺纹，之后将背板和铬靶材进行热等静压焊接；
所述设置铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为1:(0.3-0.5)；所述铝镍层的厚度为所述螺纹深度的15-30％；
所述铝镍层的设置方式包括喷涂；所述喷涂为按配方将铝粉和镍粉进行混合后采用喷涂的方式设置于所述背板的焊接面；所述铝粉的粒度为30-50μm；所述镍粉的粒度为100-300μm；所述喷涂的方式包括热喷涂或冷喷涂；所述螺纹的间距为1-2cm；所述螺纹的深度为8-15mm；所述热等静压的温度为1000-1200℃；所述热等静压的压强为120-150MPa。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的技术方案，通过对现有技术中设置镀层的组成和厚度的特定设计同时与现有技术区别的采用先设置金属层后进行车削螺纹的方式，解决了焊接后铬靶材组件中背板变形的问题，焊接得到的铬靶材组件中背板形状良好，未出现任何变形，可以完全发挥铬靶材的使用性能。
(2)本发明中，喷涂中还需要控制铝粉和镍粉的粒度处于特定的范围方可进一步确保焊接后的铬靶材组件的内应力的释放，以确保背板不会发生变形，尤其是本发明中发现若喷涂中金属粉末的粒度不采用特定组合的方式，虽然焊接后背板的变形量少，但是靶材组件的焊接结合率较低，不利于背板的使用，靶材的焊接结合率可达99％以上。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种铬靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：
在背板的焊接面依次进行设置铝镍层和设置螺纹，之后将背板和铬靶材进行热等静压焊接；
所述设置铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为1:0.4；所述铝镍层的厚度为所述螺纹深度的22％；
所述铝镍层的设置方式包括喷涂；所述喷涂为按配方将铝粉和镍粉进行混合后采用喷涂的方式设置于所述背板的焊接面；所述铝粉的粒度为37-42μm；所述镍粉的粒度为120-200μm；所述喷涂的方式为冷喷涂；所述螺纹的间距为1.5cm；所述螺纹的深度为12mm；所述热等静压的温度为1100℃；所述热等静压的压强为135MPa。
所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
实施例2
本实施例提供一种铬靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：
在背板的焊接面依次进行设置铝镍层和设置螺纹，之后将背板和铬靶材进行热等静压焊接；
所述设置铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为1:0.3；所述铝镍层的厚度为所述螺纹深度的15％；
所述铝镍层的设置方式包括喷涂；所述喷涂为按配方将铝粉和镍粉进行混合后采用喷涂的方式设置于所述背板的焊接面；所述铝粉的粒度为40-50μm；所述镍粉的粒度为200-300μm；所述喷涂的方式为热喷涂；所述螺纹的间距为2cm；所述螺纹的深度为8mm；所述热等静压的温度为1000℃；所述热等静压的压强为150MPa。
所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
实施例3
本实施例提供一种铬靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：
在背板的焊接面依次进行设置铝镍层和设置螺纹，之后将背板和铬靶材进行热等静压焊接；
所述设置铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为1:0.5；所述铝镍层的厚度为所述螺纹深度的30％；
所述铝镍层的设置方式包括喷涂；所述喷涂为按配方将铝粉和镍粉进行混合后采用喷涂的方式设置于所述背板的焊接面；所述铝粉的粒度为30-42μm；所述镍粉的粒度为100-150μm；所述喷涂的方式为冷喷涂；所述螺纹的间距为1cm；所述螺纹的深度为15mm；所述热等静压的温度为1200℃；所述热等静压的压强为120MPa。
所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
实施例4
本实施例提供一种铬靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：
在背板的焊接面依次进行设置铝镍层和设置螺纹，之后将背板和铬靶材进行热等静压焊接；
所述设置铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为1:0.44；所述铝镍层的厚度为所述螺纹深度的25％；
所述铝镍层的设置方式包括喷涂；所述喷涂为按配方将铝粉和镍粉进行混合后采用喷涂的方式设置于所述背板的焊接面；所述铝粉的粒度为32-44μm；所述镍粉的粒度为120-220μm；所述喷涂的方式为冷喷涂；所述螺纹的间距为1.8cm；所述螺纹的深度为10mm；所述热等静压的温度为1150℃；所述热等静压的压强为127MPa。
所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例1
与实施例1的区别仅在于先设置螺纹后设置铝镍层，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例2
与实施例1的区别仅在于将设置的铝镍层替换为镍层，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例3
与实施例1的区别仅在于将设置的铝镍层替换为铝层，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例4
与实施例1的区别仅在于将铝镍层中铝元素和镍元素的摩尔比为0.4:1，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例5
与实施例1的区别仅在于将铝镍层的厚度设置为所述螺纹深度的50％，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例6
与实施例1的区别仅在于将铝镍层的厚度设置为所述螺纹深度的5％，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例7
与实施例1的区别仅在于喷涂中铝粉的粒度为200-300μm，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例8
与实施例1的区别仅在于喷涂中镍粉的粒度为40-50μm，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
对比例9
与实施例1的区别仅在于喷涂中铝粉的粒度为200-300μm，镍粉的粒度为40-50μm，所得铬靶材组件的焊接结果详见表1。
表1
背板变形等级
焊接结合率
实施例1
0
99.4％
实施例2
0
99.6％
实施例3
0
99.7％
实施例4
0
99.1％
对比例1
3
95.3％
对比例2
2
93.5％
对比例3
4
92.6％
对比例4
4
92.1％
对比例5
2
94.8％
对比例6
4
93.2％
对比例7
3
87.3％
对比例8
1
85.6％
对比例9
2
86.4％
本发明中，背板的变形等级为：
0级，背板不变形；
1级，背板中面积为(0,3％)的部分发生变形；
2级，背板中面积为[3％,8％)的部分发生形变；
3级，背板中面积为[8％,20％]的部分发生变形；
4级，背板中面积为(20％,35％)的部分发生变形；
5级，背板中面积为[35％,50％]的部分发生变形；
6级，背板中面积为(50％,100％]的部分发生变形。
通过上述实施例和对比例的结果可知，通过调整铬靶材焊接中涂层的组成和设置过程，解决了现有焊接中存在的背板变形的问题，同时本发明还发现通过改变涂层及其设置过程还对靶材的焊接结合率有一定的提升。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。