为了(le)满(man)足(zu)高功率(lv)下的(de)稳(wen)定溅射(she)，目(mu)前(qian)先(xian)进制(zhi)程用的(de)高纯(chun)钛(tai)溅射靶材都(dou)选(xuan)取铜合金(jin)作为(wei)背板(ban)材料(liao)，并(bing)采(cai)用扩散(san)焊(han)接(jie)进(jin)行(xing)绑(bang)定(ding)。为了保(bao)证焊(han)接(jie)结合(he)有(you)足够的强(qiang)度，通常还(hai)需要(yao)在硬度较(jiao)高的(de)铜(tong)合(he)金(jin)背(bei)板(ban)表(biao)面(mian)加工(gong)端(duan)面(mian)螺(luo)纹(wen)以增(zeng)大(da)材料间的接(jie)触面(mian)积［2-4］。经(jing)机(ji)械加(jia)工(gong)的材料表(biao)面(mian)极(ji)易(yi)残(can)留(liu)切削(xue)液(ye)、润(run)滑油等脏(zang)污，虽然业内对(dui)焊接前(qian)材(cai)料(liao)的(de)表(biao)面都(dou)会做(zuo)清洗(xi)，但清(qing)洗(xi)的(de)效果、残(can)留脏(zang)污(wu)对焊接的(de)影(ying)响等，目(mu)前(qian)都鲜(xian)有报道和(he)研究。本(ben)文以纯度(du)大(da)于(yu)99.995%的(de)高纯Ti和(he)CuCr合金为(wei)材(cai)料(liao)，探(tan)究(jiu)不(bu)同表面(mian)清(qing)洗(xi)工(gong)艺(yi)下(xia)的(de)扩散(san)焊接(jie)效(xiao)果(guo)，为制(zhi)备(bei)大尺寸高性(xing)能钛(tai)靶材提(ti)供(gong)依(yi)据(ju)。
1、实验材料和方(fang)法
实验材料(liao)选取纯(chun)度大于(yu)99.995%的(de)高(gao)纯Ti和(he)Cr元(yuan)素(su)含量为(wei)1%左(zuo)右(you)的CuCr合金(jin)。Ti样品和CuCr合金样品的(de)直径为(wei)φ150mm，CuCr合(he)金样(yang)品焊接面车(che)端(duan)面(mian)螺纹(wen)，尺(chi)寸如(ru)图1所示。样品焊(han)接装(zhuang)配前(qian)分别(bie)用(yong)表(biao)1所示(shi)三(san)种清(qing)洗方案处理(li)。
用SITA表(biao)面清(qing)洁(jie)度(du)仪(yi)测试焊(han)接(jie)面(mian)清(qing)洁度(du)，每(mei)个(ge)样(yang)品测试9个点(dian)，测试(shi)结果(guo)以RFU值(zhi)表(biao)示(shi)，RFU值(zhi)越(yue)低(di)，表面(mian)越(yue)清洁。实(shi)验(yan)采(cai)用热等(deng)静(jing)压(ya)（HIP）方(fang)式进行扩散焊接。Ti样(yang)品(pin)和(he)CuCr合(he)金(jin)样(yang)品(pin)装配后用(yong)铝制(zhi)包(bao)套真(zhen)空密封(feng)，随后置于(yu)热等静(jing)压设备(bei)中，热(re)等静压(ya)的工艺为(wei)500℃/150MPa保温3h。
焊接(jie)样(yang)品(pin)经机(ji)械方(fang)法抛光(guang)后，用10%硝酸溶液腐蚀，使(shi)用(yong)ZeissAxioObsever5m显(xian)微镜(jing)观(guan)察微观形(xing)貌(mao)。用HitachiSU3500扫(sao)描电子(zi)显微(wei)镜(jing)分析(xi)界面状态(tai)及(ji)扩散(san)情况。用万(wan)辰(chen)CMT电子万(wan)能(neng)试验机(ji)测(ce)试焊接结合(he)强度(du)。
2、实验(yan)结(jie)果(guo)和(he)分(fen)析(xi)
2.1清洗效果分析
Ti样品的清洁(jie)度(du)结(jie)果如表2所(suo)示(shi)。除(chu)油粉(fen)水溶(rong)液(ye)对油(you)污有乳化(hua)和皂化(hua)作(zuo)用［5］，其清洗(xi)效(xiao)果(guo)最佳；异(yi)丙(bing)醇对(dui)油污有一定溶解能力(li)，对光滑表(biao)面的Ti样品也有(you)良好(hao)的清(qing)洁能力(li)，略逊(xun)于(yu)除(chu)油粉水(shui)溶(rong)液；纯(chun)水(shui)在(zai)超声(sheng)波(bo)辅(fu)助下(xia)表现出一(yi)定清(qing)洁(jie)能力，但(dan)效果在(zai)3种(zhong)方法中是最差(cha)的。
CuCr合金样(yang)品的(de)清洁(jie)度如表3所(suo)示。CuCr合金焊接(jie)端(duan)面的(de)螺(luo)纹和(he)上(shang)面细小的加(jia)工缺陷(xian)极易吸附大(da)量油(you)污(wu)，机加(jia)后(hou)的(de)清洁度(du)远(yuan)差(cha)于(yu)Ti样品。3种(zhong)清(qing)洗(xi)方案对(dui)CuCr合(he)金样(yang)品都表(biao)现出(chu)一(yi)定清洁能力，其中除油(you)粉水溶(rong)液清(qing)洗的样品最干(gan)净，表(biao)面(mian)清(qing)洁度(du)一致性(xing)较好；纯水清(qing)洗(xi)的(de)样品最脏，检(jian)测(ce)点间(jian)的清(qing)洁(jie)度(du)差(cha)异较(jiao)大；异(yi)丙醇(chun)的清(qing)洗效果居上(shang)述(shu)两种方案之间(jian)，但(dan)因为CuCr合(he)金表面(mian)螺纹(wen)影响，效果不(bu)及清(qing)洗光(guang)滑表面(mian)的Ti样品。
2.2焊(han)接界面(mian)分析(xi)
通(tong)过不(bu)同清(qing)洗(xi)方(fang)案(an)获得表(biao)面(mian)清(qing)洁度(du)不同的材料(liao)，对这些(xie)材(cai)料(liao)进行组合焊(han)接来(lai)探(tan)究(jiu)表面清(qing)洁度对(dui)焊接的影响，具体组(zu)合方(fang)案如(ru)表4所示。
图(tu)3所(suo)示，5个(ge)样品(pin)的(de)CuCr合金(jin)背板(ban)上的螺牙均完(wan)整(zheng)咬(yao)入Ti基(ji)体，但因(yin)咬(yao)入(ru)过程中受到Ti材料(liao)挤压牙(ya)形有轻微变(bian)形，5个(ge)样(yang)品(pin)的螺牙尺寸(cun)无(wu)明(ming)显差异。用(yong)显微(wei)镜400倍(bei)对(dui)每个(ge)样(yang)品观测(ce)一段长度15mm的(de)界面(mian)，典(dian)型形(xing)貌(mao)如(ru)图(tu)4所示(shi)，1号、2号(hao)和(he)5号样品的螺牙底部(bu)和牙(ya)斜面都(dou)发(fa)现有微小的(de)间(jian)隙(xi)，3号和4号(hao)样(yang)品(pin)仅在螺(luo)牙底(di)部(bu)发现(xian)有(you)间(jian)隙(xi)。随着螺牙咬入深(shen)度(du)增(zeng)加，Ti基(ji)体(ti)局部(bu)塑性(xing)变(bian)形难度加大，实(shi)验焊(han)接(jie)条(tiao)件(jian)下(xia)螺牙(ya)咬入(ru)深(shen)度(du)已(yi)到(dao)极(ji)限，因(yin)此5个样(yang)品(pin)的螺牙底部都存在间(jian)隙。根(gen)据清洗(xi)后材(cai)料表(biao)面(mian)的(de)清(qing)洁(jie)度推断(duan)1号、2号(hao)和5号样(yang)品牙斜面的(de)间隙(xi)是界(jie)面残(can)留(liu)的(de)脏(zang)污(wu)阻碍(ai)材(cai)料相(xiang)互接触造成(cheng)的，而3号(hao)和(he)4号样(yang)品(pin)焊(han)接(jie)面的(de)清(qing)洁度(du)高(gao)，因(yin)此牙斜面(mian)处无脏污(wu)阻隔(ge)，两种材料(liao)贴合(he)良(liang)好。间(jian)隙处(chu)材(cai)料(liao)无法(fa)形成(cheng)扩散(san)，理(li)论(lun)上(shang)间(jian)隙(xi)存(cun)在的面(mian)积(ji)越大，焊接结合强(qiang)度(du)越(yue)小。用扫(sao)描(miao)电(dian)子显(xian)微镜能(neng)谱分(fen)析线(xian)扫(sao)3号样(yang)品(pin)螺(luo)牙斜面界(jie)面，结果(guo)如(ru)图5所(suo)示(shi)，Ti/Cu元(yuan)素在(zai)界(jie)面(mian)有(you)扩(kuo)散现象(xiang)，扩(kuo)散(san)深(shen)度(du)约4μm，说(shuo)明(ming)实验(yan)焊(han)接条(tiao)件(jian)下(xia)材料(liao)间可以(yi)形成(cheng)扩(kuo)散(san)结(jie)合(he)。
2.3焊(han)接(jie)强度(du)分析
大(da)结合面(mian)积(ji)和(he)扩散结合是(shi)保证高焊接(jie)强(qiang)度(du)的必要条件(jian)，通(tong)过(guo)焊(han)接(jie)强度可(ke)以(yi)进(jin)一(yi)步确认(ren)界(jie)面清洁度对焊(han)接的影(ying)响。按(an)图6所示(shi)，加(jia)工(gong)焊(han)接(jie)结(jie)合(he)强度测试样(yang)，测(ce)得(de)样(yang)品焊接结合(he)强(qiang)度按编(bian)号(hao)依(yi)次(ci)为85、183、260、238和(he)177MPa。因(yin)为(wei)1号(hao)样品(pin)背板(ban)的清洁度(du)检(jian)测(ce)数(shu)值(zhi)远高于(yu)其他(ta)几(ji)组(zu)，判(pan)断其焊接材(cai)料(liao)间能形(xing)成(cheng)扩(kuo)散(san)结(jie)合(he)的(de)面(mian)积(ji)最(zui)小(xiao)，致使(shi)强(qiang)度(du)最(zui)低。随(sui)着(zhe)焊接面(mian)清洁(jie)度的(de)提(ti)升，焊(han)接(jie)强度(du)明(ming)显提高；2号(hao)和(he)5号(hao)样品(pin)的(de)焊接面(mian)清洁度接(jie)近(jin)，均好于1号(hao)样品(pin)，它(ta)们的(de)焊(han)接(jie)强(qiang)度(du)也(ye)相近(jin)，远高于1号样品(pin)；3号(hao)样品焊(han)接(jie)面(mian)的(de)清(qing)洁(jie)度最(zui)好，材料(liao)间能够(gou)形(xing)成(cheng)扩(kuo)散(san)结合的面积最大，其焊接(jie)强(qiang)度(du)最高(gao)；4号样品(pin)材(cai)料界面的(de)清(qing)洁(jie)度(du)和(he)3号(hao)样(yang)品在(zai)同一量级(ji)，两(liang)者(zhe)焊(han)接强(qiang)度(du)无明显差(cha)异(yi)。
3、结论(lun)
（1）表(biao)面清(qing)洁度对(dui)焊(han)接(jie)有(you)很大的(de)影响(xiang)，焊接界面(mian)残(can)留(liu)的脏(zang)污阻(zu)碍材料(liao)间的(de)扩(kuo)散结(jie)合(he)，材料清洁(jie)度(du)越(yue)高(gao)，结(jie)合效果(guo)越好，焊接结(jie)合强度(du)越大。
（2）高纯Ti和CuCr合金(jin)经除油粉(fen)水溶(rong)液(ye)超(chao)声清(qing)洗(xi)10min后(hou)表(biao)面(mian)洁净(jing)度(du)高，两(liang)者(zhe)在(zai)500℃/150MPa保温3h条件(jian)下热(re)等(deng)静(jing)压(ya)焊接(jie)，结合(he)强度可以(yi)达(da)到(dao)260MPa以上，界(jie)面实现(xian)扩(kuo)散结合。
参(can)考(kao)文(wen)献
［1］董亭义，户赫(he)龙(long)，于文军，等(deng).集成电(dian)路用(yong)钛靶材和铜铬合(he)金(jin)背(bei)板(ban)扩(kuo)散(san)焊接(jie)技(ji)术(shu)研究［J］.金(jin)属(shu)功(gong)能(neng)材料(liao)，2017，24（6）：23-27.
［2］徐国(guo)进，张巧(qiao)霞(xia)，罗(luo)俊(jun)锋(feng)，等.高(gao)纯稀土(tu)钇(yi)靶材(cai)焊接(jie)技术［J］.焊(han)接(jie)，2021，（3）：35-38.
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