电弧喷涂工艺制备金属锌合金靶材的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及IPC分类中C23C真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀覆技术，属于应用于Low-e玻璃和显示镀膜玻璃等行业高新技术材料领域，尤其是电弧喷涂工艺制备金属锌合金靶材的方法。
【背景技术】
[0002]T⑶作为一种良好的透明导电电极材料，广泛地应用于太阳能电池、平面显示器、发光二极管等各种光电产品，TCO即透明导电氧化物(transparent conducting oxide)，在可见光区域能够具有大于80%以上的高透光性，而且TCO薄膜具有电阻率小于10Ω.cm的导电性。
[0003]靶材是真空镀膜的原材料，靶材的纯度、密度直接影响膜系的成分和综合性能。因此，为保证溅射薄膜具有较低的电阻率、高的透明性以及薄膜厚度的均匀性，所使用的靶材无论是成分还是晶体取向都必须具有好的均匀性，高密度及低的电阻率。所以在制备锌合金氧化物靶材过程中，应保证锌合金纯度不低于99.95%，严格控制杂质的种类与数量。这样在靶材使用寿命期间溅射膜才能具有优良的均匀性和批量产品质量的一致性。
[0004]锌合金是以锌为基础加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等低温锌合金。锌合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔;但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。熔融法制备，压铸或压力加工成材。锌合金的主要添加元素有铝、铜和镁等，按制造和加工工艺可将锌合金分为形变锌合金与铸造锌合金两类，铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表，汽车零件外壳等。
[0005]锌铝合金和锌锡合金都可用来制备靶材，通过磁控溅射应用于光学玻璃。薄膜电阻率低、透射率高且表面形貌好，且生长温度接近室温，与基板附着性好，能大面积均匀制膜且制膜成本低。近年来，国际上采用锌合金半导体做沟道研制高性能的薄膜晶体管成为研究热点，被认为是一个很有应用前景的材料。
[0006]已公开的相关文献较少。
[0007]中国专利申请201210384229.0涉及一种硼锌氧化物溅镀靶材及其应用。为克服传统硼锌氧化物溅镀靶材无法使用高溅镀速率的直流溅镀工艺形成硼锌氧化物薄膜的问题，本发明提供一种硼锌氧化物溅镀靶材，其BZO溅镀靶材的硼含量相对于硼与锌的含量和为1.15原子百分比至6.74原子百分比，且BZO溅镀靶材的二次相面积占硼锌氧化物溅镀靶材的面积的2%至25%。本发明是将硼锌氧化物溅镀靶材的二次相面积控制于适当的范围内，使其能够经由直流溅镀工艺提升溅镀速率，并藉此形成一种于可见光区域的光穿透率高于80%且电阻率低于I X 10—2 Ω.cm的硼锌氧化物薄膜。
[0008]中国专利申请201510185516.2公开了铝钪旋转靶材及其制备方法，其中制备方法包括以下步骤:烧结、球磨、过筛制备铝钪粉末;预处理不锈钢基体管;使用电弧喷涂方法喷涂合金打底层;在含有合金打底层的不锈钢基体上使用可控气氛冷喷涂方法喷涂铝钪粉末制备旋转靶材，工艺参数为:使用真空机组对喷涂腔体抽取真空，再通入循环保护气氩气，喷嘴进口处工作温度为300?700°C，压力为2?5Mpa，工作气体为氩气，其压力为2.5?
4.5Mpa，温度为400?900 °C，气体流量为20?50m3/h，喷涂距离为40?60mm，送粉气流量为200?4001/h，送粉量为30?60g/min。通过本发明制备的铝钪旋转靶材组织致密、纯度高、成分均勾，革E材直径和长度不受限制，长度可达到4000mm，厚度为3?15_，革E材相对密度?97%,纯度 > 99.99%,氧含量 < 200ppm。
[0009]电弧喷涂是利用燃烧于两根连续送进的被喷涂金属线材之间的电弧作为热源来使金属线材融化，用高速气流把已熔化的金属雾化成微粒，并使其加速、雾化粒子射流高速沉积到基体表面形成涂层的技术。电弧喷涂技术是新兴的表面工程学科中热喷涂技术的重要分支。电弧喷涂设备的改造和喷涂材料的进步，包括电弧喷涂枪、送丝机构以及专用喷涂电源等，大大提高了涂层质量，推动了电弧喷涂技术在工业中的应用范围，使电弧喷涂技术成为近年发展最为迅速的热喷涂技术之一。
[0010]同等离子喷涂、火焰喷涂、高速氧燃料喷涂三种热喷涂方法相比，电弧喷涂技术主要有以下几点优势:①生广效率尚；②结台强度尚;③能源利用率尚，可达90%，是所有热嗔涂方法中能源利用最充分的;④设备投资低、运行时维护简单。因此电弧喷涂技术在我国得到了很快的发展用应用，已成功地应用于喷涂万吨挤压机柱塞、大型造纸烘缸等。
[0011]目前制备金属靶材有以下几种方法，具体地说，采用挤压法效率高，制备出的靶材端口强度不好且制备成本高;采用浇铸法设备要求高，且制备出的靶材可能存在气孔和缩孔的问题，性能不稳定；采用等离子喷涂时，大量的热量会被冷却喷嘴和钨极的冷却水带走.其能源利用率只有10%。
[0012]目前，电弧喷涂工艺制备金属锌合金靶材技术尚未见公开。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是提供一种电弧喷涂工艺制备金属锌合金靶材的方法，克服现有金属旋转靶材生产工艺的不足之处，使制得的旋转靶材长度不受限制，能够直接满足大面积镀膜需求，同时具有优良的稳定性，具有较高的使用率和能源利用率，可实现靶材制造成本的良好控制。
[0014]本发明的目的将通过以下技术措施来实现:制备方法包括原料准备、基体准备、电弧喷涂和后加工，具体包含以下步骤:
[0015]步骤一:选取直径为Φ 2.0mm的高纯度锌合金金属丝作为电弧喷涂材料；
[0016]步骤二:选取适合尺寸的钢管作为喷涂旋转靶材的内衬管，对钢管进行机加工，且对基体表面用丙酮进行清洁处理，去除表面污垢和氧化层，再使用专用喷砂机对其进行表面喷砂处理;喷砂过程中空气压力为0.4MPa，喷砂距离为100-150mm;
[0017]步骤三:电弧喷涂时，两根金属线材相交成25°?45°角度，两根金属线材分别接通电源的正负两极，连续送进;两根线材的端部在短接的瞬间因接触而产生电弧;根据喷涂材料设定电压和电流，在电源的作用下，电弧保持稳定燃烧;在电弧发生点的背后，经雾化喷嘴加速后的高速气流使熔化的熔滴脱离线材并雾化成粒子，在高速气流的作用下喷射到经过预处理的基材表面形成涂层；
[0018]步骤四:喷涂完成后，静置冷却，对靶材表面进行必要的车加工。
[0019]本发明的优点和效果:采用电弧喷涂工艺，可有效克服现有金属旋转靶材生产工艺的不足，涂层材料具有一致的质量和纯度，施工前不需要混合;涂层结台强度高，不会产生流挂，改善了电弧喷涂涂层质量;喷涂靶材长度不受限制，同时具有优良的稳定性，能够直接满足大面积镀膜需求;工艺简单，生产效率和能源利用率高，可有效实现靶材制造成本的控制。
【具体实施方式】
[0020]本发明原理在于，利用燃烧于两根连续送进的被喷涂金属线材之间的电弧作为热源来使金属线材融化，用高速气流把已熔化的金属雾化成微粒，并使其加速、雾化粒子射流高速沉积到基体表面形成涂层。制备方法包含以下步骤:
[0021 ]步骤一:原料准备:选取直径为Φ 2.0mm的高纯度锌合金金属丝为电弧喷涂材料，锌合金比例根据实际需求决定，要求配比均匀，保证喷涂涂层的均匀性；
[0022]步骤二:基体准备:根据需求选取适合尺寸的钢管作为旋转靶材的内衬管，对钢管进行机加工且对其表面用丙酮进行清洁处理，去除表面污垢和氧化层，再使用专用喷砂机对其进行表面喷砂处理，增强其表面粘结力，有利于更好的喷涂效果;喷砂过程中空气压力为0.410^，喷砂距离为100-150111111;
[0023]步骤三:电弧喷涂:电弧喷涂