铸态Ni-Pt二元合金的显微组织及力学性能

铸态Ni-Pt二元合金的显微组织及力学性能

谭志龙;张俊敏;闻明;管伟明;沈月;易伟;王传军

【摘要】The microstructure and mechanical properties of as-cast Ni-Pt binary alloys were studied by optical microscopy, X-ray diffraction(XRD) quantitative and qualitative analysis, micro-hardness testing. The results showed that Ni -Pt binary alloy is composed of NiPt single phase solid solution, the solid solution is substitutional solutes. Solid solution strengthening effect is caused by lattice distortion which induced by Pt atoms dissolve into Ni lattices. Each of interplanar spacing d is a linear increasing trend with the content of Pt. And also, the micro-hardness of

the alloy increases when Pt content raises, which meets the following mathematical expressions:Hv=2.10×Pt%+85.04. Columnar crystal of as-

cast organization changes into isometric and dendrites with the increase of the content of platinum and the grain size is refined. When the mass fraction of Pt reaches 60%, the as-cast organization is characterized by plentiful dendrites, and there are the casting cracks.%通过光学显微金相分析、XRD分析以及显微硬度测试等实验手段，研究Pt添加量为5%~60%的铸态Ni-

Pt二元合金的显微组织与力学性能。实验结果表明，Pt质量分数在5%~60%的

Ni-Pt二元合金铸态组织为NiPt单相固溶体，且Ni-Pt固溶体为置换型固溶体，

其固溶强化主要由Pt原子固溶到Ni基体中产生晶格畸变所导致，各晶面间距d

随铂质量分数呈线性增大的趋势，显微硬度随Pt质量分数的增加而增大，且满足：Hv=2.10×Pt%+85.04的线性数学表达式；铸态组织的柱状晶区的柱状晶随铂质

量分数的增加向等轴晶和树枝晶发展，晶粒尺寸得到细化。当Pt质量分数达到6%时，铸态组织表现为发达的树枝晶，存在铸造裂纹。

【期刊名称】《贵金属》

【年(卷),期】2015(000)0z1

【总页数】5页(P45-49)

【关键词】Ni-Pt二元合金;铸态显微组织结构;力学性能

【作者】谭志龙;张俊敏;闻明;管伟明;沈月;易伟;王传军

【作者单位】昆明贵金属研究所，贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技

术国家重点实验室，云南省贵金属材料重点实验室，昆明 650106;昆明贵金属研

究所，贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室，云南省

贵金属材料重点实验室，昆明 650106;昆明贵金属研究所，贵研铂业股份有限公

司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室，云南省贵金属材料重点实验室，昆

明 650106;昆明贵金属研究所，贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术

国家重点实验室，云南省贵金属材料重点实验室，昆明 650106;昆明贵金属研究所，贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室，云南省贵

金属材料重点实验室，昆明 650106;昆明贵金属研究所，贵研铂业股份有限公司

稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室，云南省贵金属材料重点实验室，昆明650106;昆明贵金属研究所，贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国

家重点实验室，云南省贵金属材料重点实验室，昆明 650106

【正文语种】中文

【中图分类】TG146.3+3

镍铂硅化物由于具有能承受高温热处理、能选择腐蚀、薄膜电阻率低等特点，在超大规模集成电路(VLSI)、肖特基势垒二极管(SBD)、金属氧化物半导体场效应管(COMS)制造中，作为一种性能优良的接触材料得到广泛的应用[1-2]。镍铂靶材是制备镍铂硅化物的关键原材料。镍铂合金靶材一般使用纯镍和纯铂作为原料，通过真空感应熔炼获得铸锭，然后通过冷热轧制与热处理配合获得具有均匀晶粒度及稳定磁透率的溅射靶材。因此，掌握Ni-Pt二元合金铸态组织结构及力学性能，对于后续工艺的设计具有指导意义。本文针对半导体及集成电路领域常用的Pt质量分数在5%～60%的Ni-Pt二元合金的铸态组织结构及力学性能进行研究。

镍片和铂片的纯度分别为wNi≥99.95%和wPt≥99.99%，采用真空感应熔炼炉，采用氧化铝氧化物坩埚进行熔炼，浇入石墨模具中，随炉冷却到室温。配了4种二元合金，其成分如表1所示。

在板状铸件中的相同部位切取金相试样，用OLYMPUS-BH-2数字金相电子显微镜进行显微组织观察。利用D/Max2rA型X射线衍射仪(XRD)分析合金中的相组成及晶面间距，并采用HD1000TM数字显微硬度计进行显微硬度测试。

2.1 物相结构分析

由图1所示Ni-Pt二元合金相图可知，Pt质量分数在0%～60%范围的Ni-Pt二元合金在600℃以上为FCC相结构的完全固溶体，在600℃以下存在Ni3Pt有序相[3-5]。

从图2(a)不同铂质量分数的Ni-Pt二元合金的XRD图谱可知，通过本文所述制备方法获得的不同铂质量分数的Ni-Pt二元合金为单相Ni-Pt固溶体，其各晶面间距d随着Pt质量分数的增加呈线性增加趋势，如图2(b)所示，各晶面间距d满足：d=A×Pt%+B的数学表达式，其A、B值如表2所示。

2.2 显微组织分析

由图3光学金相组织照片可以看出，NiPt-1平行于浇注方向的铸态组织由不同大