由铝合金制成的真空室元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及设计用作真空室元件的铝合金产品以及它们的制备方法，所述真空室 特别是用于制备包含半导体的集成电子电路、平板显示屏、光伏电池板。
【背景技术】
[0002] 用于制备使用半导体的集成电子电路、平板显示屏和太阳能电池板的真空室的元 件通常可由铝板获得。
[0003] 真空室元件为用于制备真空室结构和真空室内部部件的元件，所述内部部件例如 真空室腔体、阀体、法兰、连接元件、密封元件、通径、扩散器和电极。特别地，它们通过铝合 金板的机械加工和表面处理获得。
[0004] 为了获得满意的真空室元件，铝合金板必须具有某些特性。
[0005] 首先，板必须具有满意的机械特性以允许机器生产所需尺寸和刚性的部件，从而 能够获得通常至少达平均真空水平（1〇_ 3至10 _5托）的真空而无弯曲。因此，所需的极限抗 拉强度（RJ通常为至少260MPa，如果可能的话，甚至更高。此外，为了对其进行机械加工， 待大批量加工的板必须在其厚度方向上具有均匀的特性，并且具有低密度的来自残余应力 的储存弹性能量。
[0006] 此外，板的孔隙率水平必须足够低以在需要时获得高真空（1(T6至1(T8托）。此外， 在真空室中所用的气体经常是非常腐蚀性的，并且为了避免硅晶片或液晶器件被来自真空 室元件的颗粒或物质污染和/或经常替换这些元件的风险，重要的是保护真空室元件的表 面。从这一点来看，铝被证明是有利的材料，因为其可以进行表面处理而产生对反应性气体 具有抵抗性的硬质阳极化氧化物涂层。该表面处理包括阳极化步骤，并且所获得的氧化物 层通常称为阳极层。在本发明的上下文中，"抗腐蚀性"更具体地意指阳极化的铝对真空室 中所用的腐蚀性气体和对相应试验的抗性。然而，由阳极层提供的保护受许多因素特别是 涉及板的微观结构（晶粒尺寸和形状、相析出、孔隙率）的因素的影响，并且总是期望提高 该参数。抗腐蚀性可通过已知为"气泡试验"的试验进行评估，所述试验包括在与盐酸的稀 溶液接触时，测量在阳极化产品的表面上氢气泡出现的时间。在现有技术中已知的时间为 从几十分钟到几小时。
[0007] 为了改进真空室元件，可以改进铝板和/或所进行的表面处理。
[0008] 美国专利6, 713, 188(AppliedMaterialsInc.)记载了 一种适合制备用于制 备半导体的腔室的合金，所述合金具有下列组成（以重量百分比计）：Si:0. 4 - 0. 8;Cu: 0. 15-0. 30；Fe：0. 001 - 0. 20；Mn：0. 001 - 0. 14；Zn：0. 001 - 0. 15；Cr：0. 04 - 0. 28；Ti： 0. 001 -彡0. 06;Mg:0. 8 - 1. 2。部件通过挤出或机械加工以达到所需的形状而获得。该组 成使得有可能控制杂质颗粒的大小，从而改进阳极层的性能。
[0009] 美国专利7, 033, 447(AppliedMaterialsInc.)要求保护一种适合制备用于制 备半导体的腔室的合金，所述合金具有下列组成（以重量百分比计）：Mg:3. 5 - 4. 0;Cu: 0. 02 - 0. 07；Mn：0. 005 - 0. 015；Zn0. 08 - 0. 16；Cr0. 02 - 0. 07；Ti：0 - 0. 02 ；Si<0. 03 ； Fe〈0. 03。在7至21 °C的温度下，在含有10重量％至20重量％的硫酸和0. 5至3重量％的 草酸的溶液中使部件阳极化。用气泡试验获得的最好结果是20小时。
[0010] 美国专利6, 686, 053 (Kobe)要求保护一种具有改进的抗腐蚀性的合金，其中阳极 氧化物包括阻隔层和多孔层，并且其中将至少部分所述层改变为勃姆石和/或假勃姆石。 用气泡试验获得的最好结果是约10小时。
[0011] 美国专利申请2009/0050485(KobeSteel,Ltd.)记载了一种下列组成的合金（以 重量百分比计）：Mg:0? 1 - 2. 0;Si:0? 1 - 2. 0;Mn:0? 1 - 2. 0 ;Fe，Cr和Cu彡 0? 03,并且使所 述合金阳极化以使得阳极氧化物涂层的硬度在整个厚度方向上变化。非常低的铁、铬和铜 含量导致所用金属的过高成本。
[0012] 美国专利申请2010/0018617(KobeSteel,Ltd.)记载了一种下列组成的合金（以 重量百分比计）：Mg:0? 1 - 2. 0;Si:0? 1 - 2. 0;Mn:0? 1 - 2. 0 ;Fe,Cr和Cu彡 0? 03,在大于 550°C至600°C以下的温度下使合金均匀化。
[0013]美国专利申请 2001/019777 和JP2001 220637(KobeSteel)记载了一种用于腔 室的合金，所述合金包含（以重量百分比计）：Si:0? 1 - 2. 0;Mg:0? 1 - 3. 5;Cu:0? 02 - 4. 0 和杂质，Cr含量低于0.04%。这些文件公开了产品通过在固溶热处理之前进行热轧步骤而 获得。
[0014] 国际申请WO2011/89337(Constellium)记载了一种制备非层压铸造产品的方 法，所述产品适合制备真空室元件，其具有下列组成（以重量百分比计）：Si:0. 5 - 1. 5 ; Mg：0. 5 - 1. 5 ；Fe<0. 3 ；Cu<0. 2 ；Mn<0. 8 ；Cr<0. 10 ；Ti<0. 15〇
[0015] 美国专利6, 066, 392(KobeSteel)公开了一种包含具有改进的抗腐蚀性的阳极氧 化膜的铝材料，其中即使在高温热循环和腐蚀性环境中也不会产生裂纹。
[0016] 美国专利6, 027, 629(KobeSteel)记载了一种改进的真空室元件的表面处理方 法，其中阳极氧化物膜的孔径在其厚度方向上变化。
[0017] 美国专利7, 005, 194(KobeSteel)记载了一种改进的真空室元件的表面处理方 法，其中阳极化膜由多孔层和无孔层组成，所述无孔层的结构至少部分地为勃姆石或假勃 姆石。
[0018] 美国专利3, 524, 799 (Reynolds)记载了一种在错表面上通过用含水电解质进行 阳极化而形成的硬质致密阳极涂层，所述含水电解质包含无机酸如硫酸、3至6个碳原子的 多元醇、有机羧酸和羟基脂族羧酸的钛复合物的碱金属盐，所述涂层适合需要白色光亮涂 层的航天器的铝表面。
[0019] 这些文献没有提及在真空室元件的厚度方向上改进特性的均匀性问题。此外，制 备某些真空室元件需要使用通常至少60_厚的厚板，由此更难以实现满意的抗腐蚀性。
[0020] 有必要进一步改进真空室元件，特别是在抗腐蚀性、在整个厚度方向上特性的均 匀性和可加工性方面。需在铝合金板的整个厚度方向上改进抗腐蚀性和机械特性，从而特 别是有助于加工并且允许板的任何部分与腔室的气氛接触。还有必要获得改进的用于制备 真空室部件的厚铝合金板。
【发明内容】
[0021] 本发明的第一个目的在于通过对厚度至少等于1〇_的铝合金板进行机械加工和 表面处理而获得的真空室元件，所述铝合金具有下列组成，以重量％计：Si:0. 4 - 0. 7;Mg: 0? 4-0. 7;Ti:0? 01-〈0. 15,Fe〈0. 25 ;Cu〈0. 04 ;Mn〈0. 4;Cr:0? 01-〈0. 1 ;Zn〈0. 04;其他元素 各自〈0. 05且总计〈0. 15,余量的铝。
[0022] 本发明的另一个目的在于真空室元件的制备方法，其中依次地，
[0023] a.铸造由本发明铝合金制成的轧板，
[0024] b.任选地，使所述轧板均化，
[0025]c.在高于450°C的温度下轧制所述轧板以获得厚度至少等于10mm的板，
[0026] d.对所述板进行固溶热处理，并对其进行淬火，
[0027]e.在固溶热处理和淬火后，通过用1至5%的永久伸长率控制拉伸而使所述板消 除应力，
[0028]f.然后使经拉伸的板经历老化，
[0029]g.将老化的板加工成真空室元件，
[0030] h.对如此获得的真空室元件进行表面处理，优选包括在10至30°C的温度下用含 有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的溶液进 行阳极化。
[0031] 本发明的又一个目的在于真空室元件的制备方法，其中依次地，
[0032]-提供厚度为至少10mm的铝合金5XXX系列或6XXX系列的板，
[0033]-将所述板加工成真空室元件，
[0034]-将所述元件脱脂和/或除鳞，
[0035]-在10至30°C的温度下用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及 5至30g/l的至少一种多元醇的溶液对其进行阳极化，
[0036]-任选地，在至少98°C的温度下，将经阳极化的产品在去离子水中进行水合优选 持续至少约lh的时间段。
【附图说明】
[0037] 图1示出在实施例1中获得的产品A至C在进行Barker蚀刻后在表面上、在1/4 厚度和中间厚度处在截面L/ST上的晶粒结构。
[0038]图2示出在实施例1中获得的产品在L方向的厚度上的应力特性。
[0039] 图3示出在实施例1中获得的产品D在进行Barker蚀刻后在表面上、在1/4厚度 和中间厚度处在截面L/ST上的晶粒结构。
【具体实施方式】
[0040] 对合金的命名符合本领域技术人员已知的铝业协会（AA)的规则。冶金状态的定 义显示在欧洲标准EN515中。除非另有说明，应用标准EN12258-1的定义。
[0041] 除非另有说明，静态力学特性，换言之，极限抗拉强度Rm、在0.2%的伸长率下的 常规屈服应力Rp0.2以及断裂伸长率A%由根据标准ISO6892-1的拉伸试验确定，取样和 测试方向由标准EN485-1定义。根据标准ENISO6506测试硬度。根据标准ASTME112 测定晶粒尺寸。根据ENISO2376:2010测试电击穿电压。
[0042] 本发明的发明人已发现具有非常有利特性（特别是关于抗腐蚀性、性能的一致性 和可加工性方面）的真空室元件由特定的6xxx系列错合金获得。还发明了真空室元件的 制备方法，所述方法包括有利的用于那些产品的表面处理方法，并显著改进真空室元件在 整个厚度方向上特性的均匀性和抗腐蚀性。特别有利的特性通过将本发明的合金和有利的 表面处理方法结合而获得。
[0043] 用于获得本发明真空室元件的铝合金板的组成如下（以重量百分比计）：Si: 0. 4 - 0. 7；Mg：0. 4-0. 7；Ti：0. 01-<0. 15 ；Fe<0. 25 ；Cu<0. 04 ；Mn<0. 4；Cr：0. 01-<0. 1 ；Zn〈0. 04 ;其他元素各自〈0. 05且总计〈0. 15 ;余量的铝。
[0044] 控制某些元素的最大含量是重要的，因为这些元素若以大于推荐的那些值的水平 存