CN102362015B - 构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件的表面处理方法及通过该表面处理方法处理过的机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种耐蚀性优异、放出气体少的构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件的表面处理方法以及通过该表面处理方法处理过的干式泵。其特征为，构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件由铝或铝合金构成，将所述部件表面浸渍到碱性溶液中，进行微弧氧化处理。

Description

构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件的表面处理方法及通过该表面处理方法处理过的机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵
技术领域
本发明涉及露出于气体流道的由铝或铝合金构成的机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵(ドライポンプ)的部件的表面处理方法及由通过该表面处理方法处理过的部件构成的机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵。
背景技术
作为现有的干式泵的构造，已知例如如图1所示，在连接以与机壳1的侧面对置的方式配置的进气口2及排气口3的流道中，设置转子室4，在该转子室4内，设置由通过电动机5驱动的旋转轴6轴支承的转子7～12，由此构成螺旋型的构造。另外，在图示的构造中，在转子室4内连接有用于导入通过加热装置13加热的空气或干燥氮气等的气镇14，另外，在旋转轴6的周边形成有用于导入轴封气体的轴封气体导入通道15。
在上述构造中，从真空腔室吸进的气体从进气口2通过转子室4，从排气口3排出，在此期间，气体与进气口2、转子7～12、转子室4和排气口3等的表面接触，在所吸进的气体具有腐蚀性的情况下，通常会在各部件的表面进行铝表面钝化处理(例如，参照专利文献1)。
但是，在铝表面钝化处理的情况下，因为在部件表面形成多孔型的氧化膜，所以从该膜放出的气体量多，存在使真空泵的排气效率降低这样的问题。另外，铝表面钝化处理过的部件当被加热至120℃左右时，存在可能在膜上产生裂纹而使耐蚀性降低这样的问题。还存在在吸进含有氯的气体那样的情况下，在短时间内部件也会发生腐蚀这样的问题。
另一方面，宽带隙化合物半导体即GaN作为发光二极管(LED)或功率器件，用MBE和MOCVD制造，伴随着批量生产，会大量消费MBE原料即金属Ga、或者MOCVD原料有机金属即三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)。不过，若反应性高的Ga与Al接触的话，则会溶化而变成汞齐化状态，因此，会有不能使用铝和铝合金制造原料及未反应的Ga流动的配管及结构部件这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2006-257908号公报
发明内容
发明所要解决的课题
因此，本发明的目的是为了解决上述课题，提供一种耐蚀性优异且放出气体少的构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件的表面处理方法及通过该表面处理方法处理过的机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明人等潜心研究的结果发现了如下所述的解决手段。
即本发明的构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件的表面处理方法的第一解决手段，其特征为，构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件由铝或铝合金构成，将所述部件表面浸渍于碱性溶液中，进行微弧氧化处理。
另外，第二解决手段的特征为，所述碱性溶液是将磷酸氢二钠、三聚磷酸钠、磷酸二氢钠、多聚磷酸钠(ウルトラポリリン酸ナトリウム)、硅酸钠、氢氧化钾、焦磷酸钠、磷酸三钠、铝酸钠、偏硅酸钠及氢氧化钠等中的一种或它们中的混合物溶解于水中，使其浓度为0.1％～5％。
另外，第三解决手段的特征为，使所述微弧处理中的施加电压为300V～600V的范围，使电流密度为3.0A／dm2～10A／dm2。
另外，第四解决手段的特征为，使所述碱性溶液的温度为5～90℃。
另外，第五解决手段的特征为，使通过所述处理在部件表面形成的氧化膜的膜厚为12μm～15μm。
另外，本发明的机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵，其特征为，由通过上述表面处理方法处理过的部件构成。
发明的效果
根据本发明，构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件表面由铝或铝合金构成，并对该表面进行微弧氧化处理，由此得到对于具有腐蚀性的气体的排气耐蚀性优异、放出气体量少的干式泵。而且，如利用该机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵，可有效地进行抽吸。另外，成为对于含有Ga的气体耐蚀性优异的装置。
附图说明
图1是现有的干式泵的概略构成图；
图2是机械增压泵的概略构成图；
图3是测定实施例1及比较例1的气体放出特性的曲线图；
图4是实施例1及比较例1的加热后的表面SEM图像；
图5是测定实施例1及比较例1的对于盐酸的耐蚀性的曲线图；
图6是表示使用实施例2及比较例2的干式泵，对1m3的腔室进行排气时的腔室内的压力随时间变化的曲线图；
图7是实施例3及比较例3的比较试验4的试验前后的表面SEM图像。
具体实施方式
作为本发明中使用的碱性溶液的电解液的例子，可使用将磷酸氢二钠、三聚磷酸钠、磷酸二氢钠、多聚磷酸钠、硅酸钠、氢氧化钾、焦磷酸钠、磷酸三钠、铝酸钠、偏硅酸钠及氢氧化钠等中的一种或它们中的混合物溶解于电解液而得到的物质。其浓度优选为0.1％～5％的范围。
另外，作为基材，使用铝或铝合金。铝合金的铸件材料、压铸材料通常含有以硅为代表的元素较多，可以说难以形成多孔型阳极氧化膜。
根据本发明，即使这种硅较多的铸件、压铸件也能够形成耐蚀性良好的膜。另外，在形变合金中，Al-Si合金的4000号类的处理也因同样的理由，多孔型阳极氧化处理的耐蚀性差，但根据本发明，能够形成良好的氧化膜。即使对于没有析出硅的那样的形变合金，1000号～3000号、从5000号至7000号左右的铝合金，在复杂形状的情况或100℃以上的高温的情况下也有效果。
本发明中，将上述的基材作为机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的构成部件，浸渍于碱性溶液中，进行微弧氧化处理，作为碱性溶液的温度条件，没有特别限制，但优选该溶液不会冻结至不会沸腾的范围(5℃～90℃左右)。另外，施加的电压优选300V～600V。若不足300V则不会引起绝缘破坏，若超过600V，则膜的孔隙会变大。另外，就电流密度而言，优选3.0A／dm2～10A／dm2。若为3.0A／dm2，则不能厚膜化，若超过10A／dm2，则电压上升而孔隙会变大。另外，关于电流，可以用直流、交流及交直流重叠的任一种。
另外，对于在基材表面所形成的氧化膜的膜厚没有特别限制，但优选12μm～15μm的范围。在不会给泵的工作造成妨碍的范围，且也能发挥作为氧化膜的功能的范围。
本发明中使用的干式泵若为在泵内部的气体通道中未使用油的泵，则对图1所示的构造没有特别限制，在构造性方面，根据进行排气的旋转体的形状，可举出：罗茨型(ル一ツ型)、爪型(クロ一型)、螺杆型(スクリユ一型)、涡轮型(ク一ボ型)、涡卷型(スクロ一ル型)、多级式泵及膜片型(ダイヤフラム型)等。
另外，关于机械增压泵的构造也没有特别限制，参照图2来说明一个例子。图中的符号21为壳体，壳体21为将构成上游部的上侧壳体21a和构成下游部的下侧壳体21b一体化的构成。在该壳体21上设置有进气口22及排气口23，在设置有进气口22的上侧壳体21a侧的内部，固定地设有固定叶片25。这些固定叶片25其位置分别通过垫片28进行固定。
相对于具备壳体21及固定叶片25的静止侧，在壳体21内可高速旋转地设置有旋转体31。该旋转体31具备有设置在与旋转轴34一体连结的转子部35的多段转动叶片32及螺纹槽部33，因此，成为由轴流段及螺纹槽段构成的两段压缩构造。旋转体31侧的转动叶片32在上述固定叶片25和旋转轴34的轴向上交替配设。
旋转体31的旋转轴34通过固定于下侧壳体21b的定子26的内周面上安装的作为上部轴承的磁轴承29a、作为下部轴承的磁轴承29b、作为轴向轴承的磁轴承29c支承并可高速旋转。另外，图中的符号M为设在定子26的内周面和旋转轴34之间的转子驱动用电动机。
根据这种构成，使得从进气口22抽吸的气体以通过固定叶片25及转动叶片32之间并承受轴流段造成的压缩后，通过螺纹槽部33和散热板41之间并承受螺纹槽段造成的压缩这样的气体流道的主流流动从排气口23流出。
在上述构造中，由铝或铝合金构成旋转体31的转动叶片32、壳体21b、用垫片28固定的固定叶片25及旋转体31的螺纹槽部33。
(实施例1)
下面，关于本发明的实施例，与比较例一起进行说明。
在室温下，将直径40mm、长度3mm的圆盘状铝合金铸件(AC4A)材料放入氢氧化钾1g／L、偏硅酸钠2g／L及磷酸三钠3g／L的(0.1％氢氧化钾、0.1％偏硅酸钠、0.3％磷酸三钠)电解液中，以50Hz交直流重叠波形恒定电流模式进行微弧氧化处理，在部件表面成长膜厚约15μm的氧化膜。
(实施例2)
对构成图1的构造的干式泵(最大排气速度为1.72×10-2m3／s(50Hz))的铝合金铸件制的转子8～12、转子室4、机壳1、进气口2及排气口3的表面，与实施例1同样地进行微弧氧化处理，在部件表面成长膜厚约12μm的氧化膜。另外，没有进行处理的部分，即铁芯的转子轴部6及定位销部分别通过硅密封材料及硅橡胶栓进行遮蔽。
完成上述处理后，由各部件组装成干式泵。
(比较例1)
对与实施例1相同的铝合金铸件制的部件，使用20质量％的硫酸溶液进行铝表面钝化处理，在部件表面成长膜厚约20μm的氧化铝膜。然后，在沸水中浸渍20分钟进行封孔处理。
(比较例2)
对与实施例2相同的铝合金铸件制的部件，进行与比较例1相同的处理。
(比较试验1)
将测定实施例1及比较例1的部件在室温下的气体放出特性的结果示于图3的曲线图。曲线图纵轴表示每单位面积的气体放出量(Pa·m·s-1)，横轴表示时间(小时)。
从该曲线图可知道，相对于比较例1，在实施例1中，每单位面积的气体放出量约为1／100。
(比较试验2)
对于实施例1及比较例1的各部件，将在120℃的大气下进行三次30分钟的加热后，各部件的表面SEM图像示于图4。
从图4可知，实施例1在加热前后，膜形态没有观察到变化，比较例2中，加热后产生裂纹。
(比较试验3)
将实施例1及比较例1的各部件浸渍在35～38质量％的浓盐酸中，测定直到剧烈发泡的时间，将其测定结果示于图5的曲线图。曲线图纵轴为时间(分钟)，横轴为膜厚(μm)。
从曲线图可知，相对于比较例1，实施例1具有约2.5倍的耐蚀性。另外，在大气加热(与比较试验2相同)后，实施例1中，耐蚀性几乎没有变化，比较例1变得没有耐蚀性。可认为这是由于在比较例1的膜上产生了裂纹，基材的表面露出所致。
(比较试验4)
将使用实施例2及比较例2的干式泵，对1m3的腔室进行排气时的腔室内的压力随时间的变化示于图6。
根据曲线图，使用实施例2及比较例2的干式泵，腔室内压力在102Pa以上，两个例子没有显著的差别，但小于102Pa时，以实施例2的干式泵进行排气的场合压力随时间的变化量变大。另外，到达压力也提高了2.5倍左右。
(实施例3)
在室温下将直径40mm、长度3mm的圆盘状的铝材放入氢氧化钾1g／L、偏硅酸钠2g／L及磷酸三钠3g/L的电解液中，以50Hz交直流重叠波形恒定电流模式进行微弧氧化处理，在部件表面成长膜厚约15μm的氧化膜。
(比较例3)
对于在实施例3中使用的部件，在部件表面没有实施处理。
(比较试验5)
为了比较实施例3及比较例3的部件对于Ga的耐蚀性，由于难以形成Ga气氛(气体)，所以在将各部件的温度加热至100℃左右的状态，将液体状的Ga涂到各部件上，将用玻璃片从上面按压紧贴60小时后的各部件的表面SEM图像示于图7。在实施例3的部件表面没有观察到腐蚀等，比较例3的部件本身与Ga接触，可认为使Al腐蚀。
产业上的可利用性
本发明在对于将铝或铝合金作为基材而构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件赋予耐蚀性方面，在产业上具有可利用性。
符号说明
1  机壳
2  进气口
3  排气口
4  转子室
5  电动机
6  旋转轴
7～12  转子
13  加热装置
14  气镇
15  轴封气体导入通道
21  壳体
21a  上侧壳体(上游部)
21b  下侧壳体(下游部)
22  进气口
23  排气口
24  静止体
25  固定叶片
26  定子
28  垫片
29c  磁轴承
30  泵机构
31  旋转体
32  转动叶片
33  螺纹槽部
34  旋转轴
41  散热板
HI  隔热部件
Ht  加热器
T  收集部件(トラツプ部材)

Claims (4)

1.一种构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件的表面处理方法，其特征在于，构成机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵的部件由铝或铝合金构成，将所述部件表面浸渍于碱性溶液中，进行微弧氧化处理，
所述碱性溶液是将氢氧化钾、偏硅酸钠、磷酸三钠的混合物溶解于水中，使其浓度为0.1质量％～5质量％，
使所述微弧处理中的施加电压为300V～600V的范围，使电流密度为3.0A／dm2～10A／dm2。
2.权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，使所述碱性溶液的温度为5～90℃。
3.权利要求1或2所述的表面处理方法，其特征在于，使通过所述处理在部件表面形成的氧化膜的膜厚为12μm～15μm。
4.机械增压泵、涡轮分子泵或干式泵，其特征在于，由通过权利要求1～3中任一项所述的表面处理方法处理过的部件构成。
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