CN112522502A - 一种延长环件寿命的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种延长环件寿命的处理方法，所述处理方法包括：对环件依次进行固溶、时效和滚花处理；所述滚花处理包括对环件的外圆周面、圆环形外端面以及外圆周面与圆环形外端面的圆角连接处进行滚花处理；本发明通过将固溶、时效和滚花处理结合起来，利用三者之间的促进作用，提升了环件的力学性能，解决了溅射蚀刻中的溅射异常问题，延长了环件的使用寿命。

Description

一种延长环件寿命的处理方法
技术领域
本发明涉及环件技术领域，尤其涉及一种延长环件寿命的处理方法。
背景技术
蚀刻是半导体芯片生产过程中最关键的工艺步骤之一，是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术；其中溅射蚀刻是靠能量的轰击打出原子的过程，其是利用低气压下惰性气体辉光放电所产生的离子加速后入射到薄膜表面使裸露的薄膜被溅射而除去。
由于带电粒子轰击靶材的方向是不确定的，导致从靶材表面逸出的靶材原子的方向性较差，即靶材原子会从各个角度脱离靶材表面，之后沿直线到达衬底表面，进而使得靶材原子对衬底表面内接触孔或通孔的底部和侧壁覆盖能力差。
为了提高溅射过程中溅射沉积的均匀性，通常在溅射设备中安装环件结构，以约束溅射粒子的运动轨迹，即环件结构在溅射过程中起到聚焦高能量粒子的作用。
CN109277771A公开了一种溅射环件用凸结体滚花方法，包括：提供凸结体；对所述凸结体的表面进行滚花，相较于现有技术中的喷砂处理，滚花操作能够使所述凸结体表面获得更高的粗糙度，增强凸结体表面吸附颗粒物的能力，避免发生颗粒物剥落现象，但其附着区域较小，致使附着的溅射源较少。
CN104746021A公开了一种环件结构及其制造方法，包括固定于所述环件上的若干圆柱状的连接部，所述连接部的侧壁上设有滚花形成的网纹，通过对所述连接部滚花处理以形成网纹，增加了连接部表面的粗糙程度，所述的网纹能够驻留一定量的沉积物，增加了吸附沉积物的能力，进而减小了连接部上发生剥落现象的几率，但并未涉及到对环件材质的加工处理。
CN111469052A公开了一种延长环件寿命的处理方法，所述环件的外表面设置有螺帽；所述方法包括：对所述环件的内表面、外表面及端口进行滚花处理；对所述螺帽依次进行滚花和喷砂处理，但并未涉及到对环件材质的加工处理。
因此，提供一种使用寿命长的环件，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种延长环件寿命的处理方法，所述处理方法通过对环件依次进行固溶、时效和滚花处理，提升了环件的力学性能，解决了溅射蚀刻中的溅射异常问题，同时延长环件的使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种延长环件寿命的处理方法，所述处理方法包括：对环件依次进行固溶、时效和滚花处理。
本发明对环件进行固溶和时效处理，能够有效提升环件材质的力学性能；对环件进行滚花处理，在环件表面设置花纹增加粗糙度，增加环件对颗粒物的吸附能力，能够驻留一定量的沉积物，解决了环件在溅射蚀刻过程的溅射异常问题；将固溶、时效和滚花处理结合起来，利用三者之间的促进作用，延长了环件的使用寿命。
优选地，所述环件的材质包括A6061。
本发明中A6061存在硬度较低的缺陷，不足以支撑后续溅射蚀刻环节的使用，会出现变形等问题，本发明通过固溶和时效提高A6061的力学性能，以满足后续使用的要求。
优选地，所述环件包括环形体部，所述环形体部包括平行的圆环形外端面和圆环形内端面；所述圆环形外端面和圆环形内端面在径向内侧之间连接有第一内圆周面；所述环形体部还包括与圆环形外端面的径向外侧相连接，并与圆环形外端面垂直的外圆周面。
优选地，所述外圆周面与圆环形外端面呈圆角连接。
优选地，所述第一内圆周面的宽度为0.25～0.75mm，例如可以是0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm或0.75mm等。
优选地，所述外圆周面的宽度为20～30mm，例如可以是20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm或30mm等。
优选地，所述第一内圆周面与圆环形外端面呈直角连接。
优选地，所述第一内圆周面与圆环形内端面呈圆角连接。
优选地，所述环形体部还包括与圆环形内端面的径向外侧相连接，且与圆环形内端面垂直的第二内圆周面。
优选地，所述第二内圆周面与圆环形内端面呈圆角连接。
优选地，所述环形体部还包括连接外圆周面和第二内圆周面的底面。
优选地，所述底面的宽度为1～2mm，例如可以是1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm等。
本发明中环件底面的宽度仅为1～2mm，这种厚度较薄的环件在使用过程中极易出现变形等问题，本发明通过固溶、时效和滚花处理，提升环件的力学性能。
优选地，所述外圆周面与底面呈直角连接。
优选地，所述第二内圆周面与底面呈圆角连接。
优选地，所述固溶包括对所述环件依次进行加热和冷却。
优选地，所述加热的温度为510～550℃，例如可以是510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃、540℃、545℃或550℃等，优选为520～540℃。
本发明中固溶的加热温度为155～195℃，在此范围内，能够形成过饱和的固溶体，且环件可以快速冷却，使环件材质的力学性能得到提升。
优选地，所述加热的时间为160～200min，例如可以是160min、165min、170min、175min、180min、185min、190min、195min或200min等，优选为170～190min。
优选地，所述冷却包括水冷。
本发明中固溶后采用水冷方式冷却环件至室温。
优选地，所述时效包括对所述环件依次进行加热和冷却。
本发明对环件进行固溶和时效处理，能够有效提升环件材质的力学性能，延长使用寿命。
优选地，所述加热的温度为155～195℃，例如可以是155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃或195℃等，优选为165～185℃。
本发明中时效的加热温度为155～195℃，在此范围内，固溶体能够脱溶和晶格沉淀，且环件能够快速冷却，使环件材质的力学性能进一步得到提升。
优选地，所述加热的时间为460～500min，例如可以是460min、465min、470min、475min、480min、485min、490min、495min或500min等，优选为470～490min。
优选地，所述冷却包括水冷。
本发明中时效后采用水冷方式冷却环件至室温。
优选地，所述滚花处理包括对所述外圆周面、圆环形外端面以及外圆周面与圆环形外端面呈圆角连接处进行滚花处理。
本发明对环件进行滚花处理，在环件表面设置花纹增加粗糙度，增加环件对颗粒物的吸附能力，能够驻留一定量的沉积物，解决了溅射蚀刻中的溅射异常问题。
优选地，所述滚花处理的花纹为16TPI。
本发明中滚花花纹为16TPI，齿距大，滚花深度深，处理后的表面具有较大的粗糙度，对颗粒物的吸附能力强，能够驻留一定量的沉积物，从而延长了环件的使用寿命。
优选地，所述滚花处理的花纹深度为0.35～0.55mm，例如可以是0.35mm、0.36mm、0.38mm、0.4mm、0.42mm、0.44mm、0.46mm、0.48mm、0.5mm、0.52mm或0.55mm等。
作为本发明优选的技术方案，所述处理方法包括以下步骤：对环件依次进行固溶、时效和滚花处理。
所述环件包括环形体部，所述环形体部包括平行的圆环形外端面和圆环形内端面；所述圆环形外端面和圆环形内端面在径向内侧之间连接有第一内圆周面；所述环形体部还包括与圆环形外端面的径向外侧相连接，并与圆环形外端面垂直的外圆周面。
其中，所述固溶包括在510～550℃加热160～200min和水冷；所述时效包括在155～195℃加热460～500min和水冷；所述滚花处理包括对所述外圆周面、圆环形外端面以及外圆周面与圆环形外端面呈圆角连接处进行滚花处理；所述滚花处理的花纹为16TPI；所述滚花处理的花纹深度为0.35～0.55mm。
本发明综合采用特定工艺条件的固溶和时效处理，通过首先在510～550℃进行固溶处理，再在155～195℃下进行时效处理，二者相互配合，能够增加A6061的力学性能；并结合滚花处理，能够提高其对颗粒物的吸附能力，解决了溅射蚀刻中的溅射异常问题，三者工艺的组合，能够大大延长环件的使用寿命。
第二方面，本发明提供第一方面所述延长环件寿命的处理方法得到的环件在精密零部件中的用途，优选在溅射蚀刻中的用途。
通过采用本发明提供的处理方法而得到的环件可以广泛应用在精密零部件中，其能够大幅延长环件的使用寿命，尤其当应用在溅射蚀刻中时，其对蚀刻设备中的其他零件同时还能起到保护作用，因此具有重要的应用价值。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种延长环件寿命的处理方法，对环件进行固溶和时效处理，能够有效提升环件材质的力学性能，环件的硬度达到73N/mm2以上；
(2)本发明提供的一种延长环件寿命的处理方法，对环件进行滚花处理，增加粗糙度，进而提高环件对颗粒物的吸附能力，能够驻留一定量的沉积物，解决了溅射蚀刻中的溅射异常问题；
(3)本发明提供的一种延长环件寿命的处理方法，将固溶、时效和滚花处理结合起来，利用三者之间的促进作用，延长了环件的使用寿命，环件的使用次数增加了2倍以上。
附图说明
图1是本发明实施例1中环件的俯视图。
图2是图1中A-A局部剖视图。
图3是图2中a部的放大图。
图中：100-环形体部；101-圆环形外端面；102-圆环形内端面；103-第一内圆周面；104-外圆周面；105-第二内圆周面；106-底面。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，其中待处理的环件材质为A6061。
如图1和图2所示，所述环件包括环形体部100，所述环形体部100包括平行的圆环形外端面101和圆环形内端面102；所述圆环形外端面101和所述圆环形内端面102在径向内侧之间连接有第一内圆周面103；所述环形体部100还包括与所述圆环形外端面101的径向外侧相连接，并与所述圆环形外端面101垂直的外圆周面104。
所述外圆周面104与所述圆环形外端面101呈圆角连接。
所述第一内圆周面103的宽度为0.5mm。
所述外圆周面104的宽度为25.7mm。
如图3所示，所述第一内圆周面103与所述圆环形外端面101呈直角连接。
所述第一内圆周面103与所述圆环形内端面102呈圆角连接。
所述环形体部100还包括与所述圆环形内端面102的径向外侧相连接，且与所述圆环形内端面102垂直的第二内圆周面105。
所述第二内圆周面105与所述圆环形内端面102呈圆角连接。
所述环形体部100还包括连接所述外圆周面104和所述第二内圆周面105的底面106。
所述底面106的宽度为1.5mm。
所述外圆周面104与所述底面106呈直角连接。
所述第二内圆周面105与所述底面106呈圆角连接。
所述处理方法具体包括以下步骤：
(1)固溶处理：将上述环件在530℃加热180min，然后水冷至室温；
(2)时效处理：将经过固溶处理后的环件在175℃加热480min，然后水冷至室温；
(3)滚花处理：对经过时效处理后的环件的外圆周面104、圆环形外端面101以及外圆周面104与圆环形外端面101的圆角连接处进行滚花处理；所述滚花处理的花纹为16TPI；所述滚花处理的花纹深度为0.4mm。
实施例2
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，其中待处理的环件材质为A6061。
所述环件包括环形体部，所述环形体部包括平行的圆环形外端面和圆环形内端面；所述圆环形外端面和所述圆环形内端面在径向内侧之间连接有第一内圆周面；所述环形体部还包括与所述圆环形外端面的径向外侧相连接，并与所述圆环形外端面垂直的外圆周面。
所述外圆周面与所述圆环形外端面呈圆角连接。
所述第一内圆周面的宽度为0.25mm。
所述外圆周面的宽度为20mm。
所述第一内圆周面与所述圆环形外端面呈直角连接。
所述第一内圆周面与所述圆环形内端面呈圆角连接。
所述环形体部还包括与所述圆环形内端面的径向外侧相连接，且与所述圆环形内端面垂直的第二内圆周面。
所述第二内圆周面与所述圆环形内端面呈圆角连接。
所述环形体部还包括连接所述外圆周面和所述第二内圆周面的底面。
所述底面的宽度为2mm。
所述外圆周面与所述底面呈直角连接。
所述第二内圆周面与所述底面呈圆角连接。
所述处理方法具体包括以下步骤：
(1)固溶处理：将上述环件在510℃加热200min，然后水冷至室温；
(2)时效处理：将经过固溶处理后的环件在155℃加热500min，然后水冷至室温；
(3)滚花处理：对经过时效处理后的环件的外圆周面、圆环形外端面以及外圆周面与圆环形外端面的圆角连接处进行滚花处理；所述滚花处理的花纹为16TPI；所述滚花处理的花纹深度为0.35mm。
实施例3
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，待处理的环件材质为A6061。
所述环件包括环形体部，所述环形体部包括平行的圆环形外端面和圆环形内端面；所述圆环形外端面和所述圆环形内端面在径向内侧之间连接有第一内圆周面；所述环形体部还包括与所述圆环形外端面的径向外侧相连接，并与所述圆环形外端面垂直的外圆周面。
所述外圆周面与所述圆环形外端面呈圆角连接。
所述第一内圆周面的宽度为0.75mm。
所述外圆周面的宽度为30mm。
所述第一内圆周面与所述圆环形外端面呈直角连接。
所述第一内圆周面与所述圆环形内端面呈圆角连接。
所述环形体部还包括与所述圆环形内端面的径向外侧相连接，且与所述圆环形内端面垂直的第二内圆周面。
所述第二内圆周面与所述圆环形内端面呈圆角连接。
所述环形体部还包括连接所述外圆周面和所述第二内圆周面的底面。
所述底面的宽度为1mm。
所述外圆周面与所述底面呈直角连接。
所述第二内圆周面与所述底面呈圆角连接。
所述处理方法具体包括以下步骤：
(1)固溶处理：将上述环件在550℃加热160min，然后水冷至室温；
(2)时效处理：将经过固溶处理后的环件在195℃加热460min，然后水冷至室温；
(3)滚花处理：对经过时效处理后的环件的外圆周面、圆环形外端面以及外圆周面与圆环形外端面的圆角连接处进行滚花处理；所述滚花处理的花纹为16TPI；所述滚花处理的花纹深度为0.55mm。
实施例4
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于步骤(1)中固溶的温度为470℃，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于步骤(1)中固溶的温度为590℃，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于步骤(2)中时效的温度为120℃，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于步骤(2)中时效的温度为230℃，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于步骤(3)中滚花处理的花纹为30TPI，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于步骤(3)中滚花处理的花纹深度为0.2mm，其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于步骤(3)中滚花处理的花纹深度为0.7mm，其余均与实施例1相同。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于不进行步骤(1)的固溶处理，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于不进行步骤(2)的时效处理，其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种延长环件寿命的处理方法，与实施例1的区别仅在于不进行步骤(3)的滚花处理，其余均与实施例1相同。
三、测试及结果
环件使用次数测试方法：将处理后的环件放置于溅射蚀刻设备中，进行并重复溅射蚀刻操作，计算使用次数；并采用GBT231.1-2009金属材料布氏硬度测试检测上述实施例和对比例处理后环件的硬度。
以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
表1
环件种类 布氏硬度(N/mm<sup>2</sup>) 使用次数 使用次数的增加倍数
未处理环件 50 10 0
实施例1 95 60 5
实施例2 92 40 3
实施例3 94 50 4
实施例4 78 40 3
实施例5 73 30 2
实施例6 75 40 3
实施例7 77 40 3
实施例8 95 30 2
实施例9 95 30 2
实施例10 95 30 2
对比例1 53 10 0
对比例2 57 10 0
对比例3 95 10 0
表1中未处理环件是指未经固溶、时效和滚花处理的环件。
从表1可以看出以下几点：
(1)本发明提供的延长环件寿命的处理方法，提升了环件的力学性能，延长了环件的使用寿命，具体而言，实施例1～10经固溶、时效和滚花处理后的环件的布氏硬度达到73N/mm2以上，远高于未处理环件的布氏硬度，使用次数增加倍数达到2倍以上；
(2)综合实施例1和对比例1～3可知，实施例1中环件经固溶、时效和滚花处理，相较于对比例1～3中环件分别不进行固溶、时效和滚花处理而言，实施例1中环件的硬度为95N/mm2，使用次数增加了5倍，而对比例1～2中环件的硬度分别仅为53N/mm2和57N/mm2，且对比例1～3中环件的使用次数均未增加，由此表明，本发明中通过对环件进行结合固溶、时效和滚花处理，既能够进一步增加环件的硬度，又能够增加环件的使用次数；
(3)综合实施例1和实施例4～5可知，实施例1中固溶的温度控制为530℃，相较于实施例4和实施例5中固溶温度分别为470℃和590℃而言，实施例1中环件的布氏硬度高达95N/mm2，使用次数增加了5倍，而实施例4和实施例5中环件的布氏硬度仅分别为78N/mm2和73N/mm2，使用次数仅分别增加3倍和2倍，由此表明，本发明通过将固溶温度控制在特定范围内，既能够进一步增加环件的硬度，又能够增加环件的使用次数；
(4)综合实施例1和实施例6～7可知，实施例1中时效的温度控制为175℃，相较于实施例6和实施例7中时效温度分别为120℃和230℃而言，实施例1中环件的布氏硬度高达95N/mm2，使用次数增加了5倍，而实施例6和实施例7中环件的布氏硬度分别为75N/mm2和77N/mm2，使用次数均增加3倍，由此表明，本发明中通过将时效温度控制在特定范围内，既能够进一步增加环件的硬度，又能够增加环件的使用次数；
(5)综合实施例1和实施例8可知，实施例1中环件滚花花纹为16TPI，相较于实施例8中环件滚花花纹为30TPI，实施例1中环件的使用次数增加了5倍，而实施例8中环件的使用次数仅增加了2倍，由此表明，本发明中滚花花纹选择为16TPI，能够增加环件的使用次数；
(6)综合实施例1和实施例9～10可知，实施例1中滚花花纹的深度为0.4mm，相较于实施例9和实施例10中滚花花纹的深度分别为0.2mm和0.7mm而言，实施例1中环件的使用次数增加了5倍，而实施例9和实施例10中环件的使用次数均仅增加2倍，由此表明，本发明中通过将滚花花纹的深度控制在特定范围内，能够增加环件的使用次数。
综上所述，本发明提供的一种延长环件寿命的处理方法，即能够进一步增加环件的硬度，又能够增加环件的使用次数，处理后的环件硬度均≥73N/mm2，使用次数增加了至少2倍；对环件进行固溶和时效处理，能够有效提升环件材质的力学性能，利用三者之间的促进作用，延长了环件的使用寿命。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种延长环件寿命的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：对环件依次进行固溶、时效和滚花处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述环件的材质包括A6061。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述环件包括环形体部，所述环形体部包括平行的圆环形外端面和圆环形内端面；所述圆环形外端面和圆环形内端面在径向内侧之间连接有第一内圆周面；所述环形体部还包括与圆环形外端面的径向外侧相连接，并与圆环形外端面垂直的外圆周面；
优选地，所述外圆周面与圆环形外端面呈圆角连接；
优选地，所述第一内圆周面的宽度为0.25～0.75mm；
优选地，所述外圆周面的宽度为20～30mm；
优选地，所述第一内圆周面与圆环形外端面呈直角连接；
优选地，所述第一内圆周面与圆环形内端面呈圆角连接；
优选地，所述环形体部还包括与圆环形内端面的径向外侧相连接，且与圆环形内端面垂直的第二内圆周面；
优选地，所述第二内圆周面与圆环形内端面呈圆角连接。
4.根据权利要求1～3任一项所述的处理方法，其特征在于，所述环形体部还包括连接外圆周面和第二内圆周面的底面；
优选地，所述底面的宽度为1～2mm；
优选地，所述外圆周面与底面呈直角连接；
优选地，所述第二内圆周面与底面呈圆角连接。
5.根据权利要求1～4任一项所述的处理方法，其特征在于，所述固溶包括对所述环件依次进行加热和冷却；
优选地，所述加热的温度为510～550℃，优选为520～540℃；
优选地，所述加热的时间为160～200min，优选为170～190min；
优选地，所述冷却包括水冷。
6.根据权利要求1～5任一项所述的处理方法，其特征在于，所述时效包括对所述环件依次进行加热和冷却；
优选地，所述加热的温度为155～195℃，优选为165～185℃；
优选地，所述加热的时间为460～500min，优选为470～490min；
优选地，所述冷却包括水冷。
7.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述滚花处理包括对所述外圆周面、圆环形外端面以及外圆周面与圆环形外端面的圆角连接处进行滚花处理。
8.根据权利要求1～7任一项所述的处理方法，其特征在于，所述滚花处理的花纹为16TPI。
9.根据权利要求1～8任一项所述的处理方法，其特征在于，所述滚花处理的花纹深度为0.35～0.55mm。
10.根据权利要求1～9任一项所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤：对环件依次进行固溶、时效和滚花处理；
所述环件包括环形体部，所述环形体部包括平行的圆环形外端面和圆环形内端面；所述圆环形外端面和圆环形内端面在径向内侧之间连接有第一内圆周面；所述环形体部还包括与圆环形外端面的径向外侧相连接，并与圆环形外端面垂直的外圆周面；
其中，所述固溶包括在510～550℃加热160～200min和水冷；所述时效包括在155～195℃加热460～500min和水冷；所述滚花处理包括对所述外圆周面、圆环形外端面以及外圆周面与圆环形外端面的圆角连接处进行滚花处理；所述滚花处理的花纹为16TPI；所述滚花处理的花纹深度为0.35～0.55mm。
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