CN114427111A - 铝合金阳极真空密封面处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明一种铝合金阳极化真空密封面处理工艺,采用抛光以及激光前处理组合的处理方式,对工件表面进行激光改性。通过对激光功率、光斑形状及移动速度等参数控制对铝合金材料表面改性,通过高能量密度的激光,将铝合金表面层熔化,依靠材料自身快速冷却凝固实现铝合金材料表面局部的快速加热和冷却,从而获得非常致密的非平衡快速凝固组织。经过铝合金阳极化工艺最终能得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极膜层。适用于半导体真空腔体阳极密封面的改善,适用于高洁净,高耐蚀环境下的阳极处理需求。
Description
技术领域
本专利属于表面处理领域,主要是涉及铝合金阳极化真空密封面处理工艺要求。
背景技术
在现代工业生产中,铝及其合金由于其轻量化特性得到广泛应用。为进一步拓展应用范围,铝及铝合金的阳极氧化表面处理技术不断取得进步。在设备零部件加工领域,阳极化可以提升部件在设备中的耐磨性及耐腐蚀性,达到延长零部件使用寿命的目的。但是由于不同系列、不同型号的铝合金,元素的组成及含量完全不同,导致合金中第二相成分完全不同,如2系铝合金以θ相CuAl为主,5系以β相MgAl为主,6系以Mg2Si为主,同时还有其他如(FeMn)Al、(FeMn)SiAl、AlFeSi等其他相。铝合金中第二相颗粒的大小及分散性直接影响后期阳极膜的各项性能。对于不同型号及加工状态的铝合金来说第二相的大小及分散明显不同。采用传统统一的前处理和阳极氧化工艺,制得的氧化膜会导致零件每一表面上尺寸增加膜层厚度的50%,第二相在氧化过程中有的溶解于阳极氧化电解溶液中,有的第二相在氧化过程中被Al2O3氧化膜包裹与氧化膜内部,导致氧化膜层性能将明显不同,非常容易出现如白点、鼓包、晶格条纹等缺陷。尤其对于半导体真空密封系统,如连接密封面等位置,如果出现此类缺陷,将严重影响真空系统的密封性。严重影响半导体产品工作环境的稳定性。
发明内容
针对上述铝合金的阳极问题,本发明采用抛光以及激光前处理组合的处理方式,对工件表面进行激光改性。通过高能量密度的激光,将铝合金表面层熔化,依靠材料自身快速冷却凝固实现铝合金材料表面局部的快速加热和冷却,从而获得非常致密的非平衡快速凝固组织。较大程度上使第二相固溶与基体内部,减小第二相尺寸,增加了铝合金表面材料的均匀性。再经过铝合金阳极化工艺最终能得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极膜层。同时此工艺扩大了阳极氧化工艺参数范围,尤其适用于半导体真空腔体阳极密封面的改善,适用于高洁净,高耐蚀环境下的阳极处理需求,应用范围广。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,处理步骤如下:
步骤1)铝合金零件经过机械加工后,进行打磨抛光处理,抛光后达到所需的表面粗糙度;表面粗糙度要求Ra<0.8μm;
步骤2)抛光完成后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗;
步骤3)清洗后零件使用激光束快速扫描零件表面及密封面,对铝合金零件表面进行改性处理,达到阳极前铝合金第二相充分固溶在基体内部,减小第二相尺寸,增加铝合金表面材料的均匀性;
步骤4)激光处理后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗,高压蒸汽清洗零件表面,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒污染物;
步骤5)清洗后铝合金零件进行阳极氧化处理工艺,得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极密封膜层。
本发明优选技术方案是,步骤2)中零件脱脂清洗时间为1~20min,HCl酸洗为10~60s。
本发明优选技术方案是,步骤3)中所述激光束为光斑高斯光斑,高斯光斑直径为0.1~5mm,扫描速度10~50mm/s,离焦量-3~3mm,连续激光或脉冲激光,其中连续激光功率200~1500W,脉冲激光的峰值功率500~2000W,脉冲频率50~200kHz,脉冲宽度1~200ms。
本发明优选技术方案是,步骤3)中所述激光束还可以采用条形光斑、矩形光斑。
本发明优选技术方案是,步骤5)中阳极工艺包括本色硫酸阳极氧化工艺、硫酸加草酸混酸阳极氧化工艺、草酸阳极氧化工艺或硬质阳极氧化工艺。
本发明优选技术方案是,步骤5)所述制备出的阳极膜厚度为5~100μm。
本发明优选技术方案是,步骤1)中打磨抛光处理分别使用600#、800#、1000#、1200#、2000#砂纸依次去除零件机加工残留的加工纹路。
本发明优选技术方案是,铝合金包括2系、3系、4系、5系、6系、7系及8系铝合金。
本发明具有如下特点:
1.本发明工艺采用激光前处理铝合金表面,尤其是真空密封连接部位,去除表面的缺陷及大颗粒的第二相颗粒,达到铝合金基材表面组织结构及成分均匀的目的,为一下序的阳极氧化工艺提供成分均匀生长平台。
2.本发明工艺对同牌号的,不同厂家生产的铝合金表面进行改性后组织结构及成分基本相同,降低了阳极工艺对铝合金基材质量的依赖性。
3、本发明工艺扩大了阳极工艺的工艺范围。相同牌号,不同状态的铝合金可以用同一阳极氧化工艺制备出性能均一的阳极氧化膜。满足半导体制程当中的密封要求。
4、本发明工艺应用广泛,适用于需要做阳极氧化的2~8系全系铝合金产品,同时为类似需求的制程开发提供了方向和思路。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,处理步骤如下:
步骤1)铝合金零件经过机械加工后,进行打磨抛光处理,抛光后达到所需的表面粗糙度;表面粗糙度要求Ra<0.8μm;
步骤2)抛光完成后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗;
步骤3)清洗后零件使用激光束快速扫描零件表面及密封面,对铝合金零件表面进行改性处理,达到阳极前铝合金第二相充分固溶在基体内部,减小第二相尺寸,增加铝合金表面材料的均匀性;
步骤4)激光处理后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗,高压蒸汽清洗零件表面,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒污染物;
步骤5)清洗后铝合金零件进行阳极氧化处理工艺,得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极密封膜层。
步骤2)中零件脱脂清洗时间为1~20min,HCl酸洗为10~60s。
步骤3)中所述激光束为光斑高斯光斑,高斯光斑直径为0.1~5mm,扫描速度10~50mm/s,离焦量-3~3mm,连续激光或脉冲激光,其中连续激光功率200~1500W,脉冲激光的峰值功率500~2000W,脉冲频率50~200kHz,脉冲宽度1~200ms。
步骤3)中所述激光束还可以采用条形光斑、矩形光斑。
步骤5)中阳极工艺包括本色硫酸阳极氧化工艺、硫酸加草酸混酸阳极氧化工艺、草酸阳极氧化工艺或硬质阳极氧化工艺。
步骤5)所述制备出的阳极膜厚度为5~100μm。
步骤1)中打磨抛光处理分别使用600#、800#、1000#、1200#、2000#砂纸依次去除零件机加工残留的加工纹路。
本发明优选技术方案是,铝合金包括2系、3系、4系、5系、6系、7系及8系铝合金。
实施例1:
将2024铝合金零件经过机械加工后,工位表面粗糙度Ra<0.8μm,然后分别使用600#、800#、1000#、1200#、2000#砂纸依次去除机加工残留的加工纹路,经过抛光达到表面粗糙度Ra<0.1μm。
抛光完成后零件,依次采用脱脂清洗1min、HCl酸洗10s,对铝合金进行前处理,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒等污染物。
清洗后零件使用激光束快速扫描过零件表面及密封面,对铝合金材料表面进行改性处理。激光束光斑为高斯光斑直径为0.1mm,,功率为500W,扫描速度10mm/s,离焦量-3mm。
激光处理后零件,依次采用脱脂清洗1min、HCl酸洗10s,高压蒸汽清洗工件表面,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒等污染物。
清洗后铝合金零件进行硬质阳极氧化处理工艺,得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极密封膜层,膜层厚度为5μm。
实施例2:
将5083铝合金零件经过机械加工后,工位表面粗糙度<0.8μm,然后分别使用600#、800#、1000#、1200#、2000#砂纸依次去除机加工残留的加工纹路,经过抛光达到表面粗糙度Ra<0.2μm;
抛光完成后零件,依次采用脱脂清洗20min、HCl酸洗60s,对铝合金进行前处理,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒等污染物。
清洗后零件使用激光束快速扫描过零件表面及密封面,对铝合金材料表面进行改性处理。激光束光斑为高斯光斑直径为5mm,功率为1500W,扫描速度50mm/s,离焦量3mm。
激光处理后零件,依次采用脱脂清洗20min、HCl酸洗60s,高压蒸汽清洗工件表面,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒等污染物。
清洗后铝合金零件进行硫酸加混酸阳极氧化处理工艺,得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极密封膜层,膜层厚度为100μm。
实施例3:
将6061铝合金零件经过机械加工后,工位表面粗糙度<0.8μm,然后分别使用600#、800#、1000#、1200#、2000#砂纸依次去除机加工残留的加工纹路,经过抛光达到表面粗糙度Ra<0.4μm;
抛光完成后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗,对铝合金进行前处理,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒等污染物。
清洗后零件使用激光束快速扫描过零件表面及密封面,对铝合金材料表面进行改性处理。激光束光斑为矩形光斑直径为5mm,脉冲激光的峰值功率100W,脉冲频率50Hz,脉冲宽度1ms。扫描速度50mm/s,离焦量3mm。
激光处理后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗,高压蒸汽清洗工件表面,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒等污染物。
清洗后铝合金零件进行本色硫酸阳极氧化处理工艺,得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极密封膜层,膜层厚度为5μm。
实施例4:
将7075铝合金零件经过机械加工后,工位表面粗糙度<0.8μm,然后分别使用600#、800#、1000#、1200#、2000#砂纸依次去除机加工残留的加工纹路,经过抛光达到表面粗糙度Ra<0.4μm;
抛光完成后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗,对铝合金进行前处理,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒等污染物。
清洗后零件使用激光束快速扫描过零件表面及密封面,对铝合金材料表面进行改性处理。激光束光斑为矩形光斑直径为5mm,脉冲激光的峰值功率2000W,脉冲频率200Hz,脉冲宽度200ms。扫描速度50mm/s,离焦量0。
激光处理后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗,高压蒸汽清洗工件表面,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒等污染物。
清洗后铝合金零件进行草酸阳极氧化处理工艺,得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极密封膜层,膜层厚度为100μm。
Claims (8)
1.一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,其特征在于,
处理步骤如下:
步骤1)铝合金零件经过机械加工后,进行打磨抛光处理,抛光后达到所需的表面粗糙度;表面粗糙度要求Ra<0.8μm;
步骤2)抛光完成后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗;
步骤3)清洗后零件使用激光束快速扫描零件表面及密封面,对铝合金零件表面进行改性处理,达到阳极前铝合金第二相充分固溶在基体内部,减小第二相尺寸,增加铝合金表面材料的均匀性;
步骤4)激光处理后零件,依次采用脱脂清洗、HCl酸洗,高压蒸汽清洗零件表面,去除铝合金表面油渍、杂质、尘粒污染物;
步骤5)清洗后铝合金零件进行阳极氧化处理工艺,得到外观无缺陷且耐腐蚀性能优良的阳极密封膜层。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,其特征在于,步骤2)中零件脱脂清洗时间为1~20min,HCl酸洗为10~60s。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,其特征在于,步骤3)中所述激光束为光斑高斯光斑,高斯光斑直径为0.1~5mm,扫描速度10~50mm/s,离焦量-3~3mm,连续激光或脉冲激光,其中连续激光功率200~1500W,脉冲激光的峰值功率500~2000W,脉冲频率50~200kHz,脉冲宽度1~200ms。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,其特征在于,步骤3)中所述激光束还可以采用条形光斑、矩形光斑。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,其特征在于,步骤5)中阳极工艺包括本色硫酸阳极氧化工艺、硫酸加草酸混酸阳极氧化工艺、草酸阳极氧化工艺或硬质阳极氧化工艺。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,其特征在于,步骤5)所述制备出的阳极膜厚度为5~100μm。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,其特征在于,步骤1)中打磨抛光处理分别使用600#、800#、1000#、1200#、2000#砂纸依次去除零件机加工残留的加工纹路。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金阳极真空密封面处理工艺,其特征在于,铝合金包括2系、3系、4系、5系、6系、7系及8系铝合金。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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