DE69811446T4 - Metallic material or film with a fluorinated surface and fluorination process - Google Patents
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Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung1. area the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Metallmaterial oder eine Metallschicht mit einer fluorierten Oberflächenschicht, und ein Fluorierungsverfahren des Metallmaterials oder der Metallschicht. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung fluoriertes Metall bereit, auf dessen Oberfläche eine dicke Fluoridschicht die Korrosionsfestigkeit wesentlich erhöht. Das Metall kann in jeder Form vorliegen, die die Fähigkeit aufweist, die Fluoridschicht darauf auszubilden. Das Metall kann ein monolithisches Material oder eine monolithische Schicht sein, das/die auf dem Substrat ausgebildet ist.The present invention relates on a metal material or a metal layer with a fluorinated Surface layer and a fluorination process of the metal material or layer. In particular, the present invention provides fluorinated metal ready on its surface a thick layer of fluoride significantly increases the corrosion resistance. The Metal can be in any form that has the ability to cover the fluoride layer to train on it. The metal can be a monolithic material or a monolithic layer formed on the substrate is.
Insbesondere ist mit der erfindungsgemäßen Technologie beabsichtigt, dass das Metallmaterial oder die Metallschicht in einer Produktionsanlage für Halbleitervorrichtungen und dergleichen Verwendung findet, um eine äußerst vorteilhafte Korrosionsleistung gegen auf Halogen basierende korrosive Gase wie Gase auf Chlor-, Fluor- oder Brombasis zu realisieren.In particular, with the technology according to the invention intends that the metal material or layer in a production plant for Semiconductor devices and the like are used to be extremely advantageous Corrosion performance against halogen-based corrosive gases such as Realize gases based on chlorine, fluorine or bromine.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik2. Description of the related State of the art
Im Herstellungsprozess von Halbleitern werden auf Halogen basierende, reaktive und stark korrosive Sondergase wie Wasserstoffchlorid (HCl), Bortrichlorid (BCl3), Fluor (F2), Stickstofftrifluorid (NF3), Chlortrifluorid (ClF3) und Wasserstoffbromid (HBr) verwendet. Diese Gase werden durch das Vorhandensein von Wasser in der Umgebung leicht hydrolysiert, wodurch Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure und dergleichen entsteht. Das Metallbaumaterial oder die Metallschicht eines Ventils, einer Kupplung, von Verrohrungen, einer Reaktionskammer u. dgl. zur Verarbeitung dieser Gase korrodiert leicht und Probleme treten auf.Halogen-based, reactive and highly corrosive special gases such as hydrogen chloride (HCl), boron trichloride (BCl 3 ), fluorine (F 2 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), chlorine trifluoride (ClF 3 ) and hydrogen bromide (HBr) are used in the semiconductor manufacturing process. These gases are easily hydrolyzed by the presence of water in the environment, thereby producing hydrochloric acid, hydrofluoric acid, hydrobromic acid and the like. The metal building material or the metal layer of a valve, a coupling, piping, a reaction chamber and the like. Like. For processing these gases corrodes easily and problems arise.
Zusätzlich werden diese korrosiven Gase in Plasma umgewandelt oder durch Wärme zersetzt. Sie zerfallen zu aktiven Atomarten und werden zum Ätzen der Oxid- oder der Metallschicht verwendet, oder werden auch zur Trockenreinigung der Reaktionskammer verwendet. Vor kurzem stieg bei der Herstellung von Super-ULSIs und dem Herstellungsprozess von Flüssigkristallen die Menge solcher verwendeter Gase sprunghaft an. Höchste Reinheitsgüte und Korrosionsleistung für die Anlagenmaterialien wie die Oberfläche einer Reaktionskammer ist unabdingbar.In addition, these become corrosive Gases converted into plasma or decomposed by heat. They crumble become active atom types and become the etching of the oxide or metal layer used, or are also used for dry cleaning of the reaction chamber used. Recently, the production of super ULSIs increased and the manufacturing process of liquid crystals the amount of such used gases suddenly. Highest purity and corrosion performance for the Plant materials like the surface of a reaction chamber essential.
Da Fluorgas mit Inertgas (Krypton, Neon, Argon) gemischt und im Feld eines Excimerlasers zur Schwingung gebracht wird, ist eine äußerst strikte Korrosionsleistung gegen die Fluorradikalen für die Materialoberfläche einer Anlage erforderlich.Since fluorine gas with inert gas (Krypton, Neon, argon) mixed and vibrated in the field of an excimer laser brought is an extremely strict one Corrosion performance against the fluorine radicals for the material surface System required.
Elektrolytisch polierter Edelstahl SUS 316L kann angeblich die vorstehend beschriebenen Probleme lösen und wird für gewöhnlich auch eingesetzt. Solcher Edelstahl wird vor der Verwendung bei 250°C einer Hitzebehandlung unterzogen. Dennoch erfüllt die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl die Erfordernisse nicht auf zufriedenstellende Weise.Electrolytically polished stainless steel SUS 316L is said to solve the problems described above and is for usually also used. Such stainless steel is heat treated at 250 ° C before use subjected. Still fulfilled the corrosion resistance of stainless steel the requirements are not satisfactory.
Verschiedene Legierungen auf Nickelbasis wurden deshalb bei hoher Temperatur mit Halogengas wie gasförmiger Salzsäure eingesetzt.Various nickel-based alloys were therefore used at high temperature with halogen gas such as gaseous hydrochloric acid.
Dennoch blieben auch diesbezüglich verschiedene Probleme ungelöst.Nonetheless, there remained several in this regard Problems unresolved.
Als erstes ist das Metallmaterial selbst teuer. Die Formbarkeit des Metallmaterials zu Teilen einer Anlage ist schlecht. Dies führt schließlich zu einem erheblichen Kostenanstieg der Anlage. Darüber hinaus wird die Korrosionsbeständigkeit nur durch eine begrenzte Zusammensetzung erreicht. Beispielsweise weist Hastelloy-C (Ni-Cr-Mo-W-Legierung) eine äußerst verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegen oxidierende Säure auf, und weist auch eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit sogar gegen Reduktionssäure wie Salzsäure auf, wenn es bei Raumtemperatur verwendet wird. Zusätzlich weist Hastelloy-C eine merkliche Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion und Spaltkorrosion auf. Dennoch wird darauf hingewiesen, dass, da die Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy-C gegen die vorstehend erwähnten Fluorgase und Fluorradikalen schlecht ist, Hastelloy-C nicht verwendet werden kann.First is the metal material itself expensive. The formability of the metal material into parts of one Facility is bad. this leads to finally to a significant increase in the cost of the system. Furthermore becomes the corrosion resistance only achieved through a limited composition. For example Hastelloy-C (Ni-Cr-Mo-W alloy) has an extremely improved corrosion resistance against oxidizing acid, and also has improved corrosion resistance even against reducing acid like Hydrochloric acid, when used at room temperature. Hastelloy-C also has one noticeable resistance to Pitting corrosion and crevice corrosion. However, it should be noted that there the corrosion resistance by Hastelloy-C against the aforementioned fluorine gases and fluorine radicals is bad, Hastelloy-C cannot be used.
Bisher wurde ein großer Forschungsaufwand im Hinblick auf die Passivierungstechnik beim Gebrauch von Fluorgas betrieben. Es ist bekannt, dass eine Passivierungsschicht in der Größenordnung von Angström-Einheiten auf der Metalloberfläche von Nickel ausgebildet wird, um die Korrosionsbeständigkeitsfunktion herzustellen.So far there has been a lot of research with regard to the passivation technology when using fluorine gas operated. It is known that a passivation layer in the Magnitude of angstrom units on the metal surface of nickel is formed to produce the corrosion resistance function.
Zusätzlich bezieht sich die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (kokai) Nr. 2-263972 auf die Erfindung mit dem Titel „Metallic Materials with Fluorinated Passivation Film Formed Thereon and Apparatus with the Use of such Metallic Materials" (Metallmaterialien mit darauf ausgebildeter fluorierter Passivierungsschicht und Vorrichtung zur Verwendung solcher Metallmaterialien). Die Veröffentlichung offenbart das Metallmaterial oder die Metallschicht, auf der die Passivierungsschicht ausgebildet wird, und eine Vorrichtung, in der das Metallmaterial und die Metallbeschichtung verwendet wird. In dieser Veröffentlichung wird eine Passivierungsschicht mittels Fluorgas auf dem Metall ausgebildet, das aus mindestens einem der Metalle Nickel, Nickellegierung, Aluminium, Aluminiumlegierung, Kupfer, Kupferlegierung und Chrom ausgewählt ist. Die offenbarte Korrosionsbeständigkeit ist von verbesserter Güte. Allerdings ist die ausgebildete Schicht 1000 bis 3000 Angström dick und somit ultradünn. Der Oberflächenzustand der zu fluorierenden Platten aus Aluminium, Edelstahl, Kupfer und Nickel ist in dieser Veröffentlichung eine polierte Fläche.In addition, Japanese Unexamined Patent Publication (kokai) No. 2-263972 relates to the invention entitled "Metallic Materials with Fluorinated Passivation Film Formed Thereon and Apparatus with the Use of such Metallic Materials" The publication discloses the metal material or the metal layer on which the passivation layer is formed and an apparatus in which the metal material and the metal coating are used tion layer formed by means of fluorine gas on the metal, which is selected from at least one of the metals nickel, nickel alloy, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy and chromium. The corrosion resistance disclosed is of improved quality. However, the layer formed is 1000 to 3000 angstroms thick and thus ultra-thin. The surface condition of the aluminum, stainless steel, copper and nickel plates to be fluorinated is a polished surface in this publication.
Zusätzlich bezieht sich die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (kokai) Nr. 2-175855 auf ein Metallmaterial oder eine Metallschicht, auf dem/der die fluorierte Passivierungsschicht ausgebildet wird, sowie auf eine Vorrichtung, in der das Metallmaterial und die Metallschicht verwendet wird. Die Veröffentlichung offenbart ein Verfahren, um auf der Oberfläche von Edelstahl eine gemischte Fluoridschicht aus Eisen- und Chromfluorid auszubilden. Eine fluorierte Passivierungsschicht in der Größenordnung von unter einem Mikron Dicke, sowie das Material mit einer solchen Schicht sind offenbart. Eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit ist offenbart. Die Dicke der ausgebildeten Schicht beträgt 4000 Angström und ist ultradünn. Im übrigen wird poliertes SUS316L-Blech der Fluorierung unterzogen.In addition, the unchecked Japanese refers Patent publication (kokai) No. 2-175855 on a metal material or a metal layer, on which the fluorinated passivation layer is formed, and a device in which the metal material and the metal layer is used. The publication discloses a method of mixing on the surface of stainless steel Form fluoride layer from iron and chromium fluoride. A fluorinated one Passivation layer in the order of magnitude of less than a micron in thickness, as well as the material with such Layer are revealed. An improved corrosion resistance is disclosed. The thickness of the layer formed is 4000 angstrom and is ultra thin. Furthermore polished SUS316L sheet is subjected to fluorination.
Da die fluorierten Passivierungsschichten, die in den vorstehend genannten Veröffentlichungen ausgebildet werden, ca. 4000 Angström oder weniger dick sind, werden sie leicht durch Materialfehler, Reibung u. dgl. entfernt. Es ist deshalb schwierig zu sagen, ob sich die Schichten von den Gesichtspunkten der Haltbarkeit und Langlebigkeit her als Material für Herstellungsanlagen von Halbleitervorrichtungen eignen.Because the fluorinated passivation layers, those trained in the above publications about 4000 angstroms or less thick, they are easily made by material defects, Friction and Like. Removed. It is therefore difficult to say whether the layers from the point of view of durability and longevity forth as material for Manufacturing systems of semiconductor devices are suitable.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Probleme zu lösen, mit denen der vorstehende Stand der Technik zu kämpfen hatte. Die herkömmlichen Passivierungstechniken sind dadurch gekennzeichnet, dass die Materialoberfläche durch Polieren u. dgl. gereinigt und dann fluoriert wird, um sie zu passivieren. Man entdeckte, dass, wenn die Oberfläche oxidiert wird, um sie zu passivieren, und sie danach fluoriert wird, nicht nur die passivierte und oxidierte Oberfläche überraschender Weise der Fluorierung nichts entgegensetzt, sondern auch eine ziemlich dicke fluorierte Schicht ausgebildet werden kann.The present invention aims to achieve this starting to solve the problems with which the above prior art had to struggle. The conventional Passivation techniques are characterized in that the material surface is characterized by Polishing and Like. Is cleaned and then fluorinated to passivate them. It was discovered that when the surface is oxidized to it passivate, and afterwards it is fluorinated, not just the passivated one and oxidized surface more surprising Way of fluorination nothing opposes, but also quite a thick fluorinated layer can be formed.
Die Patentveröffentlichung
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fluoriertes Metall mit einer dicken, stabilen und ausgezeichnet haltbaren Fluoridschicht bereitzustellen.It is a task of the present Invention, a fluorinated metal with a thick, stable and excellent provide durable fluoride layer.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Metallfluorierungsverfahren bereitzustellen, das eine dicke, stabile und ausgezeichnet haltbare Fluoridschicht ausbilden kann.It is also an object of the present Invention to provide a metal fluorination process that form a thick, stable and extremely durable fluoride layer can.
Die vorliegende Erfindung ist durch die Ansprüche 1 bis 6 definiert und bezieht sich auf ein fluoriertes Metall und ein Metallfluorierungsverfahren. Die Ansprüche 1 bis 3 beziehen sich auf ein fluoriertes Metall mit einer fluorierten Schicht, bei dem mindestens ein Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Nickel, Kupfer und Silber besteht. Sie wird dadurch ausgebildet, dass entweder eine Oberfläche eines monolithischen Metalls oder eine Oberfläche einer auf einem monolithischen Material ausgebildeten dünnen Metallschicht zwangsoxidiert wird; und danach die zwangsoxidierte Oberfläche fluoriert wird, um 1 μm oder mehr fluorierte Schichtdicke zu erhalten. Diese fluorierte Schicht besteht aus einer ersten Schicht, die im wesentlichen aus einem Fluorid des Metalls besteht, und aus einer zweiten Schicht des Metalls, die unter der ersten Schicht liegt, und in die Fluor diffundiert ist.The present invention is through the requirements 1 to 6 defines and refers to a fluorinated metal and a metal fluorination process. Claims 1 to 3 relate to a fluorinated metal with a fluorinated layer in which at least selected a metal from the group which is made of aluminum, nickel, copper and silver. she will formed by either a surface of a monolithic metal or a surface a thin metal layer formed on a monolithic material is forcibly oxidized; and then fluorinated the positively oxidized surface is around 1 μm or to get more fluorinated layer thickness. This fluorinated Layer consists of a first layer, which consists essentially of a fluoride of the metal, and a second layer of the metal that lies under the first layer and into the fluorine is diffused.
Die Ansprüche 4 bis 6 beziehen sich auf ein Metallfluorierungsverfahren, das folgende Schritte umfasst: Zwangsoxidieren entweder einer Oberfläche eines monolithischen Metalls oder einer Oberfläche einer dünnen Metallschicht auf einem monololithischen Material durch ein Oxidationsmaterial, bei dem mindestens ein Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Nickel, Kupfer und Silber besteht; und die sich ergebende zwangsoxidierte Schicht mit einem Fluorierungsgas in Berührung zu bringen, um eine fluorierte Schicht auszubilden, die eine Dicke von 1 μm oder mehr aufweist. Das Metall ist Aluminium, wobei die fluorierte Schicht aus einer ersten Schicht besteht, die im wesentlichen aus einem Aluminiumfluorid besteht, und aus einer zweiten Schicht aus dem monolithischen Aluminium, die unter der ersten Schicht liegt, und in die Fluor diffundiert ist.Claims 4 to 6 relate to a metal fluorination process comprising the following steps: Forcibly oxidize either a surface of a monolithic metal or a surface a thin one Metal layer on a monololithic material by an oxidation material, in which at least one metal is selected from the group, which consists of aluminum, nickel, copper and silver; and the resulting positively oxidized layer in contact with a fluorination gas bring to form a fluorinated layer that has a thickness of 1 μm or more. The metal is aluminum, with the fluorinated layer consists of a first layer, which essentially consists of a Aluminum fluoride, and a second layer from the monolithic aluminum, which lies under the first layer, and into which fluorine has diffused.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden ausführlich beschrieben.The present invention is described in following in detail described.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS THE INVENTION
Das Metall, das in der vorliegenden Erfindung fluoriert wird, reagiert mit Fluor und bildet ein stabiles Fluorid, und es werden Nickel, Kupfer, Silber und Aluminium ausgewählt, da deren Korrosionsbeständigkeit durch Fluorierung stark erhöht wird. Eisen wird in der vorliegen den Erfindung ausgeschlossen, da das entstehende Eisenfluorid sich aufgrund von Luftfeuchtigkeit zersetzt und auflöst. In einer feuchtigkeitshaltigen Umgebung (Einwirkung von Luft) wird Korrosion deshalb begünstigt. Somit besteht die Gefahr, dass ein praktisches Problem auftritt.The metal fluorinated in the present invention reacts with fluorine to form a stable fluoride, and nickel, copper, silver and aluminum are selected because their corrosion resistance is greatly enhanced by fluorination. Iron is excluded in the present invention because the iron fluoride formed decomposes and dissolves due to atmospheric moisture. In a moist environment corrosion (exposure to air) is therefore favored. So there is a danger that a practical problem arises.
Das Metall kann eine Legierung sein, die Nickel und Al, Cu und/oder Ag enthält.The metal can be an alloy which contains nickel and Al, Cu and / or Ag.
Zusätzlich kann die nach der vorliegenden Erfindung zu fluorierende Metallschicht eine durch elektrolytisches Galvanisieren, autokatalytisches Beschichten, physikalische Bedampfung (PVD) u. dgl. hergestellte Schicht aus Nickel, Silber oder Aluminium oder eine Legierung sein, die mindestens eines davon enthält.In addition, according to the present Invention to be fluorinated metal layer by electrolytic Electroplating, autocatalytic coating, physical vapor deposition (PVD) u. Like manufactured layer of nickel, silver or aluminum or an alloy containing at least one of them.
Als elektrolytisches Galvanisieren wird Ni-Galvanisieren, Ni-Cu-Galvanisieren, Ni-W-Galvanisieren u. dgl. erwähnt. Als autokatalytisches Beschichten wird Ni-P-, Ni-B-, Ni-P-W-, Ni-P-B-Beschichten u. dgl. genannt. Zusätzlich wird als PVD das Sputtern von Ni oder seiner Legierung erwähnt.As electrolytic electroplating will Ni plating, Ni-Cu plating, Ni-W electroplating and Like mentioned. Ni-P, Ni-B, Ni-P-W, Ni-P-B coating is used as the autocatalytic coating u. Like called. additionally sputtering of Ni or its alloy is mentioned as PVD.
Verschiedene Materialien werden als Substrat zur Ausbildung einer Schicht genannt. Darunter fallen verschiedene Metallmaterialien wie Edelstahl, Aluminiumlegierung, Stähle und ähnliches, gesintertes Metall, Keramik, technische Kunststoffe. Diese Materialien werden vor der Ausbildung der Metallschicht bekannten Oberflächenbehandlungen wie Entfetten, Beizen, Polieren und Abstrahlen unterzogen.Different materials are considered Called substrate to form a layer. This includes various Metal materials such as stainless steel, aluminum alloy, steel and the like, sintered metal, ceramics, engineering plastics. These materials become known surface treatments before the formation of the metal layer such as degreasing, pickling, polishing and blasting.
In der folgenden Beschreibung aber vor den Beispielen wird das Metall(legierungs)material und die Metall(legierungs)schicht als „Metall" abgekürzt. In der vorliegenden Erfindung wird die Metalloberfläche zuerst zwangsoxidiert und danach wird die Metalloxidschicht mit Fluor zur Reaktion gebracht. Entsprechend der natürlichen Oxidation beträgt die Dicke der Oxidschicht von einigen zehn bis höchstens einigen hundert Angström. Zusätzlich sind die Metalle, auf denen im Falle natürlicher Oxidation ein starkes Oxid ausgebildet werden kann, auf die spezifizierten Metalle wie Aluminium beschränkt. Der Begriff „natürliche Oxidation ist im GLOSSARY OF TECHNICAL TERMS IN JAPANESE INDUSTRIAL STANDARDS, vierte Ausgabe (S. 729) definiert und bedeutet die Oxidationsreaktion, die in Luft ohne künstliche Beschleunigung abläuft. Die natürliche Oxidationsschicht bei Aluminiumwerkstoffen ist hinlänglich bekannt (siehe Fundamentals and Industrial Techniques of Aluminum Materials (auf japanisch), veröffentlicht am 1. Mai 1985, Seite 186.)In the following description, however Before the examples, the metal (alloy) material and the metal (alloy) layer abbreviated as "metal". In In the present invention, the metal surface is first oxidized and the metal oxide layer is then reacted with fluorine. According to the natural Oxidation is the thickness of the oxide layer from a few tens to a maximum of a few hundred angstroms. In addition are the metals on which in the case of natural oxidation a strong Oxide can be formed on the specified metals such as Aluminum limited. The term "natural oxidation is in the GLOSSARY OF TECHNICAL TERMS IN JAPANESE INDUSTRIAL STANDARDS, fourth edition (p. 729) defines and means the oxidation reaction, the in air without artificial Acceleration expires. The natural oxidation layer aluminum materials are well known (see Fundamentals and Industrial Techniques of Aluminum Materials (in Japanese), released on May 1, 1985, page 186.)
Das Zwangsoxidationsverfahren, das in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, wird nachstehend noch ausführlich beschrieben. Wenn die Fluorierung nach der Zwangsoxidation ausgeführt wird, findet die Substitutionsreaktion von Sauerstoff und Fluor statt, um die fluorierte Schicht zu bilden. Die Dicke der fluorierten Schicht nimmt deshalb proportional zur Dicke der zwangsoxidierten Schicht zu und beträgt bis zu mehrere zehn μm. Wenn aber die zwangsoxidierte Schicht extrem dick wird, ist ihre Anhaftung am Substrat verringert. Die Dicke der Schicht scheint auf 10 μm begrenzt zu sein. Indem die Dicke der Oxidschicht, die sich auf der Oberfläche bildet, gesteuert wird, kann die Dicke des Fluorids, das sich auf der Metalloberfläche bildet, dicker ausgelegt werden als diejenige die durch die sogenannte Passivierung erhalten wird. Aluminiumlegierungen, Kupfer, Nickel oder seine Legierungen besitzen eine Affinität zu Sauerstoff und von daher bildet sich schnell eine natürliche Oxidschicht auf der Oberfläche an der Atmosphäre. Diese natürliche Oxidschicht hat eine extrem dichte Struktur und ist auch chemisch stabil.The forced oxidation process, the used in the present invention will be described below in detail described. If the fluorination is carried out after the forced oxidation, the substitution reaction of oxygen and fluorine takes place, to form the fluorinated layer. The thickness of the fluorinated layer therefore increases in proportion to the thickness of the positively oxidized layer to and is up to several tens of μm. But if the positively oxidized layer becomes extremely thick, it is yours Adhesion to the substrate reduced. The thickness of the layer seems to 10 μm to be limited. By adjusting the thickness of the oxide layer that is on the surface forms, is controlled, the thickness of the fluoride that is on the metal surface forms, are designed thicker than that by the so-called Passivation is obtained. Aluminum alloys, copper, nickel or its alloys have an affinity for oxygen and therefore a natural forms quickly Oxide layer on the surface in the atmosphere. This natural Oxide layer has an extremely dense structure and is also chemical stable.
Aufgrund der vorhandenen Oxidschicht wird deshalb bei Normaltemperatur eine Sauerstoffdiffusion ins Innere des Metalls verhindert. Selbst wenn sie über eine lange Zeitdauer der Atmosphäre ausgesetzt ist, behält die natürliche Oxidschicht die ultradünne Dicke von nur einigen zehn bis hundert Angström. Es ist deshalb notwendig, die Oxidschicht mittels der sogenannten Zwangsoxidation dicker zu machen. In der vorliegenden Erfindung wird ein Werkstück mit einer natürlichen Oxidschicht nicht direkt fluoriert, sondern erst zwangsoxidiert und dann fluoriert. Die Dicke der zwangsoxidierten Schicht ist größer als die der natürlichen Oxidschicht und beträgt vorzugsweise 1000 Angström oder mehr.Due to the existing oxide layer there is therefore an oxygen diffusion into the interior at normal temperature of the metal prevented. Even if they are over a long period of time the atmosphere is exposed The natural Oxide layer the ultra thin Thickness of only a few tens to a hundred angstroms. It is therefore necessary the oxide layer thickens by means of the so-called forced oxidation do. In the present invention, a workpiece with a natural Oxide layer is not directly fluorinated, but only positively oxidized and then fluorinated. The thickness of the positively oxidized layer is greater than that of natural Oxide layer and is preferably 1000 angstroms or more.
Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Dauerhaftigkeit der so ausgebildeten Fluoridschicht werden in solch einem Grad verbessert, dass sie in der Praxis zufriedenstellend einsetzbar ist.Wear resistance, corrosion resistance and durability of the fluoride layer thus formed are in improved to such a degree that they are satisfactory in practice can be used.
Die Fluoridschicht ist im weiteren Sinne eine Schicht, die im wesentlichen aus Fluorid besteht. Fluorierung hat hier eine wesentliche Bedeutung. Und zwar ist es nicht notwendig, dass 100% des Metalls durch Fluorid ersetzt werden müssen. Der Sauerstoff wird jedoch vorzugsweise bis zu einem Grad durch Fluor ersetzt, der niedriger ist als die Nachweisgrenze von Sauerstoff. Das Metall muss nicht unbedingt gleichmäßig fluoriert sein. Statt dessen kann die fluorierte Schicht ungleichmäßig dick sein, und der Fluoridbereich und der Fluordiffusionsbereich können vermischt sein.The fluoride layer is in the further Meaning a layer that consists essentially of fluoride. fluorination has an essential meaning here. And it is not necessary that 100% of the metal has to be replaced by fluoride. The However, oxygen is preferred to a degree by fluorine which is lower than the detection limit of oxygen. The metal does not necessarily have to be uniformly fluorinated. Instead the fluorinated layer may be unevenly thick, and the fluoride region and the fluorine diffusion area be mixed.
Wird die Fluorierung nach der Zwangsoxidation durchgeführt, wird nicht nur bloß die Oxidationsschicht durch Fluor ersetzt, um Fluorid zu bilden, sondern Fluor diffundiert auch in die Metallmasse, mit dem Ergebnis, dass eine dicke fluorierte Schicht ausgebildet werden kann. In diesem Fall besteht die fluorierte Schicht aus der ersten Schicht, die im wesentlichen aus metallischem Fluorid besteht, und einer zweiten Schicht, die unter der ersten Schicht liegt, und in die Fluor diffundiert ist.Will the fluorination after the forced oxidation carried out, will not just be the Oxidation layer replaced by fluorine, but to form fluoride Fluorine also diffuses into the metal mass, with the result that a thick fluorinated layer can be formed. In this Case, the fluorinated layer consists of the first layer, the consists essentially of metallic fluoride, and a second Layer that lies below the first layer and diffuses into the fluorine is.
Die sogenannte Gasphasenoxidation ist ein Mittel, die Zwangsoxidation herbeizuführen. In diesem Fall ist Sauerstoff oder ein Gasgemisch davon mit neutralem oder Inertgas vorzuziehen. Zusätzlich sind auch Distickstoffoxid, Stickstoffdioxid, Ozon oder eine Mischung von diesen mit neutralem oder Intergas vorzuziehen. In diesen Fällen werden die Gase bei hoher Temperatur mit dem Metall in Berührung gebracht.The so-called gas phase oxidation is a means of causing forced oxidation. In this case it is oxygen or prefer a gas mixture thereof with neutral or inert gas. additionally are also nitrous oxide, nitrogen dioxide, ozone or a mixture of these to be preferred with neutral or intergas. In these cases the gases are brought into contact with the metal at high temperature.
Flüssigphasenoxidation kann als weiteres Mittel für die Zwangsoxidation genannt werden. Diese kann durch Eintauchen in eine Lösung wie Salpetersäure- und Wasserstoffperoxidwasser durchgeführt werden.Liquid phase oxidation can be as further funds for called the forced oxidation. This can be done by immersion into a solution like nitric acid and hydrogen peroxide water can be carried out.
Darüber hinaus kann das Metallmaterial zur Ausbildung einer Oxidschicht auf seiner Oberfläche unter Verwendung eines Elektrolyts wie Alkali anodisch oxidiert werden. In diesem Fall ist der sich auf der Anode bildende Sauerstoff ein Mittel zur Zwangsoxidation.In addition, the metal material to form an oxide layer on its surface using of an electrolyte such as alkali are anodized. In this The case is that the oxygen that forms on the anode is a means of Forced oxidation.
Es ist im Fall von Aluminiumlegierungen weithin bekannt, dass eine Oxidschicht, die einige Mikrometer bis einige zehn Mikrometer beträgt, auf der Oberfläche der Aluminiumlegierungen durch das sogenannte Eloxalverfahren (anodische Oxidationbehandlung) ausgebildet werden kann. Es wurde praktisch umgesetzt und kann deshalb verwendet werden.It is in the case of aluminum alloys widely known to have an oxide layer that is a few microns up is a few tens of micrometers, on the surface of aluminum alloys through the so-called anodizing process (anodic Oxidation treatment) can be formed. It became practical implemented and can therefore be used.
Wie nachstehend beschrieben wird, können die Verfahren zur Zwangsoxidation je nach den Bedingungen wie Dicke der Oxidationsschicht und Metallart miteinander kombiniert werden.As described below can the methods of forced oxidation depending on the conditions such as thickness the oxidation layer and metal type can be combined.
Die Gase, die sich zur Verwendung für die Fluorierung eignen, sind 100%-ige Gase wie Fluor, Chlortrifluorid und Stickstofftrifluorid, deren durch Inertgase wie Stickstoff, Helium, Argon u. dgl. verdünnten Gase, oder Plasmagase von Fluor o. dgl. Die Fluorierung ist ein Herstellungsverfahren für eine Fluordiffusionsschicht und einer Fluoridschicht, indem die Gase mit der Oxidationsschicht in Berührung gebracht werden, die sich auf der Oberflächenschicht des Metalls gebildet hat.The gases that are for use for the Suitable for fluorination are 100% gases such as fluorine, chlorine trifluoride and nitrogen trifluoride, which are caused by inert gases such as nitrogen, Helium, argon and the like. Diluted gases or the like Plasma gases from fluorine or the like. Fluorination is a manufacturing process for one Fluorine diffusion layer and a fluoride layer by the gases in contact with the oxidation layer brought, which are formed on the surface layer of the metal Has.
Konkret ist die folgende Implementierung möglich. Und zwar wird das wie vorstehend beschriebene Metall in einen mit Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Während das Oxidationsgas fließt, wird der Reaktionsofen auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt und eine vorbestimmte Zeit lang darauf gehalten. Der Ofen wird dann mit Fluorierungsgas bei einer vorbestimmten Temperatur befüllt. Die Reaktion findet eine vorbestimmte Zeit lang statt, um die Oberfläche zu fluorieren. In diesem Fall wird das Metall, bevor es in den Ofen eingebracht wird, wie üblich entfettet und abgetrocknet, und danach findet die Zwangsoxidation statt. Die Reinheit der danach ausgebildeten zwangsoxidierten Schicht ist deshalb höher und es bilden sich keine Defekte in der Schicht. Da eine dünne natürliche Oxidschicht von einigen zehn Angström, die auf der Metallfläche verblieb, zusammen mit der Masse zwangsoxidiert wird, muss die dünne natürliche Oxidschicht vor der Zwangsoxidation nicht entfernt werden.The following implementation is specific possible. Namely, the metal as described above is in one Normal pressure working gas phase flow reaction furnace introduced. While the oxidizing gas flows the reaction furnace is heated to a predetermined temperature and held thereon for a predetermined time. The oven will then filled with fluorination gas at a predetermined temperature. The Reaction takes place for a predetermined time to fluorinate the surface. In this case, the metal is placed in the furnace before it will, as usual degreased and dried, and then the forced oxidation takes place instead of. The purity of the subsequently oxidized layer is therefore higher and there are no defects in the layer. Because a thin natural oxide layer of some ten angstroms that on the metal surface What remains, together with the mass, is the thin natural oxide layer must not be removed before forced oxidation.
Zusätzlich beträgt die Temperatur eines Reaktionsofens zum Zwangsoxidieren von Nickel und Kupfer üblicherweise 200°C bis 600°C, insbesondere vorzugsweise 300°C bis 500°C.In addition, the temperature of a reaction furnace is for the forced oxidation of nickel and copper usually 200 ° C to 600 ° C, in particular preferably 300 ° C up to 500 ° C.
Die Reaktionszeit beträgt für gewöhnlich 1 Stunde bis 48 Stunden, insbesondere vorzugsweise 3 bis 24 Stunden. Aluminium wird vorzugsweise anodisch oxidiert.The response time is usually 1 Hour to 48 hours, particularly preferably 3 to 24 hours. Aluminum is preferably anodized.
Die Fluorierungstemperatur beträgt für gewöhnlich 100°C bis 700°C, insbesondere vorzugsweise 150°C bis 500°C bei Normaldruck. Zusätzlich beträgt die Reaktionszeit für gewöhnlich 1 bis 48 Stunden, insbesondere vorzugsweise 3 bis 24 Stunden. Unter der bevorzugten Temperatur und Zeit wird der Sauerstoff der zwangsoxidierten Schicht nicht ausreichend durch Fluor ersetzt und darüber hinaus ist die Diffusion von Fluor aus der Oberseite nicht zufriedenstellend. Werden andererseits die Temperatur- und Zeitobergrenzen überschritten, ist die Fluorreaktion so abrupt, dass sich Risse in der entstandenen Schicht bilden.The fluorination temperature is usually 100 ° C to 700 ° C, especially preferably 150 ° C up to 500 ° C at normal pressure. additionally is the response time for usually 1 to 48 hours, particularly preferably 3 to 24 hours. Under the preferred temperature and time becomes the oxygen of the positively oxidized Layer not adequately replaced by fluorine and beyond the diffusion of fluorine from the top is not satisfactory. On the other hand, if the temperature and time limits are exceeded, the fluorine reaction is so abrupt that cracks appear in the resulting Form a layer.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die Beispiele ausführlicher beschrieben, bei denen die elektrolytisch Ni-beschichtete und die autokatalytische Ni-beschichtete Schicht fluoriert wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keinesfalls durch die nachstehend beschriebenen Beispiele eingeschränkt.The present invention is made with Reference to the examples in more detail described, in which the electrolytically Ni-coated and the autocatalytic Ni-coated layer is fluorinated. The present invention is by no means by the examples described below limited.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS
Beispiele der OberflächenbehandlungExamples the surface treatment
Herstellungsbeispiel 1 (Schicht aus elektrolytischer Nickelbeschichtung)Production Example 1 (Layer of electrolytic nickel coating)
Die Beschichtung wurde unter Verwendung handelsüblich erhältlicher glänzender Nickelbeschichtungsreagenzien des sogenannten Wattbads durchgeführt, das hauptsächlich aus NiSO4 (Nickelsulfat), NiCl2 (Nickelchlorid), H3BO3 (Borsäure), und Glanzbildnern besteht. Edelstahl (SUS 316L) wurde zuvor einer Oberflächenbehandlung durch Beizen unterzogen. Dann wurde sich eine Schicht gebildet, indem ein Strom mit einer Stromdichte von 1 A/dm2 eine vorbestimmte Zeit lang zugeführt wurde.The coating was carried out using commercially available shiny nickel coating reagents from the so-called Watt bath, which mainly consists of NiSO 4 (nickel sulfate), NiCl 2 (nickel chloride), H 3 BO 3 (boric acid), and brighteners. Stainless steel (SUS 316L) was previously subjected to a surface treatment by pickling. Then, a layer was formed by supplying a current with a current density of 1 A / dm 2 for a predetermined time.
Herstellungsbeispiel 2 (Schicht aus autokatalytischer Nickelbeschichtung)Production Example 2 (Layer of autocatalytic nickel coating)
Das saure chemische Nickelbeschichten, das als sogenanntes chemisches Beschichten bezeichnet wird, wurde dann praktisch durchgeführt. Reagenzien, die auf der Reduktion mit Phosphor(I)-säure basieren, sind im Handel erhältlich. Die Reagenzien, die im vorliegenden Herstellungsverfahren verwendet wurden, waren ein im Handel erhältliches Reagens für chemisches Nickelbeschichten, wobei Dimethylaminboran als Reduktionsmittel verwendet wurde, und ein im Handel erhältliches Reagens für chemisches Nickelbeschichten, bei dem Wert auf die Korrosionsbeständigkeit gelegt wird, also das Nickel-Phosphor-Beschichten (Ni-P-Legierungsbeschichten).That acid chemical nickel plating, which is referred to as so-called chemical coating then practically performed. Reagents based on the reduction with phosphoric (I) acid are available in the stores. The reagents used in the present manufacturing process were commercially available Reagent for chemical nickel plating, using dimethylamine borane as a reducing agent and a commercially available chemical reagent Nickel plating, with emphasis on corrosion resistance is placed, so the nickel-phosphor coating (Ni-P alloy coating).
Diese Reagenzien bestanden aus 25 g/l NiSO4 (Nickelsulfat) als Hauptbestandteil, 20 g/l NaHPO2 (Natriumphosphinat) als Reduktionsmittel, einem Komplexbildner, einem Stabilisator und einem Glanzbildner.These reagents consisted of 25 g / l NiSO 4 (nickel sulfate) as the main component, 20 g / l NaHPO 2 (sodium phosphinate) as a reducing agent, a complexing agent, a stabilizer and a brightener.
Wie im Herstellungsbeispiel 1 wurden die Edelstahlplatten zunächst einer Oberflächenbehandlung unterzogen, dann in ein Elektrolytlösungsbad getaucht, das auf eine Temperatur von 90° erhitzt worden war, um eine bestimmte Zeit lang eine Reaktion hervorzurufen und dadurch eine Schicht auszubilden.As in Production Example 1 the stainless steel plates first a surface treatment subjected, then immersed in an electrolytic solution bath, the on heated to a temperature of 90 ° to cause a response for a period of time and thereby form a layer.
Herstellungsbeispiel 3Production Example 3
(Schicht aus autokatalytischer Nickellegierungsbeschichtung)(Layer of autocatalytic Nickel alloy coating)
Das verwendete Reagens war im Handel erhältliche chemische alkalische Beschichtung, bei der Wert auf die Verschleißfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit nach der Wärmebehandlung gelegt wird, und die in einem Nickel-Phosphor-Wolfram-Bad (Ni-P-W-Bad) durchgeführt wird. Dieses Reagens bestand aus 15 g/l NiSO4 (Nickelsulfat) und Na2WO3 (Natriumwolframat), d. h. der Metallkomponente, 20 g/l NaHPO2 (Natriumphosphinat) als Reduktionsmittel, einem Komplexbildner, einem Stabilisator und einem Glanzbildner.The reagent used was a commercially available chemical alkaline coating which emphasizes the wear resistance and the corrosion resistance after the heat treatment, and which is carried out in a nickel-phosphorus-tungsten bath (Ni-PW bath). This reagent consisted of 15 g / l NiSO 4 (nickel sulfate) and Na 2 WO 3 (sodium tungstate), ie the metal component, 20 g / l NaHPO 2 (sodium phosphinate) as a reducing agent, a complexing agent, a stabilizer and a brightener.
Die Edelstahlplatten wurden zunächst wie in den zuvor beschriebenen Beispielen einer vorbestimmten Oberflächenaufbereitung unterzogen in dann in einen Behälter mit einem Elektrolytbad getaucht, das auf eine Temperatur von 85°C erhitzt worden war, um eine vorbestimmte Zeit lang eine Reaktion hervorzurufen und somit eine Schicht auszubilden.The stainless steel plates were initially like in the previously described examples of a predetermined surface preparation subjected to then in a container immersed in an electrolytic bath heated to a temperature of 85 ° C to cause a response for a predetermined time and thus form a layer.
Herstellungsbeispiel 4Production Example 4
Es wurde A5083 als Beispiel der sogenannten Aluminiumlegierung hergenommen, und seine Oberfläche wurde hochglanzpoliert. Dann wurde das A5083 30 Tage lang der Luft ausgesetzt, um so eine gründliche natürliche Oxidschicht auf seiner Oberfläche entstehen zu lassen. Auf diese Weise wurden Proben bereitgestellt.It was used as an example of the so-called A5083 Aluminum alloy used, and its surface was mirror polished. Then the A5083 was exposed to air for 30 days, so one thorough natural oxide layer on its surface let develop. In this way samples were provided.
Herstellungsbeispiel 5Production Example 5
Das sogenannte C1100P-Kupfermaterial wurde als Beispiel für eine Cu-Legierung hergenommen und seine Oberfläche hochglanzpoliert. Das C1100P wurde dann 30 Tage lang der Luft ausgesetzt, um so eine gründliche natürliche Oxidschicht entstehen zu lassen. Auf diese Weise wurden Proben bereitgestellt.The so-called C1100P copper material was used as an example of a Cu alloy is used and its surface is highly polished. The C1100P was then exposed to air for 30 days to give a thorough one natural To create oxide layer. In this way samples were provided.
Beispiel 1example 1
Proben, die mit dem im Herstellungsbeispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wurden in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Diese Proben wurden durch Hitzebehandlung während 1 Stunde bei 200°C unter reduziertem Druck vorbehandelt, um die absorbierte Flüssigkeit u. dgl. auszutreiben. Dann wurde die Temperatur auf 500°C erhöht und gleichzeitig Sauerstoffgas (99,999%) zugeführt. Die Temperatur wurde dann 12 Stunden lang auf dieser Höhe gehalten, um die Metalloberfläche einer Zwangsoxidation auszusetzen. Danach wurde die Temperatur gesenkt und das Sauerstoffgas gleichzeitig durch Stickstoffgas ersetzt. Als die Temperatur auf 400°C abgefallen war, wurden 20% F2-Gas (verdünnt mit Stickstoff) zugeführt, um den Stickstoff zu ersetzen. Nach dem vollständigen Austausch erfolgte die Oberflächenfluorierung, indem sie 24 Stunden lang durchgeführt wurde. Nach einer vorbestimmten Zeit wurde das Fluorgas durch Stickstoffgas ersetzt. Nachdem die Temperatur 1 Stunde lang auf dieser Höhe gehalten worden war, wurde sie gesenkt.Samples made by the method described in Preparation Example 1 were placed in a gas phase flow reaction furnace operating under normal pressure. These samples were pretreated by heat treatment at 200 ° C for 1 hour under reduced pressure to remove the absorbed liquid and the like. To drive out. Then the temperature was raised to 500 ° C and at the same time oxygen gas (99.999%) was supplied. The temperature was then held at that level for 12 hours to subject the metal surface to forced oxidation. The temperature was then lowered and the oxygen gas was replaced by nitrogen gas at the same time. When the temperature dropped to 400 ° C, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) was added to replace the nitrogen. After the replacement was complete, surface fluorination was carried out for 24 hours. After a predetermined time, the fluorine gas was replaced with nitrogen gas. After maintaining the temperature at this level for 1 hour, it was lowered.
Beispiel 2Example 2
Proben; die mit dem im Herstellungsverfahren 1 beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wurden in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Diese Proben wurden durch Hitzebehandlung während 1 Stunde bei 200°C unter reduziertem Druck vorbehandelt, um die absorbierte Flüssigkeit u. dgl. auszu treiben. Dann wurde die Temperatur auf 500°C erhöht und gleichzeitig Sauerstoffgas (99,999%) zugeführt. Die Temperatur wurde dann 12 Stunden lang auf dieser Höhe gehalten, um die Metalloberfläche einer Zwangsoxidation auszusetzen. Danach erfolgte der Gasaustausch mit Stickstoff. Bei der Austauschtemperatur wurden 20% F2-Gas (verdünnt mit Stickstoff) zugeführt, um das Stickstoffgas zu ersetzen. Nach dem vollständigen Austausch erfolgte die Oberflächenfluorierung, indem die Bedingungen 12 Stunden lang aufrechterhalten wurden. Nach der vorbestimmten Zeit wurde das Fluorgas durch Stickstoffgas ersetzt. Nachdem die Temperatur 1 Stunde lang auf dieser Höhe gehalten worden war, wurde sie gesenkt.Rehearse; which had been prepared by the method described in Manufacturing Method 1 were placed in a gas phase flow reaction furnace operating under normal pressure. These samples were pretreated by heat treatment at 200 ° C for 1 hour under reduced pressure to remove the absorbed liquid and the like. Like drive out. Then the temperature was raised to 500 ° C and at the same time oxygen gas (99.999%) was supplied. The temperature was then held at that level for 12 hours to subject the metal surface to forced oxidation. The gas was then exchanged with nitrogen. At the exchange temperature, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) was supplied to replace the nitrogen gas. After complete replacement, surface fluorination was carried out by maintaining conditions for 12 hours. After the predetermined time, the fluorine gas was replaced with nitrogen gas. After maintaining the temperature at this level for 1 hour, it was lowered.
Beispiel 3Example 3
Proben, die mit dem im Herstellungsverfahren 2 beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wurden in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Diese Proben wurden durch Hitzebehandlung während 1 Stunde bei 200°C unter reduziertem Druck vorbehandelt. Dann wurde die Temperatur auf 500°C erhöht und gleichzeitig Sauerstoffgas (99,999%) zugeführt. Die Temperatur wurde dann 12 Stunden lang auf 500°C gehalten, um die Metalloberfläche einer Zwangsoxidation auszusetzen. Danach erfolgte der Gasaustausch mit Stickstoff, während die Temperatur gesenkt wurde. Als die Temperatur auf 300°C abgefallen war, wurden 20% F2-Gas (verdünnt mit Stickstoff) zugeführt, um das Stickstoffgas zu ersetzen. Nach dem vollständigen Austausch erfolgte die Oberflächenfluorierung, indem die Bedingungen 12 Stunden lang aufrechterhalten wurden. Nach einer vorbestimmten Zeit wurde das Fluorgas durch Stickstoffgas ersetzt. Nachdem die Temperatur 1 Stunde lang auf dieser Höhe gehalten worden war, wurde sie gesenkt.Samples made by the method described in Manufacturing Method 2 were placed in a normal gas phase flow reaction furnace. These samples were pretreated by heat treatment at 200 ° C for 1 hour under reduced pressure. Then the temperature was raised to 500 ° C and at the same time oxygen gas (99.999%) was supplied. The temperature was then held at 500 ° C for 12 hours to subject the metal surface to forced oxidation. The gas was then exchanged with nitrogen while the temperature was lowered. When the temperature dropped to 300 ° C, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) was supplied to replace the nitrogen gas. After complete replacement, surface fluorination was carried out by maintaining conditions for 12 hours. After a predetermined time, the fluorine gas was replaced with nitrogen gas. After maintaining the temperature at this level for 1 hour, it was lowered.
Beispiel 4Example 4
Proben; die mit dem im Herstellungsverfahren 2 beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wurden in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Diese Proben wurden durch Hitzebehandlung während 1 Stunde bei 200°C unter reduziertem Druck vorbehandelt. Dann wurde die Temperatur auf 500°C erhöht und gleichzeitig Sauerstoffgas (99,999%) zugeführt. Die Temperatur wurde dann 12 Stunden lang auf 500°C gehalten, um die Metalloberfläche einer Zwangsoxidation auszusetzen. Danach erfolgte der Gasaustausch mit Stickstoff. Bei der Austauschtemperatur wurden 20% F2-Gas (verdünnt mit Stickstoff) zugeführt, um das Stickstoffgas zu ersetzen. Nach dem vollständigen Austausch erfolgte die Oberflächenfluorierung, indem die Bedingungen 12 Stunden lang aufrechterhalten wurden. Nach der vorbestimmten Zeit wurde das Fluorgas durch Stickstoffgas ersetzt. Nachdem die Temperatur 1 Stunde lang auf dieser Höhe gehalten worden war, wurde sie gesenkt.Rehearse; which had been prepared by the method described in Manufacturing Method 2 were placed in a gas phase flow reaction furnace operating under normal pressure. These samples were pretreated by heat treatment at 200 ° C for 1 hour under reduced pressure. Then the temperature was raised to 500 ° C and at the same time oxygen gas (99.999%) was supplied. The temperature was then held at 500 ° C for 12 hours to subject the metal surface to forced oxidation. The gas was then exchanged with nitrogen. At the exchange temperature, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) was supplied to replace the nitrogen gas. After complete replacement, surface fluorination was carried out by maintaining conditions for 12 hours. After the predetermined time, the fluorine gas was replaced with nitrogen gas. After maintaining the temperature at this level for 1 hour, it was lowered.
Beispiel 5Example 5
Proben, die mit dem im Herstellungsverfahren 3 beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wurden in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Diese Proben wurden durch Hitzebehandlung während 1 Stunde bei 200°C unter reduziertem Druck vorbehandelt. Dann wurde die Temperatur auf 500°C erhöht und gleichzeitig Sauerstoffgas (99,999%) zugeführt. Die Temperatur wurde dann 12 Stunden lang auf 500°C gehalten, um die Metalloberfläche einer Zwangsoxidation auszusetzen. Danach wurde die Temperatur gesenkt, während gleichzeitig das Sauerstoffgas durch Stickstoffgas ersetzt wurde. Als die Temperatur auf 300°C abgefallen war, wurden 20% F2-Gas (verdünnt mit Stickstoff) zugeführt, um das Stickstoffgas zu ersetzen. Nach dem vollständigen Austausch erfolgte die Oberflächenfluorierung, indem 12 Stunden lang 300°C aufrechterhalten wurden. Nach einer vorbestimmten Zeit wurde das Fluorgas durch Stickstoffgas ersetzt. Nachdem die Temperatur 1 Stunde lang auf dieser Höhe gehalten worden war, wurde sie gesenkt.Samples made by the method described in Manufacturing Method 3 were placed in a normal gas phase flow reaction furnace. These samples were pretreated by heat treatment at 200 ° C for 1 hour under reduced pressure. Then the temperature was raised to 500 ° C and at the same time oxygen gas (99.999%) was supplied. The temperature was then held at 500 ° C for 12 hours to subject the metal surface to forced oxidation. Thereafter, the temperature was lowered while the oxygen gas was replaced with nitrogen gas. When the temperature dropped to 300 ° C, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) was supplied to replace the nitrogen gas. After complete replacement, surface fluorination was carried out by maintaining 300 ° C for 12 hours. After a predetermined time, the fluorine gas was replaced with nitrogen gas. After maintaining the temperature at this level for 1 hour, it was lowered.
Beispiel 6Example 6
Proben, die mit dem im Herstellungsverfahren 3 beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wurden in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Diese Proben wurden durch Hitzebehandlung während 1 Stunde bei 200°C unter reduziertem Druck vorbehandelt. Dann wurde die Temperatur auf 500°C erhöht und gleichzeitig Sauerstoffgas (99,999%) zugeführt. Die Temperatur wurde dann 12 Stunden lang auf 500°C gehalten, um die Metalloberfläche einer Zwangsoxidation auszusetzen. Danach erfolgte der Gasaustausch mit Stickstoff. Bei der Austauschtemperatur wurden 20% F2-Gas (verdünnt mit Stickstoff) zugeführt, um das Stickstoffgas zu ersetzen. Nach dem vollständigen Austausch erfolgte die Oberflächenfluorierung, indem dieselbe Temperatur 12 Stunden lang aufrechterhalten wurde. Nach einer vorbestimmten Zeit wurde das Fluorgas durch Stickstoffgas ersetzt. Nachdem die Temperatur 1 Stunde lang auf dieser Höhe gehalten worden war, wurde sie gesenkt.Samples made by the method described in Manufacturing Method 3 were placed in a normal gas phase flow reaction furnace. These samples were pretreated by heat treatment at 200 ° C for 1 hour under reduced pressure. Then the temperature was raised to 500 ° C and at the same time oxygen gas (99.999%) was supplied. The temperature was then held at 500 ° C for 12 hours to subject the metal surface to forced oxidation. The gas was then exchanged with nitrogen. At the exchange temperature, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) was supplied to replace the nitrogen gas. After complete replacement, surface fluorination was carried out by maintaining the same temperature for 12 hours. After a predetermined time, the fluorine gas was replaced with nitrogen gas. After maintaining the temperature at this level for 1 hour, it was lowered.
Beispiel 7Example 7
An A5083, das ein Beispiel der sogenannten Aluminiumlegierung war, wurde die Oberfläche hochglanzpoliert. Die Proben mit der hochglanzpolierten Oberfläche wurden in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Diese Proben wurden durch Hitzebehandlung während 1 Stunde bei 200°C unter reduziertem Druck vorbehandelt. Dann wurde die Temperatur auf 500°C erhöht und gleichzeitig Sauerstoffgas (99,999%) zugeführt. Die Metalloberfläche wurde dann zwangsoxidiert, indem die Temperatur 8 Stunden lang gehalten wurde, gefolgt vom Austausch mit Stickstoffgas, und darauffolgendem Senken der Temperatur. Auf diese Weise wurden Proben bereitgestellt.On A5083, which is an example of the so-called Was aluminum alloy, the surface was mirror polished. Samples with the highly polished surface were in a normal pressure introduced working gas phase flow reaction furnace. This Samples were reduced by heat treatment at 200 ° C for 1 hour Pretreated print. Then the temperature was raised to 500 ° C and simultaneously Oxygen gas (99.999%) supplied. The metal surface was then forced oxidized by maintaining the temperature for 8 hours followed by nitrogen gas exchange and then lowering the temperature. In this way samples were provided.
Beispiel 8Example 8
An C1100, das ein Beispiel der sogenannten Kupferlegierung war, wurde die Oberfläche hochglanzpoliert. Die Proben mit der hochglanzpolierten Oberfläche wurden in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Diese Proben wurden durch Hitzebehandlung während 1 Stunde bei 200°C unter reduziertem Druck vorbehandelt. Dann wurde die Temperatur auf 500°C erhöht und gleichzeitig Sauerstoffgas (99,999%) zugeführt. Die Metalloberfläche wurde dann zwangsoxidiert, indem die Temperatur 8 Stunden lang gehalten wurde, gefolgt vom Austausch mit Stickstoffgas, und darauffolgendem Senken der Temperatur. Auf diese Weise wurden Proben bereitgestellt.At C1100, which is an example of the so-called Was copper alloy, the surface was mirror polished. Samples with the highly polished surface were in a normal pressure introduced working gas phase flow reaction furnace. This Samples were reduced by heat treatment at 200 ° C for 1 hour Pretreated print. Then the temperature was raised to 500 ° C and simultaneously Oxygen gas (99.999%) supplied. The metal surface was then forced oxidized by maintaining the temperature for 8 hours followed by nitrogen gas exchange and then lowering the temperature. In this way samples were provided.
Beispiel 9Example 9
Die mit dem Verfahren des Herstellungsbeispiels 2 hergestellte Probe wurden 10 Minuten lang in eine 5%-ige wässrige Salpetersäurelösung getaucht, deren Temperatur auf 50°C angehoben worden war. Die Probe wurde darüber hinaus gründlich mit reinem Wasser gewaschen und dann wie sie war 8 Stunden lang im reinen Wasser belassen, um die Oberfläche zu oxidieren. Dann wurde diese Probe in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Das Stickstoffgas wurde in den Ofen eingeführt, um das Sauerstoffgas zu ersetzen. Nach dem Austausch wurde unter reduziertem Druck 1 Stunde lang bei 200°C die Hitzvorbehandlung durchgeführt. Unmittelbar nach der Hitzebehandlung wurde die Temperatur gesenkt.The one with the procedure of the manufacturing example 2 samples prepared were immersed in a 5% aqueous nitric acid solution for 10 minutes, their temperature to 50 ° C had been raised. The sample was also thoroughly tested washed in pure water and then as she was in the pure for 8 hours Leave water to the surface to oxidize. Then this sample was placed in a working under normal pressure Gas phase flow reaction furnace introduced. The nitrogen gas was introduced to the oven to replace the oxygen gas. After the exchange was under reduced Pressure at 200 ° C for 1 hour the heat pretreatment was carried out. The temperature was lowered immediately after the heat treatment.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Die Probe, die mit dem Verfahren des Herstellungsbeispiels 3 hergestellt worden war, wurde in einen unter Normaldruck arbeitenden Gasphasendurchflussreaktionsofen eingebracht. Dann wurde 1 Stunde lang bei 200°C die Hitzevorbehandlung durchgeführt. Dann wurde die Temperatur erhöht. Als die Ofentemperatur 400°C erreicht hatte, wurden 20% F2-Gas (verdünnt mit Stickstoff) zugeführt, dieser Zustand 6 Stunden lang aufrechterhalten und somit die Fluorierung des Metallmaterials durchgeführt. Dies ist weithin als Passivierungsverfahren von Nickelmaterialien bekannt. Danach wurde Stickstoffgas zugeführt, um das Fluorgas zu ersetzen. Nachdem die Temperatur 1 Stunde lang auf dieser Höhe gehalten worden war, wurde sie gesenkt.The sample prepared by the method of Production Example 3 was placed in a gas phase flow reaction furnace operating under normal pressure. Then the heat pretreatment was carried out at 200 ° C for 1 hour. Then the temperature was raised. When the furnace temperature reached 400 ° C, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) was supplied, this state was maintained for 6 hours, and thus the fluorination of the metal material was carried out. This is widely known as the passivation process of nickel materials. Thereafter, nitrogen gas was supplied to make the fluorine gas put. After maintaining the temperature at this level for 1 hour, it was lowered.
SchichtdickenmessergebnisseCoating thickness measurement results
Die Analyseergebnisse der Probe von
Beispiel 4 durch XPS (Photoelektronenspektroskopie mit Röntgenstrahlanregung)
sind in
Die röntgendiffraktometrische Analyse durch ein Dünnschichtverfahren wurde im Hinblick auf die Proben der Herstellungsbeispiele 1, 2, 3 und der Beispiele 2, 4 und 6 durchgeführt. Die Ergebnisse sind als „SiO2-Korrektur" gezeigt. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass die Dicke der fluorierten Schicht bis zu 1,2 μm und darüber betrug.The X-ray diffractometric analysis by a thin film method was carried out with respect to the samples of the production examples 1, 2, 3 and examples 2, 4 and 6. The results are shown as "SiO 2 correction". As a result, it was found that the thickness of the fluorinated layer was up to 1.2 μm and above.
Die röntgendiffraktometrische Analyse
durch ein Dünnschichtverfahren
wurde im Hinblick auf die Proben der Herstellungsbeispiele 1, 2,
3 und der Beispiele 2, 4 und 6 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in
den
In
In den
Die Ergebnisse der fluorierten Herstellungsbeispiele
2, 4 und 6 sind in den
In
In
In
Tabelle 1 Oberflächenzusammensetzung von Beispiel 3 nach AES Table 1 Surface composition of Example 3 according to AES
In
Tabelle 2 Oberflächenzusammensetzung von Beispiel 3 nach AES Table 2 Surface composition of Example 3 according to AES
In
Tabelle 3 Oberflächenzusammensetzung von Beispiel 1 nach AES Table 3 Surface composition of Example 1 according to AES
Wirkungsbeispiel 1Effect example 1
Die Korrosionsbeständigkeit verschiedener Materialien wurde getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Die Auswertung der Korrosionsbeständigkeit drückte sich durch den Gewichtsverlust der verschiedenen Materialien aus, die bei Raumtemperatur (25°C) 24 Stunden lang in wässriger 35%-iger Salzsäurelösung eingetaucht waren. Die oberflächenbehandelten Proben, die in den Herstellungsbeispielen 2 und 3 als Vergleichsmaterialien ausgebildet worden waren, und die Proben der Beispiele 3, 4, 5 und 6 wurden verwendet. Bei der Entnahme nach 24 Stunden wurde der Gewichtsverlust gemessen. Als Ergebnis eines Vergleichs stellte sich heraus, dass der Gewichtsverlust von Beispiel 5 am geringsten war.The corrosion resistance different materials have been tested. The results are in Table 4 shown. The evaluation of the corrosion resistance expressed are characterized by the weight loss of the different materials, at room temperature (25 ° C) 24 hours in water 35% hydrochloric acid solution immersed were. The surface treated Samples used in Preparation Examples 2 and 3 as comparative materials had been formed, and the samples of Examples 3, 4, 5 and 6 were used. When removed after 24 hours, there was weight loss measured. As a result of a comparison it turned out that the weight loss of Example 5 was least.
Im Hinblick auf eine Veränderung im Erscheinungsbild trat an den Kanten und den anderen Teilen der Proben von Beispiel 3 und 5 Lochfraßkorrosion auf. Abgesehen davon war der Korrosionsgewichtsverlust jedes Beispiels geringer als derjenige der autokatalytischen Nickelbeschichtung der Herstellungsbeispiele 3 und 5. Diese Tatsache deckte auf, dass die Proben, auf deren Oberfläche sich Fluorid bildet, eine stark verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweisen.With a view to change in appearance occurred on the edges and other parts of the samples of Examples 3 and 5 pitting corrosion on. Other than that, the corrosion weight loss was each example less than that of the autocatalytic nickel coating of Manufacturing Examples 3 and 5. This fact revealed that the samples on their surface fluoride forms, a greatly improved corrosion resistance exhibit.
Tabelle 4 Testergebnis der Beständigkeit gegen Salzsäurelösung Table 4 Test result of resistance to hydrochloric acid solution
Testbedingung – 35%-ige Salzsäurelösung, 25°C, 12 Stunden EintauchenTest condition - 35% hydrochloric acid solution, 25 ° C, 12 hours immersion
Wirkungsbeispiel 2Effect example 2
Die Korrosionsbeständigkeit
der Proben von Beispiel 3 wurde getestet. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 5 Ergebnisse der Korrosionsbeständigkeit Table 5 Results of corrosion resistance
Testbedingungen: verschiedene Reagenzien
bei 25°C.
Der Gewichtsverlust wurde nach 24-stündigem Eintauchen berechnet.
Anmerkungen
*1 – 100-stündiges Eintauchen
Anmerkungen
*2 – 300-stündiges EintauchenTest conditions: various reagents at 25 ° C. Weight loss was calculated after 24 hours of immersion.
Notes * 1 - 100 hour immersion
Notes * 2 - 300 hour immersion
Die Verschleißfestigkeit der Proben des Herstellungsbeispiels 2 und der Beispiele 3 und 4 wurden mit einem Kratzprüfgerät getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Obwohl kein großer Unterschied im statischen Reibungskoeffizienten zwischen dem Herstellungsbeispiel 2 und jedem der Beispiele 3 und 4 bestand, betrug der dynamische Reibungskoeffizient der fluorierten Beispiele 3 und 4 ca. die Hälfte desjenigen des Herstellungsbeispiels 2. Die fluorierten Beispiele 3 und 4 weisen deshalb eine verbesserte Gleitleistung auf.The wear resistance of the samples of the Production example 2 and examples 3 and 4 were carried out with a Scratch tester tested. The results are shown in Table 6. Although not a big difference in the static coefficient of friction between the manufacturing example 2 and each of Examples 3 and 4 was dynamic Friction coefficient of the fluorinated examples 3 and 4 about half that of the Preparation Example 2. Fluorinated Examples 3 and 4 show therefore improved sliding performance.
Tabelle 6 Messergebnis des Kratzverschleißwiderstandstests Table 6 Measurement result of the scratch wear resistance test
(Bemerkungen) Verschleißfestigkeit. Man ließ einen Stift kontinuierlich mit einer konstanten Last (300 g) unter Verwendung eines Kratzprüfgeräts über eine Probe gleiten, bis die Schicht kaputt war. Die Zeit bis zum Kaputtgehen ist angegeben.(Remarks) wear resistance. You were left Pen continuously using a constant load (300 g) a scratch tester over a Slide the sample until the layer is broken. The time to break indicated.
Der Verscheißfestigkeitstest wurde unter einer konstanten Last durchgeführt. Als Ergebnis des Tests beträgt die Gleitreibungsleistung und die Schichthaltbarkeit als Gleitzeit bis zum Verschleiß der Schicht ausgedrückt, eine Zeiteinheit im Herstellungsbeispiel 2, während sie im Beispiel 3 30 Mal so viel und im Beispiel 4 208 Mal so viel beträgt. Insbesondere da im Beispiel 4, bei dem die Fluoridschicht, die in der Größenordnung von μm angesiedelt ist, eine bessere Verschleißfestigkeit und Dauerhaftigkeit aufwies als diejenigen der autokatalytischen Nickelbeschichtung, war klargestellt, dass die Dauerhaftigkeit von Beispiel 4 von einer für den praktischen Einsatz zufriedenstellenden Höhe ist.The wear resistance test was under a constant load. As a result of the test is the sliding friction performance and the layer durability as flextime until the wear and tear Layer expressed a unit of time in Manufacturing Example 2, while in Example 3 30 Times as much and in example 4 is 208 times as much. In particular there in example 4, in which the fluoride layer is located on the order of μm is better wear resistance and endurance than autocatalytic Nickel plating, it was clarified that the durability of Example 4 of one for the practical use is satisfactory level.
Referenzbeispiel 1Reference example 1
Unterschiede zwischen der natürlichen
Oxidschicht und der Gasphasenoxidschicht, die durch die Zwangsoxidation
auf der Aluminiumlegierung entsteht, wurden durch AES untersucht.
Die Untersuchungsergebnisse sind in
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Unterschiede zwischen der natürlichen
Oxidschicht und der Gasphasenoxidschicht, die durch die Zwangsoxidation
auf der Kupferlegierung entsteht, wurden durch AES untersucht. Die
Untersuchungsergebnisse sind in
Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3
Unterschiede zwischen der Flüssigphasenoxidationsschicht
und der Gasphasenoxidationsschicht wurden durch AES untersucht.
Die Untersuchungsergebnisse sind in
In der Zwischenzeit wurden die Proben von Beispiel 3 durch das Sauerstoffgas zwangsoxidiert. In diesem Stadium wurden die Proben dem Reaktionsofen entnommen. Es ist klar, dass die Oxidationsschicht solcher Proben im Gegensatz zu Beispiel 9 bis ca. 0,6 um beträgt, da die Oxidschicht durch ca. 55-minütiges Argonionensputtern entfernt wird.In the meantime, the samples of Example 3 forcibly oxidized by the oxygen gas. In this At this stage, the samples were removed from the reaction furnace. It's clear, that the oxidation layer of such samples unlike example 9 to approximately 0.6 µm, since the oxide layer is removed by argon ion sputtering for approx. 55 minutes becomes.
Die dicke fluorierte Schicht, die durch die vorliegende Erfindung erzielt wird, weist eine verbesserte Beständigkeit gegen Säure und Lauge auf, und ist deshalb unter anderem äußerst nützlich für die Anlagenteile von Maschinen und Vorrichtungen, die mit Halbleitern zu tun haben. Das Metallmaterial bzw. die Metallschicht, auf dem bzw. der sich die fluorierte Oberflächenschicht bildet, ist deshalb äußerst nützlich für Herstellungsanlagen von Halbleitervorrichtungen und Anlagenteile von Maschinen und Vorrichtungen, die mit Vakuum arbeiten.The thick fluorinated layer that achieved by the present invention has an improved resistance against acid and lye, and is therefore extremely useful, among other things, for the plant components of machines and devices related to semiconductors. The metal material or the metal layer on which the fluorinated surface layer is located is therefore extremely useful for manufacturing plants of semiconductor devices and plant parts of machines and devices, who work with vacuum.
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