TW201739963A - 真空泵組件 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種改良式真空泵，特定言之本發明係關於一種用於乾式真空泵之內部軸組件、轉子組件及/或定子組件之改良式塗層，其具有包括一高磷鎳鍍覆(NiP)之一第一層且其中該第一層塗佈有包括具有鎳磷及含氟聚合物之一高磷鎳(NiP-PTFE)之一第二層。

Description

真空泵組件
本發明係關於一種改良式真空泵，特定言之本發明係關於一種用於一乾式泵組件(諸如乾式真空泵之內部軸組件、轉子組件及/或定子組件)之改良式塗層。
乾式真空泵廣泛用於工業製程中以提供產品之製造之一清潔及/或低壓環境。應用包含醫藥製造業、半導體製造業及平板製造業。此等泵包含一基本上乾式(或無油)泵送機構，但大體上亦包含需要潤滑以有效之用於驅動該泵送機構之一些組件(諸如軸承及傳動齒輪)。乾式泵之實例包含Roots、Northey (或「爪」)、螺旋泵及渦旋泵。併入Roots轉子組件及/或Northey轉子組件之乾式泵通常係包括界定複數個泵送腔室之一定子組件之多級正排量泵，各泵送腔室容置一對各自互相嚙合的轉子組件。轉子組件位於相對旋轉軸上，且可在各腔室中具有相同類型之輪廓或輪廓可逐腔室改變。 球墨鑄鐵(SG)鑄件歸因於其強度及機械可加工性而長時間用於乾式真空泵之軸組件、定子組件及轉子組件之製造。然而，在半導體行業中，越來越多地使用高溫(通常大於攝氏150度)及高流率之相對腐蝕性氣體(諸如氯、三氯化硼 、溴化氫、氟及三氟化氯)已導致球墨鑄鐵軸組件、定子組件及轉子組件之嚴重腐蝕，及因此相對較短壽命。事實上，溫度增加10攝氏度幾乎使腐蝕速率加倍。除與泵或腐蝕部件之替換造成的製程停工時間相關聯之成本之外，此腐蝕可導致設備故障、處理氣體之洩漏及可能的製程污染。 據此，已知藉由在曝露於腐蝕性氣體及高溫之組件表面上形成一含氟聚合物或聚醯亞胺材料之一樹脂或聚合物塗層以被動保護此等組件。此等塗層趨向於隨時間降級，其中造成的塗層剝離或剝除使下面的鑄鐵曝露於腐蝕性氣體。 另一替代方案係由一富含鎳之鑄鐵(例如延性耐蝕鎳)或具有優異耐腐蝕性之一不銹鋼形成此等組件。然而，耐蝕鎳鑄鐵及不銹鋼相對較昂貴且難以加工，且因此不提供用於轉子組件及定子組件之製造之成本有效選項。此外，耐蝕鎳鑄鐵及不銹鋼在高溫下使用時具有一高位準之熱膨脹且因此損失效能。 另一替代方案係由通常含有10%至12%磷之一高磷鎳鍍覆(NiP)形成此等組件。高磷NiP鍍覆之優點係其提供高耐腐蝕性，因為表面較均勻且無導致腐蝕之針孔。另外，基板之機械可加工性未改變且添加NiP鍍覆不顯著改變一零件之熱性質。然而，在乾式真空泵中之鑄鐵及不銹鋼上使用NiP鍍覆具有當存在轉子對定子接觸時引起泵送機構之捕獲較大缺點。兩個組件之表面材料在滑動接觸時(例如當一旋轉轉子接觸一乾式真空泵中之一定子時)可黏附(亦稱為磨蝕)。NiP鍍覆將在鑄鐵、不銹鋼或僅NiP鍍覆上摩擦時磨蝕。 防止磨蝕之一已知方法係在NiP鍍覆中併入包括一鎳磷及一含氟聚合物(PTFE)之一層，藉此產生NiP-PTFE。 藉助一NiP-PTFE鍍覆，其僅解決NiP鍍覆之磨蝕之問題，然而，NiP-PTFE具有比相同厚度之一純NiP鍍覆少之耐化學性。 本發明之目的係藉由產生耐化學性高及防止磨蝕兩者之一鍍覆以克服此等問題。
本發明提供一種乾式泵組件，其塗佈有包括至少5 µm厚度之一高磷鎳鍍覆(NiP)之一第一層且其中該第一層塗佈有包括具有至少5 µm厚度之鎳磷及一含氟聚合物(NiP-PTFE)之一高磷鎳之一第二層，其中NiP之該第一層之厚度與NiP-PTFE之該第二層之厚度之比例提供高耐腐蝕性及耐磨蝕性。 令人驚訝地發現塗佈有包括具有一鎳磷及一含氟聚合物(PTFE)(即至少5 µm厚度之NiP-PTFE塗層)之一高磷鎳(NiP)之一第二層的包括至少5 µm厚度之一高磷鎳鍍覆之一第一層之一組合提供如同僅NiP之長壽優良耐腐蝕性，但具有如同僅含氟聚合物之低磨蝕效應。 隨附申請專利範圍中界定本發明之其他較佳及/或選用態樣。
參考圖1及圖2，一多級乾式真空泵10包括一定子組件12，較佳地塗佈有包括一高磷鎳鍍覆((NiP)之一第一層102且該第一層塗佈有包括具有一鎳磷及一含氟聚合物(NiP-PTFE)之一高磷鎳之一第二層100，其具有界定複數個泵送腔室14、16、18、20、22之一系列壁。用於將待泵送之氣體至傳送至入口泵送腔室14之一入口導管24及用於自排放泵送腔室22排放泵送氣體之一排放導管26亦形成於定子12中。形成於定子12中之圓周通道28、30、32及34串聯連接泵送腔室14、16、18、20、22。 定子12容置一第一軸36及(自第一軸間隔且平行於第一軸)一第二軸38。用於支撐軸36、38之軸承40提供於定子12之端板42、44中。軸36之一者連接至一驅動馬達46，軸藉由定時齒輪47耦合在一起使得在使用中軸36、38依相同速度但在相反方向上旋轉，如圖2中之箭頭48及50所指示。附接至泵10之側之一齒輪箱52含有用於潤滑定時齒輪47之油54。 在各泵送腔室內，軸36、38支撐各自轉子組件56、58，其等亦可塗佈有包括一高磷鎳鍍覆((NiP)之一第一層102且該第一層塗佈有包括具有一鎳磷及一含氟聚合物(NiP-PTFE)之一高磷鎳之一第二層100。在此實施例中，轉子56、58在各泵送腔室內具有一Roots類型輪廓，儘管Roots類型輪廓及/或Northey類型輪廓之一混合物可提供於泵10內。替代地，轉子可為一螺絲類型轉子輪廓。轉子56、58位於相對於定子12之一內表面之各泵送腔室中使得轉子56、58可依本身已知之一互相嚙合方式作用。 在使用中，氣體透過入口導管24推進至泵10中且傳遞至入口泵送腔室14中。氣體由位於入口泵送腔室14內之轉子56、58壓縮且由通道28饋送至下一泵送腔室16中。泵送腔室16中饋送之氣體類似地由泵送腔室16中之轉子56、58壓縮，且由通道30饋送至下一泵送腔室18中。類似氣體壓縮發生在泵送腔室18、20及22中，其中經泵送氣體最終自泵10透過排放導管26排放。 藉由塗佈軸組件、轉子組件及/或定子組件及/或端板組件12、42、44、56、58包括至少5 µm厚度之一高磷鎳鍍覆(NiP)之一第一層102及包括具有至少5 µm厚度之鎳磷及含氟聚合物(NiP-PTFE)之一高磷鎳之一第二層100，形成歸因於轉子與定子接觸而具有低機會之捕獲之一特別耐腐蝕性乾式真空泵。應用至少5 µm厚度之兩個層提供比僅兩個層之一者應用於一乾式真空泵組件時大之塗佈強度及黏合性之一加乘效應。 如圖3及圖4中所繪示，第一層102可包括高磷鎳之若干塗層；即第一層可藉由塗佈乾式泵組件複數次而產生。藉由(例如)無電電鍍形成高磷鎳之複數個塗層，形成減少第一層中之缺陷連續性且減少塗層之總體孔隙度兩者之一強很多之第一層。第一層中之總磷含量平均介於10%與12%之間。NiP之第一層可由一單一塗層或多個塗層形成以形成至少5 µm厚度之一層，較佳地形成介於6.2µm 與15.5µm 之間的一總第一層厚度。 第二層100 (其係含有PTFE (聚四氟乙烯)、NiP-PTFE之子顆粒之一高磷鎳矩陣)再次藉由無電電鍍形成於第一層上方。若第二層係至少5 µm厚度，則總厚度較佳地係約8.8µm 至約14.1µm 厚，但其可視需要大於或小於此厚度。亦可能在矩陣中使用其他含氟聚合物，例如PFA (全氟醚)或PEI (聚乙烯亞胺)。實例： 在鍍覆表面上之一系列化學測試中，具有12.5µm NiP-PTFE之一第二層之12.5µm NiP第一層(如圖3中所繪示)上之氣泡之數目小於相較於25µm NiP之一單層(如圖4中所繪示)之氣泡之數目之一半。 在Atotech鍍覆化學上實施一陣列測試。24個試樣在200°C下曝露於一腔室中之氟。12個試樣具有NiP之25µm 基底層且另12個試樣具有NiP之12.5 µm基底層+ NiP-PTFE之12.5µm 頂層。 試樣測試之前及之後稱重。下文表1中展示各層系統之平均重量變化。單一鍍覆層存在一些重量損失且雙層(兩層)鍍覆存在一較小重量增益。在曝露於氟800小時之後亦使用一蔡司(Zeiss)顯微鏡觀察試樣。田口(Taguchi)分析已用以計算各試樣之面上發現之氣泡之平均數目；此等氣泡數目在表1中展示。單層之平均數係雙層之數目之兩倍以上。 表1：相對於鍍覆層系統之平均重量變化及氣泡之數目 此實例繪示令人驚訝的效應：使用NiP及NiP-PTFE鍍覆之特定組合提供優於僅使用純NiP鍍覆之耐化學性，同時維持NiP-PTFE之耐磨蝕性。 類似地，若存在NiP之至少一5 µm基底層及NiP-PTFE之至少一5 µm頂層，則NiP及NiP-PTFE之任何組合可用以輸送如上文在表1中所概述之相同優點。下文在表2中展示一NiP基底層與一NiP-PTFE頂層之比例之實例。 表2：NiP基底層厚度與NiP-PTFE層厚度之特定組合比
10‧‧‧多級乾式真空泵
12‧‧‧定子組件/定子
14‧‧‧泵送腔室/入口泵送腔室
16‧‧‧泵送腔室
18‧‧‧泵送腔室
20‧‧‧泵送腔室
22‧‧‧泵送腔室/排放泵送腔室
24‧‧‧入口導管
26‧‧‧排放導管
28‧‧‧圓周通道
30‧‧‧圓周通道
32‧‧‧圓周通道
34‧‧‧圓周通道
36‧‧‧第一軸
38‧‧‧第二軸
40‧‧‧軸承
42‧‧‧端板
44‧‧‧端板
46‧‧‧驅動馬達
47‧‧‧定時齒輪
48‧‧‧箭頭
50‧‧‧箭頭
52‧‧‧齒輪箱
54‧‧‧油
56‧‧‧轉子組件/轉子
58‧‧‧轉子組件/轉子
100‧‧‧第二層
102‧‧‧第一層
A-A‧‧‧線
為較好地理解本發明，現將參考附圖描述本發明之一實施例(其僅依舉例方式給定)，其中： 圖1係透過一多級乾式真空泵之一橫截面； 圖2係沿圖1中之線A-A展示根據本發明之層的一視圖； 圖3繪示本發明之一雙層鍍鎳； 圖4繪示先前技術之一單層鍍鎳。
12‧‧‧定子組件/定子
22‧‧‧泵送腔室/排放泵送腔室
26‧‧‧排放導管
34‧‧‧圓周通道
36‧‧‧第一軸
38‧‧‧第二軸
48‧‧‧箭頭
50‧‧‧箭頭
56‧‧‧轉子組件/轉子
58‧‧‧轉子組件/轉子
100‧‧‧第二層
102‧‧‧第一層

Claims (7)

  1. 一種乾式泵組件，其塗佈有包括至少5 µm厚度之一高磷鎳鍍覆(NiP)之一第一層，該第一層塗佈有包括具有至少5 µm厚度之鎳磷及含氟聚合物(NiP-PTFE)之一高磷鎳之一第二層，其中NiP之該第一層之該厚度與NiP-PTFE之該第二層之該厚度之比例提供高耐腐蝕性及耐磨蝕性。
  2. 如請求項1之乾式泵組件，其中NiP之該第一層具有自約6.2 µm至約15.5 µm之厚度之一範圍。
  3. 如請求項1之乾式泵組件，其中NiP-PTFE之該第二層具有自約8.8 µm至約14.1 µm之厚度之一範圍。
  4. 如請求項1之乾式泵組件，其中NiP之該第一層與NiP-PTFE之該第二層之比例係以µm為單位之以下厚度之至少一者：5 +20、5+30、10+15、10+25、12.5+12.5、15+10、15+20、20+5、20 +15、25 + 5、25+10或30+5。
  5. 如請求項1之乾式泵組件，其中該第二層中之該含氟聚合物包含聚四氟乙烯、全氟醚及聚乙烯亞胺之至少一者。
  6. 如請求項1之乾式泵組件，其中該泵組件係一定子組件、一端板、一轉子軸組件及一轉子組件之至少一者。
  7. 如請求項6之乾式泵組件，其中該轉子組件具有一Northey (爪)轉子輪廓、一Roots轉子輪廓或一Screw轉子輪廓之一者。
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