CN102051562A - 一种铝合金的均匀化工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金的均匀化工艺方法，特别是等离子刻蚀机的反应室内衬用的高品质6061铝合金的均匀化工艺方法，属于有色金属热处理工艺技术领域。所述的6061铝合金成分为：Si0.4～0.6wt％，Mg0.8～1.2wt％，Cu0.15～0.4wt％，Cr0.04～0.35wt％，Fe＜0.15wt％，Mn＜0.15wt％，Ti＜0.15wt％，Al余量；其均匀化工艺方法为将6061铝合金铸锭进行随炉加热，在560℃±5℃保温9小时，然后出炉用室温水冷淬火。通过该均匀化热处理，能提高铝合金基体的组织均匀性，能使Mg2Si相回溶，使得含铁相球化，进而提高阳极氧化的效果和提高铝合金阳极氧化后的抗腐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金的均匀化工艺方法，特别涉及一种等离子刻蚀机的反应室内衬用的高品质6061铝合金的均匀化工艺方法，属于有色金属热处理工艺技术领域。
背景技术
半导体设备行业对铝合金材料的要求极为苛刻，如刻蚀机用的反应室内衬在工作过程中要受到高密度等离子体的轰击腐蚀，此外，在定期维护清洗过程中，还要经受包括盐酸、氢溴酸、氢氟酸、硝酸和氨水等强腐蚀介质的腐蚀。因此，铝合金部件必须进行严格的表面处理，形成高性能致密氧化膜，而决定氧化膜质量的关键部分之一是铝合金基体材料的组织性能。
国内用于刻蚀机反应室内衬的6061铝合金基体组织不均匀，在晶界上分布了粗大的骨架状的富Si-Mg相和含Fe相，并且相尺寸粗大(＞10微米)，有这特征的6061铝合金即使经过阳极氧化，耐腐蚀性能也很差。该合金腐蚀的机理从电化学腐蚀角度来解释为局部腐蚀，引起局部点腐蚀的重要原因是微电池的形成。成分及组织的均匀性越差，各部分的电势差越大，增加微电池的形成，从而增加铝合金的腐蚀速度，反之，组织的晶粒越细小均匀，腐蚀中形成微电池的概率越小，铝合金耐腐蚀性越好。另外，铝合金基体中的Si和Fe、Al一起会形成AlFeSi相，该相对于铝基体是阴极相，他们二者恰好构成一对电极电偶，减少了铝合金的耐腐蚀性。同时，Fe的金属间化合物不同程度的影响膜的连续性，在这种情况下，材料的抗腐蚀性也会大大下降。要提高铝合金基体的质量，主要是控制析出相Mg2Si和AlFeSi的尺寸和数量。因为在阳极氧化碱洗过程中，Mg2Si会优先腐蚀，出现莲花状腐蚀坑，AlFeSi因与铝基体的电化学电位不同，碱洗时促进铝基体的溶解，出现蚀坑。
要保证氧化膜的均匀性和连续性，应该严格控制铝合金中第二相的数量和尺寸，必须要使用有效的均匀化工艺来取得比较好的铝合金基体材料，使得基体组织比较均匀，第二相细小。
发明内容
本发明的目的在于针对等离子刻蚀机的反应室内衬用的高品质6061铝合金的基体组织不均匀，在晶界上分布了粗大的骨架状的富Si-Mg相和含Fe相，并且相尺寸粗大(＞10微米)的问题，提供一种均匀化工艺方法，使高品质6061铝合金基体组织比较均匀，从而获得较好的铝合金基体材料。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种铝合金的均匀化工艺方法，其特征在于：将6061铝合金铸锭，进行随炉加热，升温速度200～250℃/h，在560℃±5℃保温9小时，然后出炉用室温水冷淬火。
一种优选技术方案，其特征在于：所述的6061铝合金铸锭出炉的转移时间不超过1分钟。
一种优选技术方案，其特征在于：所述的6061铝合金铸锭的成分为：Si 0.4～0.6wt％，Mg 0.8～1.2wt％，Cu 0.15～0.4wt％，Cr 0.04～0.35wt％，Fe＜0.15wt％，Mn＜0.15wt％，Ti＜0.15wt％，余量为Al。
一种优选技术方案，其特征在于：所述的6061铝合金铸锭的铸造工艺为电磁铸造，结晶器牵引速度为700r/min，冷却水压为0.07MPa，浇注温度为760℃，搅拌器电流为70A，搅拌器频率为15Hz，通氩气5min除气除渣，720℃加细化剂后静置20min浇注。
本发明的优点在于：
1、通过该均匀化热处理工艺，提高了铝合金基体的组织均匀性；
2、晶界上的Mg2Si相完全回溶，富铁相虽然没回溶，但大部分已经球化。
3、均匀化的温度比较高，保温时间变短，提高均匀化的效率。
4、经过本发明工艺方法处理的6061铝合金适合用于等离子刻蚀机的反应室内衬，可以提高阳极氧化的效果并提高铝合金阳极氧化后的抗腐蚀性。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为实施例1的6061铝合金均匀化处理前的铸态金相组织图。
图2为6061铝合金经540℃/12h均匀化处理后的金相组织图。
图3为6061铝合金经560℃/9h均匀化处理后的金相组织图。
图4为经560℃/9h均匀化处理后6061铝合金的扫描电镜照片。
图5为经560℃/9h均匀化处理后6061铝合金的能谱图。
图6为经560℃/9h均匀化处理后6061铝合金的Mg元素面扫描图片。
图7为经560℃/9h均匀化处理后6061铝合金的Si元素面扫描图片。
具体实施方式
实施例1
等离子刻蚀机的反应室内衬用的高品质6061铝合金，合金成分如下：Si0.50wt％，Mg0.93wt％，Cu0.23wt％，Cr0.18wt％，Fe＜0.14wt％，Mn0.036wt％，Ti＜0.15wt％，Al余量。该合金杂质Fe含量少，同时含有Cr和Mn。按下列步骤及工艺进行熔炼和铸造。
铸造工艺为电磁铸造，结晶器牵引速度为700r/min，冷却水压为0.07MPa，浇注温度为760℃，搅拌器电流为70A，搅拌器频率为15Hz，通氩气5min除气除渣，720℃加0.1Wt％的Al3Ti细化剂后，静置20min浇注。电磁铸造出无铸造缺陷的成分合格的6061铝合金铸锭。
对上述得到的6061铝合金进行均匀化热处理工艺：随炉加热铝合金铸锭，在560℃下保温9小时，然后出炉用室温水冷淬火，转移时间不超过1分钟，比常规的6xxx系铝合金的均匀化525-540℃/12h的温度要高，保温时间要短些。
如图1所示，为本实施例的6061铝合金均匀化处理前的铸态金相组织图，铸锭组织是不均匀的，主要由树枝状的α相和枝晶间的共晶体组成，共晶体中含有粗大的金属间化合物，对照金相图谱判断，大部分为沿晶界分布的Mg2Si，少量存在于三角晶界处的块状Si，和基体中的针状的β(Al9Fe2Si2)相。
如图2所示，为6061铝合金经540℃/12h均匀化处理后的金相组织图，分析均匀化后的金相图片，在540℃均匀化12h后，第二相回溶不够充分，仍在晶界处连续分布。
如图3所示，为6061铝合金经560℃/9h均匀化处理后的金相组织图。发现经过560℃均匀化9h处理后，随着均匀化温度的升高，第二相已经回溶，未溶第二相主要以点状和细小针状的形态分布。
图4为经560℃/9h均匀化处理后6061铝合金的扫描电镜照片，图5为经560℃/9h均匀化处理后6061铝合金的能谱图。通过观察经560℃保温9h均匀化处理的样品在扫描电镜下的照片和能谱检查结果，在基体上能看到分散的白色相，对白色相进行能谱分析知其为含铁相。
图6为经560℃/9h均匀化处理后6061铝合金的Mg元素面扫描图片，图7为经560℃/9h均匀化处理后6061铝合金的Si元素面扫描图片。从图中可以看出，均匀化后Mg、Si元素在基体中的分布均匀，这说明Mg2Si已经充分回溶。
本实施例表明，6061铝合金在560℃±5℃保温9小时后，出炉室温水冷淬火，转移时间不超过1分钟的均匀化工艺，比常规的525-540℃/12h均匀化工艺效果要好，能使Mg2Si相完全回溶，大部分富铁相球化，而且保温时间要短些，均匀化效率更高。
实施例2
等离子刻蚀机的反应室内衬用的高品质6061铝合金，合金成分如下：Si0.40wt％，Mg1.2wt％，Cu0.15wt％，Cr0.35wt％，Fe＜0.14wt％，Mn0.13wt％，Ti＜0.15wt％，Al余量。按实施例1的步骤及工艺进行熔炼和铸造，得到无铸造缺陷的成分合格的6061铝合金铸锭。
对上述得到的6061铝合金进行均匀化热处理工艺：随炉加热铝合金铸锭，在560℃±5℃下保温9小时，然后出炉用室温水冷淬火，转移时间不超过1分钟。
实施例3
等离子刻蚀机的反应室内衬用的高品质6061铝合金，合金成分如下：Si0.60wt％，Mg0.8wt％，Cu0.4wt％，Cr0.04wt％，Fe＜0.15wt％，Mn0.06wt％，Ti＜0.15wt％，Al余量。按实施例1的步骤及工艺进行熔炼和铸造，得到无铸造缺陷的成分合格的6061铝合金铸锭。
对上述得到的6061铝合金进行均匀化热处理工艺：随炉加热铝合金铸锭，在560℃±5℃下保温9小时，然后出炉用室温水冷淬火，转移时间不超过1分钟。
实施例2和3的6061铝合金，通过均匀化热处理后，提高了铝合金基体的组织均匀性，使Mg2Si相回溶，使得含铁相球化，进而提高阳极氧化的效果和提高铝合金阳极氧化后的抗腐蚀性。
Claims (4)
1.一种铝合金的均匀化工艺方法，其特征在于：将6061铝合金铸锭，进行随炉加热，升温速度200～250℃/h，在560℃±5℃保温9小时，然后出炉用室温水冷淬火。
2.根据权利要求1所述的铝合金的均匀化工艺方法，其特征在于：所述的6061铝合金铸锭出炉的转移时间不超过1分钟。
3.根据权利要求1所述的铝合金的均匀化工艺方法，其特征在于：所述的6061铝合金铸锭的成分为：Si 0.4～0.6wt％，Mg 0.8～1.2wt％，Cu 0.15～0.4wt％，Cr0.04～0.35wt％，Fe＜0.15wt％，Mn＜0.15wt％，Ti＜0.15wt％，余量为Al。
4.根据权利要求3所述的铝合金的均匀化工艺方法，其特征在于：所述的6061铝合金铸锭的铸造工艺为电磁铸造，结晶器牵引速度为700r/min，冷却水压为0.07MPa，浇注温度为760℃，搅拌器电流为70A，搅拌器频率为15Hz，通氩气5min除气除渣，720℃加细化剂后静置20min浇注。
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