TW201303090A - 不具有轉換層之真空泵部件 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於不具有轉換層之真空泵部件，該部件由閥金屬與閥金屬之合金製成。
Description
本發明係關於不具有轉換層的真空泵部件，該等部件由閥金屬與閥金屬之合金製成。
DE 101 63 864 A1關於用於以薄阻障層塗佈物件的製程，該物件由閥金屬或閥金屬的合金製成，該薄阻障層由該金屬與氧化物陶瓷層構成並且設置在該物件上，該薄阻障層的表面已被塗有氟聚合物，該製程的特徵在於，該氟聚合物是以溶液的形式被導入氧化物陶瓷層的毛細管系統中，該導入是透過先真空浸透、接著移除溶液的未溼潤部分並且乾燥而完成。因此，閥金屬之群組包括：鋁、鎂、鈦、鈮，或鋯，以及前述金屬之合金。此外，該說明書也界定由閥金屬製成的真空泵之進一步的部件，諸如渦輪分子泵的轉子與定子。
在此文件中以及本發明的範疇內，「鋁與鋁合金」意思是超純的鋁與下述合金：AlMn；AlMnCu；AlMg1；AlMg1.5；E-AlMgSi；AlMgSi0.5；AlZnMgCu0.5；AlZnMgCu1.5；G-AlSi1.2；G-AlSi5MG；G-AlSi8Cu3；G-AlCu4Ti；G-AlCu4TiMg。再者，除了純鎂之外，尤其是具有美國材料試驗協會標準編號(ASTM designation)AS41、AM60、AZ61、AZ63、AZ81；AZ91、HK31、QE22、
ZE41、ZH62、ZK51、ZK61、EZ33、HZ32的鎂澆鑄合金以及AZ31、AZ61、AZ80、M1 ZK60、ZK40鍛造合金適合本發明之目的。進一步而言，也可運用純鈦與鈦合金(諸如TiAl6V4、TiAl5Fe2.5與其他鈦合金)。
在DE 101 63 864 A1中，該氧化物陶瓷層基本上由該部件之表面的轉換層所形成，所以實務上，損失該基材材料的一部分並且該部分被轉換成氧化阻障層。
此外，已知習知陽極處理(anodization)層，而電漿化學陽極處理方法(KEPLA-Coat®、KERONITE®與其他方法)也為已知。同樣，已知用鎳塗佈上文提及的閥金屬。
所有上文提及的塗佈方法能形成真輪廓(true-contour)層。然而，所有該等層系統在真空技術性應用中具有特定缺點。因此，陽極處理方法或多或少包括顯著的孔隙結構，該等結構限制了腐蝕上的防護。無電電鍍鎳層具有通稱的「針孔」，該等針孔至少需要較大的層厚以將針孔的數目與尺寸減至最小。同樣，無電電鍍鎳層的摩擦表現(尤其是在真空下)是不足的，因為該等層傾向在碰撞時引發冷焊接。
例如在DE 10 2005 040 648 A1中也描述了真空泵部件的替代性塗層。閥金屬製成的物件(尤其是具有由該金屬形成的氧化物陶瓷層的真空泵部件，且該物件具有薄阻障層做為朝向該金屬的介面)設有另一聚合物層，該聚合物層是以聚對二甲苯為基礎而形成。在該方面，針
對此表面塗佈之組成物與應用方法，將DE 10 2005 040 648 A1以該DE 10 2005 040 648 A1之全文透過參考形式納入本文。
WO 03/029529 A1、WO 2006/047501 A2與WO 2006/047526 A2描述具有氧化鈦及/或氧化鋯之陶瓷塗層之物件的製備，該陶瓷塗層抗腐蝕、熱，以及研磨，並且該陶瓷塗層透過直流電或交流電陽極處理施加至該由鋁及/或鈦製成的物件。以此先前技術之方法為基礎的物件並未被具體說明。同樣，沒有關於化學抵抗性之資訊，尤其是沒有關於對檸檬酸或氫氯酸及/或氫氟酸蒸氣之抵抗性的資訊。
據此，本發明之宗旨是提供無轉換層的真空泵部件，該部件是由閥金屬或閥金屬之合金製成，除了具有抗腐蝕性、抗熱性，與抗研磨性之外，該部件包括不具有轉換層的塗層，該塗層是由電鍍產生並且該塗層額外對化學物質有抵抗性，尤其是抗檸檬酸或氫氯酸蒸氣。此舉在產生真空泵部件上特別重要，真空泵部件特別在真空技術上會接觸侵蝕性的氣體，諸如HCl及/或HF蒸氣/氣體。
第一實施例中，上述宗旨透過無轉換層的真空泵部件達成，該部件由閥金屬或閥金屬的合金製成，該部件特
徵在於，該部件的表面具有一塗層，該塗層具有至少一種氧化物及/或氟氧化物，該氧化物及/或氟氧化物是由硼、鍺、鋁、鎂、鈦、鈮、鉿，及/或鋯，與前述元素之混合物所構成之群組中的一元素的氧化物及/或氟氧化物，該塗層是透過電鍍產生並且該塗層具有範圍在5至50 μm內的層厚度。
解決上述問題的方法利用表面的真輪廓覆蓋法，該表面的真輪廓覆蓋法在諸如已知的轉換層(諸如KEPLA-Coat®)中是可行的，或在一方面，該表面的真輪廓覆蓋法於陽極處理層中是可行的。然而，根據本發明，基本上無基材材料透過轉換而損失，即不產生轉換層。因此，若需要，則可重複任何次數的塗佈而不至造成基材損失，此舉尤其在維護方面是高度重要的。
製程技術的細節可見於上文提及的公開案WO 03/029529 A1、WO 2006/047501 A2與WO 2006/047526 A2的細節中。在該方面，該等文件以該等文件之全文透過參考形式也在此納入本文。
由於高沉積速率之故，相較於慣常的陽極處理方法，暴露時間減少至大約三分之一；相較於前述的KEPLA Coat®方法，暴露時間甚至減少至大約六分之一(四分之一)。因此，提供顯著的經濟優勢。此外，能觀察到，根據本發明製備的由閥金屬與閥金屬之合金製成的無轉換層之真空泵部件無邊緣效應發生。尤其，此性質無法從前述文件得知，因而此性質呈現出本發明令人驚訝的優
點。
相較於由陽極處理方法或由KEPLA Coat®方法製備的層，獲得了更高的對研磨性磨損的抵抗性。所沉積的層可具有約700 HV的硬度。
根據本發明，能夠達成在腐蝕上的防護方面比已知層系統更加顯著的優點。該優點包括特別對檸檬酸與氫氯酸的防護性。已知陽極處理層對檸檬酸的作用敏感，而KEPLA Coat®層對氫氯酸不具有足夠的穩定性。
已發現，對於由閥金屬與閥金屬之合金製成的真空泵部件的塗層而言，透過在顯然更長的時期(與先前已知方法所需之時期相較)上分析性監視以及視情況補充電解質，可設定電解質的基本服務壽命。相較之下，KEPLA Coat®的電解質必須取決於用量而被丟棄，如此是由於源自起始材料的污染所致。此現象對陽極處理層之電解質同樣適用。
根據本發明由閥金屬與閥金屬之合金製成的真空泵部件特別包括轉子、定子、定子碟半體(halves)、螺旋階(helical stage)、容座(housing)，以及軸承殼。
根據先前技術，此述的「閥金屬」之用語包括一群組的金屬，該群組具有鋁、鎂、鈦、鈮及/或鋯與前述材料之合金。根據本發明，在說明書的前言部分所提及的鋁、鎂與鈦也是特別受青睞的。
尤其，較佳為選擇至少一種氧化物及/或氟氧化物作為表面塗層，該氧化物及/或氟氧化物是鋁、鈦，及/或鋯構
成之群組的氧化物及/或氟氧化物。該等材料是實現本發明之優點的最適合的材料。
在本發明的一個實施例中，表面塗層的厚度從5 μm至50 μm。尤其，根據本發明，較佳為表面塗層的厚度從15 μm至30 μm。若表面塗層的厚度選得太薄，則會無法確保對腐蝕、熱、研磨，與化學物質有足夠的防護。相反地，若表面塗層的厚度選得太大，則相應的塗層將傾向脫落。此外，相應地，厚的塗層在經濟上較不具效益。
本發明的另一實施例關於用於製備不具轉換層的真空泵部件的方法，該部件由閥金屬或閥金屬之合金製成且透過電鍍產生，該方法之特徵在於：(a)提供一陽極處理溶液，該溶液除了水外還含有至少一種其他成份，該成份選自可散佈水中的複合式氟化物與氟氧化物，該等氟化物與氟氧化物是由硼、鍺、鋁、鎂、鈦、鈮、鉿，及/或鋯，與前述元素之混合物構成的群組中之元素的氟化物與氟氧化物；(b)將一陰極接觸該陽極處理溶液；(c)將作為陽極的該等部件插入該陽極處理溶液中；(d)在該陽極與該陰極之間施加電壓，以將表面塗層施加至該等部件。
原則上，此製程已可由所提及的文件WO 03/029529 A1、WO 2006/047501 A2與WO 2006/047526 A2中知悉。
本發明與該等文件的差異在於，由閥金屬與閥金屬之合金所製成之所選真空泵部件。
實例：實例1：尺寸為100 x 50 x 1.5 mm的AlMgSi1樣本片在5分鐘內如WO 03/029529 A1,WO 2006/047501 A2與WO 2006/047526 A2所述的電解質中以400伏特受到陽極塗佈5分鐘。所決定的層厚度為約10 μm。
實例2：如實例1所述的樣本片以類似方式塗佈10分鐘以內。所決定的層厚度為約12 μm。
實例3：根據實例1與實例2塗佈的樣本片暴露至氫氯酸大氣，該氫氯酸大氣是在含重量百分比為15%的氫氯酸浴上方形成。在144小時與300小時的測試歷時之後，該樣本片上的氧化物陶瓷層受到剝落試驗。在樣本片上的氧化物陶瓷層在此暴露時間之後仍完好。
實例4：根據實例1與實例2塗佈的樣本片暴露至具有2%、3.5%，與5%之濃度的檸檬酸溶液。在90小時的測試歷時之後，該樣本片上的氧化物陶瓷層受到剝落試驗。在
樣本片上的氧化物陶瓷層在此暴露時間之後仍完好。
Claims (6)
- 一種無轉換層的真空泵部件，該部件由閥金屬或閥金屬的合金製成，該真空泵部件之特徵在於，該部件的表面具有一塗層，該塗層具有至少一種氧化物及/或氟氧化物，該氧化物及/或氟氧化物是由硼、鍺、鋁、鎂、鈦、鈮、鉿，及/或鋯，與前述元素之混合物構成的群組中的一元素之氧化物及/或氟氧化物，該塗層是透過電鍍產生並且該塗層具有範圍在5至50 μm內的層厚度。
- 如請求項1所述的部件，包括轉子、定子、定子碟半體(halves)、螺旋階(helical stage)、容座(housing)，以及軸承殼。
- 如請求項1或2所述的部件，該部件之特徵在於，該閥金屬選自鋁、鎂、鈦、鈮及/或鋯與前述材料之合金。
- 如請求項1所述的部件，該部件之特徵在於，該塗層由至少一種氧化物及/或氟氧化物構成，該氧化物及/或氟氧化物是鋁、鈦，及/或鋯所構成之群組的氧化物及/或氧氧化物。
- 如請求項1所述的部件，該部件之特徵在於，該表面 塗層的厚度是15至30 μm。
- 一種用於製備不具轉換層的真空泵部件的方法，該部件由閥金屬或閥金屬之合金製成且透過電鍍產生，該方法之特徵在於：(a)提供一陽極處理溶液，該溶液除了水外還含有至少一種其他成份，該成份選自可散佈水中的複合式氟化物與氟氧化物，該等氟化物與氟氧化物是由硼、鍺、鋁、鎂、鈦、鈮、鉿，及/或鋯，與前述元素之混合物構成的群組中之元素的氟化物與氟氧化物；(b)將一陰極接觸該陽極處理溶液；(c)將作為陽極的該等部件插入該陽極處理溶液中；(d)在該陽極與該陰極之間施加一電壓，以將一表面塗層施加至該等部件。
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