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陽極氧化處理性優(yōu)異的鋁合金和陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件的制作方法

文檔序號:3308752閱讀:126來源:國知局
陽極氧化處理性優(yōu)異的鋁合金和陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種陽極氧化處理性優(yōu)異的鋁合金,其分別含有Mg:高于3.5%并在6.0%以下、Cu:0.02%以上并在1.0%以下、Cr:0.02%以上并在0.1%以下,余量是Al和不可避免的雜質(zhì),不可避免的雜質(zhì)中的Si:抑制在0.05%以下,F(xiàn)e:抑制在0.05%以下,通過使鋁合金中所含的最大長度為4μm以上的金屬問化合物在任意截面的每1mm2中的個數(shù)為50個以下,可用于實(shí)現(xiàn)具有高耐電壓性、并且能夠抑制高溫下的裂紋的發(fā)生這樣的耐熱性也優(yōu)異的陽極氧化處理性優(yōu)異。
【專利說明】陽極氧化處理性優(yōu)異的鋁合金和陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及由陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件構(gòu)成的面向電子學(xué)的絕緣構(gòu)件,及其 所用的鋁合金,例如可列舉半導(dǎo)體制造裝置和半導(dǎo)體用的絕緣構(gòu)件。干式蝕刻裝置、 CVD(Chemical Vapor Deposition)裝置、離子注入裝置、派射裝置等這樣的半導(dǎo)體和液晶 的制造設(shè)備等所使用的真空室或設(shè)于該真空室的內(nèi)部的零件的原材,使用以鋁合金為基材 的具有陽極氧化皮膜的陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件作為所述半導(dǎo)體制造裝置用絕緣構(gòu)件。另 夕卜,CPU (Central Processing Unit)、功率器件、LED (Light Emitting Diode)等的有關(guān)半 導(dǎo)體和液晶的絕緣構(gòu)件,使用陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件作為所述半導(dǎo)體用絕緣構(gòu)件。特別 優(yōu)選本發(fā)明涉及的是既可抑制高溫下的裂紋發(fā)生,又使耐電壓性進(jìn)一步提高的陽極氧化處 理鋁合金構(gòu)件,和用于得到這樣的陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件的鋁合金。

【背景技術(shù)】
[0002] 在以鋁和鋁合金等作為基材的構(gòu)件的表面形成陽極氧化皮膜,并賦予該基材以耐 等離子體性和耐氣體腐蝕性的陽極氧化處理,一直以來都被廣泛進(jìn)行。例如,用于半導(dǎo)體制 造設(shè)備的等離子體處理裝置的真空室、和設(shè)于該真空室的內(nèi)部的各種零件一般使用鋁合金 構(gòu)成。但是,如果以不對所述鋁合金構(gòu)件進(jìn)行任何的處理的狀態(tài)(原本的狀態(tài)。加工成零 件的狀態(tài))直接在該用途中使用,則不能維持零件的耐等離子體性和耐氣體腐蝕性等。由 此出發(fā)而進(jìn)行的是,通過在鋁合金所構(gòu)成的構(gòu)件的表面,形成陽極氧化皮膜,從而賦予耐等 離子體性和耐氣體腐蝕性等。
[0003] 另一方面,近年來由于布線寬度的微細(xì)化,伴隨等離子體的高密度化,為了使等離 子體生成所輸入的電功率增加,在現(xiàn)有的陽極氧化皮膜中,由于在高電功率輸入時發(fā)生的 高溫、高電壓,會引起皮膜的絕緣擊穿。在這樣的絕緣擊穿發(fā)生的部分,因?yàn)殡娞匦援a(chǎn)生變 化,所以蝕刻均勻性和成膜均勻性劣化,由此,期望所使用的構(gòu)件的高耐電壓化、高溫裂紋 耐性化(耐熱性化)。另外,在半導(dǎo)體用絕緣構(gòu)件中,伴隨半導(dǎo)體的微細(xì)化、小型化、高電功 率化,使用環(huán)境也高溫化,另外在制造工序也會曝露在高溫下,因此需要高耐電壓化、高溫 裂紋耐性化(耐熱性化)。而且,以低成本實(shí)現(xiàn)這些要求特性也是重要的要件。
[0004] 用于改善形成有陽極氧化皮膜的鋁合金構(gòu)件的特性的技術(shù)至今為止也提出有各 種。例如,在專利文獻(xiàn)1中提出有一種技術(shù),其通過提高作為基材使用的鋁合金的純度,從 而減少金屬間化合物的個數(shù),以改善耐電壓性。然而,在這樣的陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件 中,有高溫下的皮膜裂紋發(fā)生,不能說高溫裂紋耐性化得到改善。
[0005] 另一方面,在專利文獻(xiàn)2中,提出有一種太陽能電池用帶絕緣層的金屬基材,其通 過盡可能降低鋁合金中的金屬Si,以改善耐電壓性。在該技術(shù)中,對于高溫裂紋耐性化未予 考慮,會發(fā)生高溫下的皮膜裂紋。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2002-241992號公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2010-283342號公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明著眼于上述這樣的情況而形成,其目的在于,提供一種具有高耐電壓性,并 且能夠抑制高溫下的裂紋的發(fā)生這樣的耐熱性也優(yōu)異的陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件,和用于 實(shí)現(xiàn)這種陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件的陽極氧化處理性優(yōu)異的鋁合金。
[0011] 能夠達(dá)成上述目的的本發(fā)明的鋁合金,其特征在于,所述鋁合金分別含有Mg:高 于3. 5%并在6.0%以下(質(zhì)量%的意思,涉及化學(xué)成分以下均同)、Cu :0.02%以上并在 I. 0 %以下、Cr :0. 02 %以上并在0. 1 %以下,余量是Al和不可避免的雜質(zhì),不可避免的雜質(zhì) 中的Si :抑制在0.05%以下,F(xiàn)e :抑制在0.05%以下,鋁合金中所含的最大長度為4 μπι以 上的金屬間化合物在任意截面的每Imm2中的個數(shù)為50個以下。
[0012] 在本發(fā)明的鋁合金中,也能夠允許在0.5%以下還含有Ζη。另外,優(yōu)選所述金屬間 化合物的每Imm 2的個數(shù)在15個以下。
[0013] 通過在由上述這樣的鋁合金構(gòu)成的基材表面形成陽極氧化皮膜,能夠?qū)崿F(xiàn)具有高 耐電壓性,并且能夠抑制高溫下的裂紋的發(fā)生這樣耐熱性也優(yōu)異的陽極氧化處理鋁合金構(gòu) 件。所形成的陽極氧化皮膜優(yōu)選由至少含有草酸的陽極氧化處理液形成。另外陽極氧化 皮膜,如果從高溫裂紋發(fā)生的抑制和確保耐電壓性這樣的觀點(diǎn)出發(fā),則優(yōu)選其厚度為3? 150 μ m〇
[0014] 根據(jù)本發(fā)明,因?yàn)檫m當(dāng)?shù)匾?guī)定了作為基材使用的鋁合金的化學(xué)成分組成和金屬間 化合物的大小和個數(shù),所以能夠?qū)崿F(xiàn)兼?zhèn)涓吣碗妷盒院湍蜔嵝赃@兩種特性的陽極氧化處理 鋁合金構(gòu)件,這樣的陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件,作為半導(dǎo)體和液晶的制造設(shè)備用構(gòu)件、功率 半導(dǎo)體用的絕緣構(gòu)件是極其有用的。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 本
【發(fā)明者】們致力于實(shí)現(xiàn)兼?zhèn)涓吣碗妷盒院湍蜔嵝詢煞N特性的陽極氧化處理鋁合 金構(gòu)件,并從各種角度進(jìn)行研宄。其結(jié)果發(fā)現(xiàn),如果適當(dāng)規(guī)定作為基材使用的鋁合金的化學(xué) 成分組成和金屬間化合物的大小和個數(shù),則能夠得到陽極氧化性優(yōu)異的物質(zhì),以及如果在 這樣的鋁合金的表面,由至少含有草酸的陽極氧化處理液形成陽極氧化皮膜,則能夠?qū)崿F(xiàn) 合乎上述目的的陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件,從而完成了本發(fā)明。以下,對于本發(fā)明所規(guī)定的 各要件進(jìn)行說明。
[0016] 本發(fā)明中作為基材使用的鋁合金,以規(guī)定量含有Mg、Cu和Cr,這些成分的范圍限 定理由如下述。
[0017] (Mg :高于 3. 5%并在 6. 0% 以下)
[0018] 陽極氧化皮膜其本身,由于變曲等形成的拉伸應(yīng)力弱,所以為了補(bǔ)償這種特性而 使陽極氧化皮膜的高溫裂紋性良好,需要盡可能提高基材的強(qiáng)度。另外,半導(dǎo)體用絕緣構(gòu)件 的情況下,提高強(qiáng)度能夠使基材厚度變薄,能夠減小熱阻,因此能夠提高散熱性。從這樣的 觀點(diǎn)出發(fā),作為基材使用的鋁合金中的Mg含量盡可能多。另外鋁合金中的Mg含量越多,越 能夠加快陽極氧化皮膜的成膜速度,也將帶來制造成本的削減。從這樣的理由出發(fā),鋁合金 中的Mg含量需要高于3.5%。優(yōu)選為3.6%以上。但是,若Mg含量過剩而高于6.0%,則鋁 合金容易發(fā)生軋制裂紋,乳制加工變得困難。Mg含量的優(yōu)選的上限為5. 3%以下,更優(yōu)選為 4. 7%以下。
[0019] (Cu :0· 02% 以上并在 1. 0% 以下)
[0020] Cu是對于提尚耐熱性有效的兀素,特別是在Mg的存在下,其性能進(jìn)一步提尚。從 這一觀點(diǎn)出發(fā),需要使Cu含有0.02%以上。優(yōu)選為0.03%以上。但是,若Cu含量過剩而 高于1. 0%,則Cu在金屬間化合物中析出而成為耐電壓性降低的原因。Cu含量的優(yōu)選的上 限為0.8%以下。
[0021] (0:0.02%以上并在0.1%以下)
[0022] 關(guān)于Cr也與Mg同樣,是對于強(qiáng)度提高有效的元素(再結(jié)晶晶粒的微細(xì)化)。為了 發(fā)揮這樣的效果,需要使Cr含有0. 02%以上。優(yōu)選為0. 03%以上,更優(yōu)選為0. 04%以上。 但是,若Cr含量過剩而高于0. 1 %,則招致結(jié)晶物尺寸的粗大化。Cr含量的優(yōu)選的上限為 0. 08%以下,更優(yōu)選為0. 07%以下。
[0023] 本發(fā)明的鋁合金的基本成分如上述,余量是Al和不可避免的雜質(zhì),但不可避免的 雜質(zhì)中的Si和Fe需要以下述方式抑制。另外,也能夠允許含有少量的Zn。
[0024] (Si :0· 05% 以下,F(xiàn)e :0· 05% 以下)
[0025] Fe生成Al-Fe系金屬間化合物,Si生成Mg-Si系金屬間化合物,這些金屬間化合 物成為使耐電壓性降低的原因,因此,為了使金屬間化合物的尺寸和個數(shù)達(dá)到規(guī)定以下,需 要將其均抑制在0.05%以下。為了得到更高的耐電壓性,優(yōu)選分別為0.02%以下。關(guān)于這 些元素的下限,沒有特別制定,但若含量低于0. 002%,則需要極昂貴的鋁合金基體,因此均 優(yōu)選為0.002%以上。
[0026] (Zn :0.5% 以下)
[0027] Zn這樣的在鋁合金中均勻固溶的元素,不會對耐電壓性產(chǎn)生影響,因此即使包含 也沒有問題。Zn的情況是,若高于0. 5%,則Zn的析出核變大,經(jīng)過前處理的蝕刻,晶界部 被深深地腐蝕而形成缺陷,因此作為表面處理來說無法成為恰當(dāng)?shù)谋砻鏍顟B(tài)。優(yōu)選為0. 3 % 以下。關(guān)于Zn的下限,沒有特別制定,但若含量低于0. 002%,則需要極昂貴的鋁合金基體, 因此優(yōu)選為0.002%以上。
[0028] (金屬間化合物尺寸、個數(shù))
[0029] 使耐電壓性降低的要因,是存在于鋁合金中的金屬間化合物在陽極氧化中沒有溶 解,而是大體上以金屬的狀態(tài)被攝取到皮膜中,其尺寸越大,單位質(zhì)量的表面積越小,溶解 越花費(fèi)時間。由此,即使未完成溶解,不會對耐電壓性產(chǎn)生嚴(yán)重影響的條件仍需要是,金屬 間化合物的大?。ㄗ畲箝L度)為4 μπι以上的個數(shù)在任意截面每Imm2中為50個(50個/ mm2)以下。如果滿足這一要件,則能夠發(fā)揮出充分的耐電壓性。此外為了提高耐電壓,優(yōu)選 上述個數(shù)為15個/mm 2以下(更優(yōu)選為10個/mm2以下)。還有,本發(fā)明中作為測量對象的 金屬間化合物是Al-Fe系金屬間化合物、Mg-Si系金屬間化合物。
[0030] 本發(fā)明的陽極氧化處理鋁合金構(gòu)件,是在由上述這樣的鋁合金構(gòu)成的基材表面形 成陽極氧化皮膜,但作為形成該皮膜時的陽極氧化處理液,優(yōu)選使用至少含有草酸的陽極 氧化處理液。這是由于,陽極氧化皮膜在鋁合金基材上形成草酸系皮膜,能夠使高溫下的耐 裂紋性提尚。
[0031] 即,作為一般的陽極氧化處理液,可列舉草酸、甲酸等的有機(jī)酸,磷酸、鉻酸、硫酸 等的無機(jī)酸,但要是從一邊在高溫下顯著減少裂紋的發(fā)生一邊使耐電壓性提高的觀點(diǎn)出 發(fā),優(yōu)選使用至少含有草酸的陽極氧化處理液。陽極氧化處理液中的草酸濃度,以能夠有效 發(fā)揮預(yù)期的作用效果的方式適宜恰當(dāng)控制即可,但優(yōu)選大致控制在20g/L?40g/L的范圍。
[0032] 進(jìn)行陽極氧化處理時的溫度(液溫),在不缺乏生產(chǎn)率、且在皮膜的溶解不會顯著 發(fā)生的范圍內(nèi)設(shè)定即可,優(yōu)選大致為0°C?50°C。在低溫側(cè),雖然成膜速度慢,但皮膜致密, 有耐電壓變高的傾向,在高溫側(cè),雖然成膜速度快,但耐電壓有稍微變低的傾向,由此,根據(jù) 生產(chǎn)率和所需耐電壓性適宜設(shè)定溫度即可。另外,考慮生產(chǎn)率和耐電壓性,成為低溫處理、 高溫處理相結(jié)合的皮膜構(gòu)造,也可以實(shí)現(xiàn)兩者的并立。
[0033] 還有,進(jìn)行陽極氧化處理時的電解電壓(陽極氧化皮膜形成電壓)、電流密度,以 能夠得到期望的陽極處理氧化皮膜的方式,適宜恰當(dāng)調(diào)節(jié)即可。例如,關(guān)于電解電壓,若電 解電壓低,則電流密度小,成膜速度慢,另一方面,若電解電壓過高,則由于大電流造成的皮 膜的溶解,導(dǎo)致陽極氧化皮膜有無法形成的傾向。電解電壓所致的影響,也與所使用的電解 處理液的組成,和進(jìn)行陽極氧化處理的溫度等相關(guān),因此適宜設(shè)定即可。更優(yōu)選使皮膜構(gòu)造 為多層構(gòu)造,從而能夠提高皮膜的耐電壓性。說到原因,是由于以多孔層(皮膜的大部分) 和阻擋層(基材鄰域)構(gòu)成的草酸系陽極氧化皮膜的多孔層,有沿著膜厚方向延長的管狀 的空孔(pore :細(xì)孔),因此在絕緣上弱,但通過使該管狀的細(xì)孔不連續(xù)(S卩,成為多層構(gòu) 造),則可抑制構(gòu)成絕緣擊穿的起因的電子雪崩的現(xiàn)象,負(fù)擔(dān)起使耐電壓性提高的作用。另 夕卜,細(xì)孔尺寸能夠通過處理電壓控制(電壓越大,細(xì)孔尺寸越大),因此通過使電壓不連續(xù) 地變化,能夠控制該皮膜構(gòu)造。
[0034] 陽極氧化處理時的電壓(電解電壓),具體來說優(yōu)選為5?100V左右(更優(yōu)選為 15?80V)?;蛘撸枠O氧化處理時流通的電流的電流密度,優(yōu)選為lOOA/dm 2以下(更優(yōu)選 為30A/dm2以下,進(jìn)一步優(yōu)選為5A/dm2以下)。但是,這樣的條件也與所使用的電解處理液 的組成、進(jìn)行陽極氧化處理的溫度、和鋁合金的化學(xué)成分組成等相關(guān),因此適宜設(shè)定即可。
[0035] 形成的陽極氧化皮膜的膜厚是承擔(dān)耐電壓性的重要因素,根據(jù)各種規(guī)格設(shè)整即 可,另外,膜厚越薄,高溫裂紋越難以發(fā)生,因此雖然沒有特別規(guī)定,但若膜厚較厚,則耐高 溫裂紋性受損,因此優(yōu)選為150 μ m以下,更優(yōu)選為100 μ m以下。
[0036] 那么,為了確保皮膜整體所需要的耐電壓性,雖然也會根據(jù)半導(dǎo)體制造裝置的種 類、工藝的不同、單位厚度(每Iym厚度)的耐電壓性(優(yōu)選每Ιμπι厚度為50V以上,更 優(yōu)選每1 μ m厚度為60V以上),但優(yōu)選皮膜厚度至少為3 μ m以上。更優(yōu)選為10 μ m以上 (進(jìn)一步優(yōu)選為20 μ m以上)。
[0037] 以下,列舉實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明,但本發(fā)明不受以下的實(shí)施例限制,在能夠 符合上述、下述的宗旨的范圍也可以適當(dāng)加以變更實(shí)施,這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍 內(nèi)。
[0038] 本申請基于2012年7月26日申請的日本國專利申請第2012-166329號主張優(yōu)先 權(quán)的利益。2012年7月26日申請的日本國專利申請第2012-166329號的說明書的全部內(nèi) 容,在本申請為了參考而援引。
[0039] 【實(shí)施例】
[0040] 根據(jù)通常的方法,熔化鑄造下述表1所示的化學(xué)成分組成的鋁合金,對于所形 成的鑄塊,以500°c的溫度進(jìn)行均質(zhì)化熱處理,接著,通過熱軋制作厚度為5mm的熱態(tài)軋 制板(熱軋板)。接著,實(shí)施冷軋直至板厚達(dá)到0. 8mm,以350°C的溫度進(jìn)行退火,切割下 30mm X 30mm X0. 8mmt 的基材。
[0041] 將如上述這樣切下的試料(基材),作為脫脂工序,在50°C -15% NaOH水溶液中 浸漬2分鐘后,進(jìn)行水洗。接下來,作為剝黑膜工序,將經(jīng)過上述脫脂工序的試料浸漬在 40°C -20%硝酸溶液中2分鐘后,進(jìn)行水洗,使表面清潔化。
[0042] 【表1】
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 一種陽極氧化處理性優(yōu)異的侶合金,其特征在于,所述侶合金w質(zhì)量%計(jì)分別含有 Mg ;高于 3. 5%并在 6. 0% W下、Cu ;0. 02% W上并在 1. 0% W下、Cr ;0. 02% W上并在 0. 1% W下,余量是A1和不可避免的雜質(zhì),不可避免的雜質(zhì)中的Si抑制在0. 05% W下,化抑制在 0. 05% W下,侶合金中所含的最大長度為4 ym W上的金屬間化合物在任意截面的每1mm2 中的個數(shù)是50個W下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的侶合金,其中,W質(zhì)量%計(jì)還含有化為0. 5% W下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的侶合金,其中,所述金屬間化合物的每1mm2中的個數(shù)為15個 W下。
4. 一種陽極氧化處理侶合金構(gòu)件,其特征在于,其是在由權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述 的侶合金構(gòu)成的基材表面形成有陽極氧化皮膜而成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陽極氧化處理侶合金構(gòu)件,其中,所述陽極氧化皮膜由至少 含有草酸的陽極氧化處理液形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陽極氧化處理侶合金構(gòu)件,其中,所述陽極氧化皮膜的厚度 為 3 ?150 ym。
【文檔編號】C22C21/06GK104471091SQ201380037784
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】高田悟, 小林一德, 田中敏行, 井上憲一 申請人:株式會社神戶制鋼所
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