專利名稱：一種鋁合金的均勻化工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金的均勻化工藝方法，特別涉及一種等離子刻蝕機的反應室 內襯用的高品質6061鋁合金的均勻化工藝方法，屬于有色金屬熱處理工藝技術領域。
背景技術：
半導體設備行業(yè)對鋁合金材料的要求極為苛刻，如刻蝕機用的反應室內襯在工作 過程中要受到高密度等離子體的轟擊腐蝕，此外，在定期維護清洗過程中，還要經受包括鹽 酸、氫溴酸、氫氟酸、硝酸和氨水等強腐蝕介質的腐蝕。因此，鋁合金部件必須進行嚴格的表 面處理，形成高性能致密氧化膜，而決定氧化膜質量的關鍵部分之一是鋁合金基體材料的 組織性能。國內用于刻蝕機反應室內襯的6061鋁合金基體組織不均勻，在晶界上分布了粗 大的骨架狀的富Si-Mg相和含!^e相，并且相尺寸粗大(> 10微米)，有這特征的6061鋁 合金即使經過陽極氧化，耐腐蝕性能也很差。該合金腐蝕的機理從電化學腐蝕角度來解釋 為局部腐蝕，引起局部點腐蝕的重要原因是微電池的形成。成分及組織的均勻性越差，各部 分的電勢差越大，增加微電池的形成，從而增加鋁合金的腐蝕速度，反之，組織的晶粒越細 小均勻，腐蝕中形成微電池的概率越小，鋁合金耐腐蝕性越好。另外，鋁合金基體中的Si和 Fe.Al 一起會形成APeSi相，該相對于鋁基體是陰極相，他們二者恰好構成一對電極電偶， 減少了鋁合金的耐腐蝕性。同時，狗的金屬間化合物不同程度的影響膜的連續(xù)性，在這種情 況下，材料的抗腐蝕性也會大大下降。要提高鋁合金基體的質量，主要是控制析出相Mg2Si 和APeSi的尺寸和數量。因為在陽極氧化堿洗過程中，Mg2Si會優(yōu)先腐蝕，出現蓮花狀腐蝕 坑，AlFeSi因與鋁基體的電化學電位不同，堿洗時促進鋁基體的溶解，出現蝕坑。要保證氧化膜的均勻性和連續(xù)性，應該嚴格控制鋁合金中第二相的數量和尺寸， 必須要使用有效的均勻化工藝來取得比較好的鋁合金基體材料，使得基體組織比較均勻， 第二相細小。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對等離子刻蝕機的反應室內襯用的高品質6061鋁合金的基 體組織不均勻，在晶界上分布了粗大的骨架狀的富Si-Mg相和含狗相，并且相尺寸粗大 (> 10微米)的問題，提供一種均勻化工藝方法，使高品質6061鋁合金基體組織比較均勻， 從而獲得較好的鋁合金基體材料。為實現上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案—種鋁合金的均勻化工藝方法，其特征在于將6061鋁合金鑄錠，進行隨爐加熱， 升溫速度200 250°C /h，在560°C 士5°C保溫9小時，然后出爐用室溫水冷淬火。一種優(yōu)選技術方案，其特征在于所述的6061鋁合金鑄錠出爐的轉移時間不超過 1分鐘。一種優(yōu)選技術方案，其特征在于所述的6061鋁合金鑄錠的成分為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%，余量為 Al。一種優(yōu)選技術方案，其特征在于所述的6061鋁合金鑄錠的鑄造工藝為電磁鑄 造，結晶器牽引速度為700r/min，冷卻水壓為0. 07MPa，澆注溫度為760°C，攪拌器電流為 70A，攪拌器頻率為15Hz，通氬氣5min除氣除渣，720°C加細化劑后靜置20min澆注。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、通過該均勻化熱處理工藝，提高了鋁合金基體的組織均勻性；2、晶界上的Mg2Si相完全回溶，富鐵相雖然沒回溶，但大部分已經球化。3、均勻化的溫度比較高，保溫時間變短，提高均勻化的效率。4、經過本發(fā)明工藝方法處理的6061鋁合金適合用于等離子刻蝕機的反應室內 襯，可以提高陽極氧化的效果并提高鋁合金陽極氧化后的抗腐蝕性。下面通過附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保 護范圍的限制。


圖1為實施例1的6061鋁合金均勻化處理前的鑄態(tài)金相組織圖。圖2為6061鋁合金經540°C /12h均勻化處理后的金相組織圖。圖3為6061鋁合金經560°C /9h均勻化處理后的金相組織圖。圖4為經560°C /9h均勻化處理后6061鋁合金的掃描電鏡照片。圖5為經560°C /9h均勻化處理后6061鋁合金的能譜圖。圖6為經560°C /9h均勻化處理后6061鋁合金的Mg元素面掃描圖片,圖7為經560°C /9h均勻化處理后6061鋁合金的Si元素面掃描圖片,
具體實施例方式實施例1等離子刻蝕機的反應室內襯用的高品質6061鋁合金，合金成分如下 SiO. 50wt %, MgO. 93wt %, CuO. 23wt %, CrO. 18wt %, Fe < 0. 14wt %, MnO. 036wt %, Ti < 0. 15wt%,Al余量。該合金雜質！^含量少，同時含有Cr和Mn。按下列步驟及工藝進行 熔煉和鑄造。鑄造工藝為電磁鑄造，結晶器牽引速度為700r/min，冷卻水壓為0.07MPa，澆注 溫度為760°C，攪拌器電流為70A，攪拌器頻率為15Hz，通氬氣5min除氣除渣，720°C加 0. IWt %的Al3Ti細化劑后，靜置20min澆注。電磁鑄造出無鑄造缺陷的成分合格的6061鋁合金鑄錠。對上述得到的6061鋁合金進行均勻化熱處理工藝隨爐加熱鋁合金鑄錠，在 560°C下保溫9小時，然后出爐用室溫水冷淬火，轉移時間不超過1分鐘，比常規(guī)的6XXX系 鋁合金的均勻化525-M0°C /12h的溫度要高，保溫時間要短些。如圖1所示，為本實施例的6061鋁合金均勻化處理前的鑄態(tài)金相組織圖，鑄錠組 織是不均勻的，主要由樹枝狀的α相和枝晶間的共晶體組成，共晶體中含有粗大的金屬間 化合物，對照金相圖譜判斷，大部分為沿晶界分布的Mg2Si,少量存在于三角晶界處的塊狀Si，和基體中的針狀的β (Al9Fe2Si2)相。如圖2所示，為6061鋁合金經540°C /12h均勻化處理后的金相組織圖，分析均勻 化后的金相圖片，在均勻化1 后，第二相回溶不夠充分，仍在晶界處連續(xù)分布。如圖3所示，為6061鋁合金經560°C /9h均勻化處理后的金相組織圖。發(fā)現經過 560°C均勻化9h處理后，隨著均勻化溫度的升高，第二相已經回溶，未溶第二相主要以點狀 和細小針狀的形態(tài)分布。圖4為經560°C /9h均勻化處理后6061鋁合金的掃描電鏡照片，圖5為經 5600C /9h均勻化處理后6061鋁合金的能譜圖。通過觀察經560°C保溫9h均勻化處理的樣 品在掃描電鏡下的照片和能譜檢查結果，在基體上能看到分散的白色相，對白色相進行能 譜分析知其為含鐵相。圖6為經560°C /9h均勻化處理后6061鋁合金的Mg元素面掃描圖片，圖7為經 5600C /9h均勻化處理后6061鋁合金的Si元素面掃描圖片。從圖中可以看出，均勻化后 Mg、Si元素在基體中的分布均勻，這說明Mg2Si已經充分回溶。本實施例表明，6061鋁合金在560°C 士5°C保溫9小時后，出爐室溫水冷淬火，轉 移時間不超過1分鐘的均勻化工藝，比常規(guī)的525-M0°C /12h均勻化工藝效果要好，能使 Mg2Si相完全回溶，大部分富鐵相球化，而且保溫時間要短些，均勻化效率更高。實施例2等離子刻蝕機的反應室內襯用的高品質6061鋁合金，合金成分如下 SiO. 40wt %, Mgl. 2wt %, CuO. 15wt %, CrO. 35wt %, Fe < 0. 14wt %, MnO. 13wt %, Ti< 0. 15wt%, Al余量。按實施例1的步驟及工藝進行熔煉和鑄造，得到無鑄造缺陷的成分 合格的6061鋁合金鑄錠。對上述得到的6061鋁合金進行均勻化熱處理工藝隨爐加熱鋁合金鑄錠，在 5600C 士5°C下保溫9小時，然后出爐用室溫水冷淬火，轉移時間不超過1分鐘。實施例3等離子刻蝕機的反應室內襯用的高品質6061鋁合金，合金成分如下 SiO. 60wt %, MgO. 8wt %, CuO. 4wt %, CrO. 04wt %, Fe < 0. 15wt %, MnO. 06wt %, Ti< 0. 15wt%, Al余量。按實施例1的步驟及工藝進行熔煉和鑄造，得到無鑄造缺陷的成分 合格的6061鋁合金鑄錠。對上述得到的6061鋁合金進行均勻化熱處理工藝隨爐加熱鋁合金鑄錠，在 5600C 士5°C下保溫9小時，然后出爐用室溫水冷淬火，轉移時間不超過1分鐘。實施例2和3的6061鋁合金，通過均勻化熱處理后，提高了鋁合金基體的組織均 勻性，使Mg2Si相回溶，使得含鐵相球化，進而提高陽極氧化的效果和提高鋁合金陽極氧化 后的抗腐蝕性。
權利要求
1.一種鋁合金的均勻化工藝方法，其特征在于將6061鋁合金鑄錠，進行隨爐加熱，升 溫速度200 250°C /h，在560°C 士5°C保溫9小時，然后出爐用室溫水冷淬火。
2.根據權利要求1所述的鋁合金的均勻化工藝方法，其特征在于所述的6061鋁合金 鑄錠出爐的轉移時間不超過1分鐘。
3.根據權利要求1所述的鋁合金的均勻化工藝方法，其特征在于所述的6061鋁合 金鑄錠的成分為Si 0. 4 0. 6wt%, Mg 0. 8 1. 2wt%, Cu 0. 15 0. 4wt%, CrO. 04 0. 35wt%, Fe < 0. 15wt%, Mn < 0. 15wt%, Ti < 0. 15wt%，余量為 Al。
4.根據權利要求3所述的鋁合金的均勻化工藝方法，其特征在于所述的6061鋁合金 鑄錠的鑄造工藝為電磁鑄造，結晶器牽引速度為700r/min，冷卻水壓為0. 07MPa，澆注溫度 為760°C，攪拌器電流為70A，攪拌器頻率為15Hz，通氬氣5min除氣除渣，720°C加細化劑后 靜置20min澆注。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁合金的均勻化工藝方法，特別是等離子刻蝕機的反應室內襯用的高品質6061鋁合金的均勻化工藝方法，屬于有色金屬熱處理工藝技術領域。所述的6061鋁合金成分為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；其均勻化工藝方法為將6061鋁合金鑄錠進行隨爐加熱，在560℃±5℃保溫9小時，然后出爐用室溫水冷淬火。通過該均勻化熱處理，能提高鋁合金基體的組織均勻性，能使Mg2Si相回溶，使得含鐵相球化，進而提高陽極氧化的效果和提高鋁合金陽極氧化后的抗腐蝕性。
文檔編號C22C1/06GK102051562SQ20091023707
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權日2009年11月3日
發(fā)明者杜鵬, 湯振雷, 許小靜, 閆曉東 申請人:北京有色金屬研究總院