专利名称：一种铝合金的均匀化工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金的均勻化工艺方法，特别涉及一种等离子刻蚀机的反应室 内衬用的高品质6061铝合金的均勻化工艺方法，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勻，在晶界上分布了粗 大的骨架状的富Si-Mg相和含!^e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。成分及组织的均勻性越差，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 小均勻，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APeSi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，狗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APeSi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。要保证氧化膜的均勻性和连续性，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勻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勻， 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 体组织不均勻，在晶界上分布了粗大的骨架状的富Si-Mg相和含狗相，并且相尺寸粗大 (> 10微米)的问题，提供一种均勻化工艺方法，使高品质6061铝合金基体组织比较均勻， 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—种铝合金的均勻化工艺方法，其特征在于将6061铝合金铸锭，进行随炉加热， 升温速度200 250°C /h，在560°C 士5°C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°C，搅拌器电流为 70A，搅拌器频率为15Hz，通氩气5min除气除渣，720°C加细化剂后静置20min浇注。本发明的优点在于1、通过该均勻化热处理工艺，提高了铝合金基体的组织均勻性；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、均勻化的温度比较高，保温时间变短，提高均勻化的效率。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。
图1为实施例1的6061铝合金均勻化处理前的铸态金相组织图。图2为6061铝合金经540°C /12h均勻化处理后的金相组织图。图3为6061铝合金经560°C /9h均勻化处理后的金相组织图。图4为经560°C /9h均勻化处理后6061铝合金的扫描电镜照片。图5为经560°C /9h均勻化处理后6061铝合金的能谱图。图6为经560°C /9h均勻化处理后6061铝合金的Mg元素面扫描图片,图7为经560°C /9h均勻化处理后6061铝合金的Si元素面扫描图片,
具体实施例方式实施例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 SiO. 50wt %, MgO. 93wt %, CuO. 23wt %, CrO. 18wt %, Fe < 0. 14wt %, MnO. 036wt %, Ti < 0. 15wt%,Al余量。该合金杂质！^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°C，搅拌器电流为70A，搅拌器频率为15Hz，通氩气5min除气除渣，720°C加 0. IWt %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铝合金进行均勻化热处理工艺随炉加热铝合金铸锭，在 560°C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 铝合金的均勻化525-M0°C /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铝合金均勻化处理前的铸态金相组织图，铸锭组 织是不均勻的，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°C /12h均勻化处理后的金相组织图，分析均勻 化后的金相图片，在均勻化1 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°C /9h均勻化处理后的金相组织图。发现经过 560°C均勻化9h处理后，随着均勻化温度的升高，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°C /9h均勻化处理后6061铝合金的扫描电镜照片，图5为经 5600C /9h均勻化处理后6061铝合金的能谱图。通过观察经560°C保温9h均勻化处理的样 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°C /9h均勻化处理后6061铝合金的Mg元素面扫描图片，图7为经 5600C /9h均勻化处理后6061铝合金的Si元素面扫描图片。从图中可以看出，均勻化后 Mg、Si元素在基体中的分布均勻，这说明Mg2Si已经充分回溶。本实施例表明，6061铝合金在560°C 士5°C保温9小时后，出炉室温水冷淬火，转 移时间不超过1分钟的均勻化工艺，比常规的525-M0°C /12h均勻化工艺效果要好，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，均勻化效率更高。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 SiO. 40wt %, Mgl. 2wt %, CuO. 15wt %, CrO. 35wt %, Fe < 0. 14wt %, MnO. 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铝合金进行均勻化热处理工艺随炉加热铝合金铸锭，在 5600C 士5°C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 SiO. 60wt %, MgO. 8wt %, CuO. 4wt %, CrO. 04wt %, Fe < 0. 15wt %, MnO. 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铝合金进行均勻化热处理工艺随炉加热铝合金铸锭，在 5600C 士5°C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，通过均勻化热处理后，提高了铝合金基体的组织均 勻性，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。
权利要求
1.一种铝合金的均勻化工艺方法，其特征在于将6061铝合金铸锭，进行随炉加热，升 温速度200 250°C /h，在560°C 士5°C保温9小时，然后出炉用室温水冷淬火。
2.根据权利要求1所述的铝合金的均勻化工艺方法，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所述的铝合金的均勻化工艺方法，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%, CrO. 04 0. 35wt%, Fe < 0. 15wt%, Mn < 0. 15wt%, Ti < 0. 15wt%，余量为 Al。
4.根据权利要求3所述的铝合金的均勻化工艺方法，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°C，搅拌器电流为70A，搅拌器频率为15Hz，通氩气5min除气除渣，720°C加细化剂后 静置20min浇注。
全文摘要
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。
文档编号C22C1/06GK102051562SQ20091023707
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者杜鹏, 汤振雷, 许小静, 闫晓东 申请人:北京有色金属研究总院