专利名称：物体的涂覆方法
技术领域：
本发明涉及一种涂覆由阀金属(valve metal)或其合金制造的物体的方法，以及由此得到的物体。
背景技术：
EP 0 545 230 A1涉及一种在阻隔层金属上制造任选改性的氧化物陶瓷层的方法以及由此得到的产品。为了增加阻隔层金属上氧化物陶瓷层的厚度和耐磨损性，在PH值为2～8的无氯电解池中进行等离子体化学阳极氧化，其中持续电流密度至少为1A/dm2，直到电压达到最终值。这样就在铝或铝合金物体的表面涂上一层由刚玉组成的氧化物陶瓷层。也可在镁或钛的表面涂上一层厚度高达150μm的涂层。
许多应用中，要求阀金属的高负载组成部分即使在极端的条件下也必须是耐腐蚀和耐磨损的。这可以通过提供这样一种带有氧化物陶瓷层的物体，其具有粗筛孔互连的毛细管系统，引入至少一维方向小于毛细管直径的含氟聚合物粒子，然后曝露带有预填充毛细管系统的物体以改变压力条件来完成。
DE 41 24 730 C2涉及一种用于将含氟聚合物结合到通过阳极氧化法制备的由铝或其合金构成的物体的多微孔表面的方法，其特征是将具有粒子尺寸为1～50nm的含氟聚合物或它们的母体的水悬浮液结合到硬的阳极化的铝层的毛细管中，其中毛细管与金属是垂直的。
DE 42 39 391 C2中涉及具有填充含氟聚合物的氧化物陶瓷涂层的铝、镁或钛物体以及制备它们的方法。所公开的是由阻隔层金属制成的物体，金属上带有一层薄的稳固的粘接阻隔层，其上面带有烧结的致密氧化物陶瓷层，并且在其上部，涂有氧化物陶瓷层，其具有粗筛孔互连的主要填充含氟聚合物的毛细管系统。特别地，氧化物陶瓷层的厚度为40到150μm。此类物体的实例是用于涡轮分子泵的转子、用于柴油机或汽油机的涡轮增压器、真空或等离子体技术制得的组成部件、用于冠状放电器的滚筒以及超声触头，每种都为铝或铝合金材料。公开了如果要引入外部氧化物陶瓷层的含氟聚合物粒子或母体不是液体，那么就在适宜的溶剂中分散作为溶液或悬浮液引入。此应用的实质核心是将含氟聚合物粒子分散在适宜的溶剂中来改变压力条件，使用浸透体系是合适的，其中首先利用真空除去氧化物陶瓷层的毛细管系统中的空气，随后，在真空的作用下，粒子进入微孔并且在真空释放后，利用气体压力压入微孔，这样就认为可以达到精细的分支。
作为尤其适宜的含氟聚合物，特别为四氟乙烯、六氟丙烯、偏二氟乙烯、氟代乙烯以及三氟氯乙烯的聚合物和共聚物。这些含氟聚合物事实上并不溶于任何溶剂，所以依照DE 42 39 391 C2，可以考虑将这些含氟聚合物以分散体的形式引入表面。
日本专利JP 2,913,537中公开了类似的方法。一个耐腐蚀结构，其特征为带有厚度约20μm的Ni-P合金镀层的用于在半导体生产设备中来释放氯气的涡轮分子泵的铝/合金部件，这一部件与氯气接触，并且通过将上述涡轮分子泵的转子和定子浸入到用以形成氟树脂层的液体中，然后干燥，在上述镀金层上形成氟树脂保护层。
上面提到的现有技术文献有一个共同的特征就是含氟聚合物主要提供到氧化物陶瓷层的外表面，但是进入到分支的却只有很小的程度。
发明内容
因此，本发明的目的是提高涂层的均匀性，从而提高物体、特别是氧化物陶瓷层的密封性能。
在第一个实施方案中，本发明的上述目的通过以下的方法来完成用由金属和其上的氧化物陶瓷层组成的薄阻隔层涂覆阀金属或其合金制造的物体，所述氧化物陶瓷层表面涂有含氟聚合物，特征为含氟聚合物以溶液的形式通过真空浸渍引入到氧化物陶瓷层的毛细管系统中，随后去除溶液中的非润湿部分，然后干燥。
通过氧化物陶瓷层的后处理，特别是阳极化制备的，通过用含氟聚合物溶液真空浸渍，所要考虑的保护层的密封性性能比现有技术有很大的提高。聚合物在应用中的另一个优点是对活泼的和腐蚀的介质具有很高的抵抗性。这些介质可以是气体，例如，在等离子体蚀刻中涡轮分子泵使用的，但是也可以包括酸或碱的液体或气体。
类似地，含氟聚合物以溶解的形式浸渍也是可以的，而无需预先涂刷氧化物或陶瓷类型的涂层。这样处理的表面也可用特殊的性能来表征，如耐灰尘或脏物粒子以及被介质如水、油或其它液体的非可润湿性。
与现有技术相比，利用本发明可以很大程度的提高涂层的均匀性。通过上述涂层的真空浸渍来达到这个目的，其中溶解的含氟聚合物进入涂层中的微孔或精微细小的空穴。
依照发明的涂层的优点特别归因于很低的表面能。它可以导致对几乎所有溶剂，其中包括，特别是溶剂、油(也包括硅油)以及水基液体最佳的阻隔效应。固体也能够沉积在膜的表面，只是有些困难。此外，同样的性能会引起对阀金属非常好的粘接性。另外要指出的是，通常的表面处理的操作条件对保持的高化学、热以及电的稳定性没有影响。
本发明的意义中，特别优选使用铝、镁、钛、铌或锆以及它们的合金作为阀金属。
这里要特别指出的是铝和铝合金经常用来制造涡轮分子泵的转子。
本发明中使用的术语“铝及其合金”是指超纯的铝及合金AlMn、AlMnCu、AlMg1、AlMg1.5、E-AlMgSi、AlMgSi0.5、AlZnMgCu0.5、AlZnMgCu1.5、G-AlSi12、G-AlSi5Mg、G-AlSi8Cu3、G-AlCu4Ti、G-AlCu4TiMg。
对发明的目的来说，除纯镁外，更适宜的材料特别是ASTM标号为AS41、AM60、AZ61、AZ63、AZ81、AZ91、AZ92、HK31、QE22、ZE41、ZH62、ZK51、ZK61、EZ33、HZ32的镁浇铸合金以及塑造合金AZ31、AZ61、AZ80、M1Zk60、ZK40。
此外，纯钛或其他钛合金，如TiAl6MV4、TiAl5Fe2.5和其他合金也可以使用。
依照本发明，对氧化物陶瓷层特别优选使用或多或少筛过的材料来制备，其中氧化物陶瓷层密集的烧结在阻隔层的一边，对面的一边为粗筛孔互连的毛细管系统。相应的氧化物陶瓷层是已知的，例如可从专利DE 42 39 391 C2中获悉。
而且依照本发明，所用氧化物陶瓷层的厚度为40到150μm，特别为50～120μm，同样可以从DE 42 39 391 C2中获悉。
本发明可使用的含氟聚合物优选自氟代环氧化物聚合物、甲硅烷基醚，特别是氟代脂肪族甲硅烷基醚、聚丙烯酸酯和/或氨基甲酸酯。
以FluoradTM为标号的许多不同的含氟聚合物，3M Company都有出售。FluoradTMFC-405/60为氟代脂肪族甲硅烷基醚的浓溶液，其可以在醇、酮、乙酸酯中稀释，也可以在水中溶解。FluoradTMFC-722为惰性的氟代溶剂中的氟代丙烯聚合物。作为热塑性的材料，试剂不会变干，因此由紫外线辐射引起的高温和放热反应或低温体系就变得不必要了。FluoradTMFC-725为乙酸丁酯中的氟代丙烯酸酯聚合物，它是一种无保存期限制的单组分溶解的聚合物。
依照本发明特别优选涂覆含氟聚合物的层厚度为1～20μm，特别为1～5μm。对聚丙烯酸酯来说，特别低的层厚是一个特殊的优点。例如，也可以以1～2μm的层厚涂覆。
物体的浸渍可以使用不同的方法，方法的分别选择取决于所使用的含氟聚合物以及物体的要求。
干真空/压力浸渍法是最慢和最复杂的真空浸渍法。下列描述的真空浸渍法需要两个罐，一个储存罐用于含氟聚合物的溶液，一个用于物体/工作件的浸渍-将浸渍容器抽真空以除去物体微孔中的空气；-将含氟聚合物溶液从储存罐中转移至浸渍容器中，直至在真空状态下的工作件被浸没；-使浸渍容器充气，随后用压缩气体增压；-利用增加的压力将含氟聚合物溶液转移至储存容器，随后排气至常压；-取出并漂洗物体；-执行其它工序。
干真空法优选用于高粘度的含氟聚合物溶液。而且依照本发明，当微孔非常小且对涂层物体的要求格外高时，特别优选使用这个方法。
在湿真空/压力法中，只需要一个罐。将物体浸渍在通常保留在浸渍容器中的含氟聚合物溶液中。物体和含氟聚合物溶液通常在真空下放置，随后用压缩气体增压-将浸渍容器抽真空以除去物体微孔中的空气；-充气至常压，随后用压缩气体使罐增压；
-排气至常压；-取出并漂洗物体；-执行其它工序。
推荐使用湿真空/压力法，例如，可用于带有很小微孔的物体以及高密度的烧结金属部件的浸渍。
湿真空法是最简单而且是最快的真空浸渍法。与湿真空/压力法相比，罐不用增压。代替的是，浸渍容器仅仅在真空后充气。密封材料在大气压下浸渍部件。含氟聚合物溶液流到部件的微孔中形成的真空内并且置换它-抽真空以除去微孔中的气体；-充气至常压；-为了使含氟聚合物溶液浸渍部件，短时间允许部件停留在浸渍容器中；-取出并漂洗工作件；-执行其它工序。
湿真空浸渍法是目前为止优选的方法。如果浸渍系统是新近安装的，那么它的简便性和快速性以及低的设备投资的优点使它成为优选的方法。
下面的真空浸渍，溶液的非润湿部分被去除，而溶剂则在高温下可选择的去除。例如，氟代脂肪族涂层如FluoradTMFC-405/60能够在110℃下很短的时间5～10分钟内或在室温下持续24小时干燥。
为了增加涂层厚度，当然，重复引入和干燥含氟聚合物的步骤若干次也是可以的。
另一个实施方案中，本发明包含可按上述方法得到的由阀金属制成的物体。依照本发明这些物体特别优选用作通常由铝或铝合金制备的涡轮分子泵的转子。
利用本发明，能够得到特征为非常低的表面视在导纳的物体，这可以通过未处理氧化物层和真空浸渍氧化物层的透过率的比较测量来看出。
在真空浸渍中，可以保证氧化层中微孔的完全填充以及整个表面的完全填充。
对于等离子体化学产生的层的微孔尺寸，特别是硬的阳极氧化物层，这种方法是特别有益的。
经典的浸渍处理只会达到可润湿的表面，而不会进入微孔(特别是硬的氧化物层的微孔)。
就此而论，在等离子体-氧化物层上进行试验，可以看出差别用带有110±10℃热后处理30分钟的浸渍处理得到的视在导纳为42μS，与此相比，依照本发明的真空浸渍得到的为7μS。
具体实施例方式
实施例1/比较例1将铝合金AlMgSi1样品试片在正常的标准电解液中阳极氧化，平均层厚为25μm。干燥样品试片，测定视在导纳为140μS(比较例1)。
其后，将样品试片在商业上能够得到的氟代丙烯酸酯FluoradTMFC-732溶液中，在压力小于0.1mbar下进行真空浸渍，随后在温度为110±10℃下处理30分钟，测定视在导纳。真空浸渍后，视在导纳为10μS(实施例)。
为了比较测量视在导纳，使用带有直径为2.3mm的接触区域的测量元件。硫酸钾溶液用作辅助电解液。使用Fischer公司生产的“Anotest YD”进行测量。
实施例2/比较例2将依照实施例1/比较例1的铝合金样品试片涂上一层20μm厚的等离子体-氧化物层。将样品干燥，测量平均视在导纳为35μS(比较例2)。
其后，将样品真空浸渍，然后按实施例1中描述的进行热处理。随后测量视在导纳，小于3μS(实施例2)。
权利要求
1.一种使用由金属和其上的氧化物陶瓷层组成的薄阻隔层涂覆阀金属或其合金制造的物体的方法，所述氧化物陶瓷层表面用含氟聚合物涂覆，其特征在于含氟聚合物以溶液的形式通过真空浸渍引入到氧化物陶瓷层的毛细管系统中，随后除去溶液中的非润湿部分，然后干燥。
2.权利要求1的方法，其特征在于，使用铝、镁、钛、铌和/或锆以及它们的合金作为阀金属。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，所使用的氧化物陶瓷层由在阻隔层上致密烧结的氧化物陶瓷层、以及在所述致密烧结的氧化物陶瓷层之上利用等离子体化学阳极氧化涂覆的带有粗筛孔互连的毛细管系统的氧化物陶瓷层组成。
4.权利要求1～3之一的方法，其特征在于，使用厚度为40～150μm、尤其是50～120μm的氧化物陶瓷层。
5.权利要求1～4之一的方法，其特征在于，使用选自氟代环氧化物聚合物、甲硅烷基醚，特别是氟代脂肪族甲硅烷基醚、聚丙烯酸酯和/或氨基甲酸酯中的含氟聚合物。
6.权利要求1～5之一的方法，其特征在于，所述含氟聚合物涂覆的层厚度为1～20μm，尤其为1～5μm。
7.权利要求1～6之一的方法，其特征在于引入和干燥含氟聚合物的步骤重复多次。
8.依照权利要求1～7之一的方法得到的由阀金属制成的物件。
9.权利要求8的物件，其特征在于，该物件是用于涡轮分子泵的铝或铝合金的转子。
全文摘要
本发明涉及一种用由金属和其上的氧化物陶瓷层组成的薄阻隔层涂覆阀金属或其合金制造的物体的方法，所述氧化物陶瓷层表面用含氟聚合物涂覆，其特征在于含氟聚合物以溶液的形式通过真空浸渍引入到氧化物陶瓷层的毛细管系统中，随后除去溶液中的非润湿部分，然后干燥。
文档编号C25D11/04GK1608174SQ02825947
公开日2005年4月20日 申请日期2002年12月17日 优先权日2001年12月22日
发明者约瑟夫·黑珀考森, 弗朗克·舒尔特 申请人:莱宝真空有限公司