+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Газовыделение алюминия

Соответствующим образом очищенные алюминиевые поверхности характеризуются газовы- делением со скоростями, сравнимыми или меньшими скоростей газовыделения коррозионностойкой стали. Газовыделение в режимах без термической обработки и с термической обработкой следует рассматривать отдельно, поскольку их механизмы отличаются друг от друга.

Газовыделение системы, не подвергнутой термической обработке

В системах, не подвергнутых термической обработке, десорбирующая влага преобладает в газовой нагрузке и выделяется из чистого алюминия приблизительно с той же скоростью, что и из коррозионностойкой стали [1]. Сравнение этого параметра приводится в табл. 1. Скорости газовыделения уменьшаются обратно пропорционально времени откачки и после истечения 100 мин. остаются в пределах диапазона 3:1 как для алюминия, так и для коррозионностойкой стали при всех испытанных различных видах чистоты обработки поверхности. Сравнение опубликованных данных позволяет сделать вывод о том, что влага сорбируется и десорбируется практически изо всех непористых поверхностей с одинаковой скоростью [2]. В то время как газовыделение является пропорциональным эффективной площади поверхности, эта площадь не зависит от шероховатости поверхности в соответствии с определением обычных конструкторских терминов, в частности таких, как ЯЛ [3]. Толстый и пористый слой оксида на алюминии может создавать большие эффективные площади и высокие скорости газовыделения. Однако такие поверхности сравнительно легко доводятся до кондиции, как это описывается в подразделе 4.8.3.

Таблица 1. Скорости газовыделения коррозионностойкой стали и алюминия при различных видах чистовой обработки поверхности после воздействия воздуха в течение 1 ч.

Материал/обработка

Qo

 

n

Q(t= 100)

мм рт. ст. л/см2 сек

Коррозионностойкая сталь:

Среднее значение по данным источников

1.8*10-7

1.0

1.8 *10-9

После электрополировки (Summa Method® с использованием фосфорной кислоты, широко применяемый в вакуумных ком­ понентах)

7.82*10-7

1.11

4.72*10-9

После электрополировки с использованием компаунда (шерохова­ тость поверхности менее 0,02  микрон с использованием механи­ ческой  и  электрической  полировки  -  д-р  Охми,  Университет Тохоку)

5.49*10-7 

1.17

2.55*10-9

Комбинированный процесс электрополировки/высокотемпера­ турной термической обработки (Запатентовано — Квантум Ме­ ханике Корп., Сонома, штат Калифорния)

7.88*10-7

1.27

2.29*10-9

Качество обработки после прокатки (шероховатость 3 микрона в том состоянии, в котором сталь получают) с очисткой моющим составом Alconox®

5.27*10-7

1.14

2.75*10-9

Алюминий:

Обработка ЭКС-процессом 6063 (шероховатость 0,02 микрон с помощью охлаждаемого этанолом режущего инструмента с ал­ мазным наконечником)

6.38*10-7

1.12

3.62*10-9

Обработка зеркальным процессом 6063 (шероховатость 0,02 ми­ крон с помощью охлаждаемого этанолом режущего инструмента с алмазным наконечником)

6.38*10-7

1.12

3.62*10-9

Чистовая обработка на стане (шероховатость 3 микрона в том состоянии, в котором алюминий получают) с очисткой моющим составом Alconox®

1.02*10-6

1.19

4.25*10-9

Газовыделение системы, прошедшей термическую обработку

Влагу можно быстро удалить посредством термической обработки камеры. Спектр термической дегазации на рис.1 показывает, что значительная дегазация начинается приблизительно при 80 °С и является очень высокой при 150 °С [4]. Считается, что скорость десорбции влаги из алюминия в этом диапазоне температуры выше скорости десорбции влаги из коррозионно стойкой стали даже при более высоких температурах и является адекватной для практических систем. Следует избегать температуры термической обработки выше 150 °С, поскольку прочность алюминиевого сплава падает и его закалочные свойства начинают уменьшаться при температуре выше 170 °С. Конечно, более низкую прочность и отожженные свойства можно учесть в конструкции, если необходима эксплуатация при высокой температуре.

В прошедших полную термическую обработку системах адсорбированная влага полностью исключается, оставляя водород в качестве преобладающей газовой нагрузки. Основным механизмом выделения водорода считается проницаемость через пустоты внутри толщи металла и внешней поверхности. При комнатной температуре скорость проницаемости водорода через алюминий на приблизительно семь порядков ниже, чем у коррозионностойкой стали [5]. Поэтому алюминий обычно имеет значительно более низкую скорость газовыделения в сверхвысоком вакууме, чем сталь, т. е. как правило, порядка 10-13- 10-14 мм рт. ст.*л/(с* см2) [6-12]. Эти значения скорости, как свидетельствуется в литературе, приближаются к коррозионно стойкой стали только при помощи сложных процессов вакуумной плавки и высокотемпературной термической обработки. Одинаковость скоростей газовыделения водорода, зарегистрированная в литературе для различных видов обработки поверхности алюминия [13], свидетельствует о том, что она определяется базовыми характеристиками алюминия, а не каким-то определенным образованием или морфологией поверхностного оксида. Как указывается в литературе, чистый алюминий характеризуется несколько более низкой скоростью газовыделения по сравнению с его сплавами [14, 15]; однако для обеспечения конструкционной прочности он должен иметь покрытие из высокопрочного сплава. В прошлом пустоты и перемычки, образовавшиеся во время процесса производства, иногда создавали проблемы с газовыделением. Однако современные сплавы редко характеризуются подобными проблемами.

спектры термической десорбции алюминия

Рис. 1. Спектры термической десорбции влаги в алюминии 6063, обработанном посредством ЭКС-процесса (источник: М. Mohri et al., Surface study of Type 6063 aluminum alloys, Vacuum, 34 (6) (1984) 644)

спектр остаточного газа

Рис. 2. Спектр остаточного газа алюминиевой камеры сверхвысокого вакуума (источник: Н. Isliima- ru, “Developments and Applications for All-Aluminum Alloy Vacuum Systems”, MRS Bulletin, 15(7) (July 1990»)

Водород диффундирует по металлам в своей элементарной форме [16], в которой является химически активным и, как считают, реагирует с углеродом и оксидами на поверхности, образуя вторичные фоновые газы, в частности СО и углеводороды. В алюминиевых камерах эти газы преобладают гораздо меньше (рис. 2) [17], вероятно, потому что в распространенных сплавах алюминия имеется гораздо меньше углерода, чем даже в низкоуглеродистой коррозионностойкой стали 316L.

Группа РОСВАКУУМ

Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21

Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.

 

Телефон: +7 (495) 664-22-07

E-mail: baza@vacuumpro.ru

 

Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.

В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.