+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Вакуумные системы из алюминия и сплавов - анодированные покрытия

В подразделе «Конструкции вакуумных систем на основе алюминия» приводится подробная информация в отношении использования алюминия в качестве вакуумного материала. В последние годы возросла популярность алюминия как материала для создания вакуумных камер. Алюминиевые элементы вакуумных систем представляют собой альтернативу стеклу благодаря отсутствию проблем с диффузией гелия и стали - из-за отсутствия диффузии водорода. (Скорость, с которой водород диффундирует в алюминий, на три-четыре порядка ниже скорости диффузии в коррозионностойкой стали.) Как правило, алюминиевое сырье дешевле коррозионностойкой стали. Алюминий можно анодировать в целях увеличения его коррозийной устойчивости к некоторым химически реактивным рабочим газам. Анодированные покрытия оксида алюминия обладают полезными диэлектрическими свойствами для электрической изоляции или формирования плазм. Некоторые типы анодированных покрытий являются крайне твердыми.

Если алюминиевые элементы вакуумных систем обрабатываются своими силами и требуется выполнить точные допуски, а также желательно получить низкие значения фонового давления, обязательно необходимо уделить внимание подбору сырья. Если этот металл подвергается действию химически коррозионной среды или если в спецификации указывается, что детали должны покрываться толстым, однородным, косметически привлекательным анодным слоем, в этом случае создаются дополнительные ограничения на выбор алюминиевого сплава. Литые алюминиевые сплавы и холоднокатаная плита могут быть пористыми и неприемлемыми для использования в качестве вакуумных материалов. Алюминиевые сплавы серии 7000 содержат легирующий элемент с высоким давлением паров - цинк; цинк также мешает образованию однородной анодной пленки. Алюминиевые сплавы серии 2000 содержат медь в качестве легирующего элемента. Медь может вызывать образование пятен, если этот сплав анодируется, или инициировать локализированную коррозию в химически агрессивных средах; зачастую эти тенденции не являются причиной для беспокойства, и сплавы серии 2000 представляют собой хорошие материалы для сверхвысокого вакуума. Самыми надежными являются системы сверхвысокого вакуума из экструзивных сплавов серии 1000 и 6000. Механическая обработка этих сплавов в сухой среде, содержащей 95% аргона и 5% воздуха, значительно уменьшает газовыделение в самых современных вакуумных системах. Коммерчески чистый алюминий серии 1000 (а также сплавы серии 5000 с магнием) - это мягкий, крайне ковкий и трудно поддающийся механической обработке по прецизионным допускам материал. Сплавы серии 6000, в особенности 6061-Тб, - это относительно твердый, хорошо обрабатываемый и относительно легко поддающийся сварке или пайке материал. Деформационно упроченный 6061-Тб имеет достаточную прочность для того, чтобы выдержать острую кромку, образуемую вакуумным герметичным уплотнением с чистыми и/или подвергнутыми отжигу алюминиевыми прокладками. Сплавы серии 6000, сплавы серии 1000 и сплавы серии 5000 имеют общее преимущество, заключающееся в том, что они легко могут анодироваться.

Состав и микроструктура анодированного покрытия из оксида алюминия могут колебаться в широких пределах в зависимости от выбранного сплава и параметров процесса анодирования [7]. В результате некоторых процессов анодирования при 0 °С в растворах серной и щавелевой кислоты образуются относительно плотные черные «твердые покрытия» Martin® или Sandford®, превосходящие по твердости хромистую сталь. Как правило, в фосфорной кислоте образуются анодированные покрытия с крайне большими порами. Покрытия с порами, имеющими диаметр приблизительно равный 10-30 мм, образуются в серной и щавелевой кислоте при комнатной температуре. Анодированные покрытия с крайне малыми порами образуются в хромистой кислоте. Кроме кислоты, выбранной для электролитической ванны, пористость также зависит от того, каким образом управляется процесс. Как правило, увеличение концентрации кислоты, температуры электролита и напряжения элемента приводит в результате к получению более пористых покрытий. Потребление постоянного по величине, постоянного по характеру тока по сравнению с током, характеризующимся прерываниями, или по сравнению с импульсным током приводит к более пористым покрытиям. Более толстые покрытия имеют тенденцию быть более пористыми. Некоторые анодированные покрытия раскрашиваются для потребителей, которых интересует косметический внешний вид. Но такие покрытия могут быть нежелательными для использования в вакууме. Часто покрытия герметизируются посредством погружения в кипящие растворы соли в воде для улучшения коррозийной устойчивости и косметического внешнего вида. Каждый из этих вариантов процесса может значительно изменить спектр остаточных загрязняющих веществ, вводимых в вакуумную систему. Вода и захваченные побочные продукты электролита, которые десорбируются из этого пористого, анодированного алюминия, могут оказывать воздействие на процессы, осуществляемые в этих системах, в особенности при повышенных температурах.

Иногда относительно тонкие, пористые, невзрачные коричневато-желтые или зеленые покрытия химической конверсии фосфорной и хромистой кислоты, например Alodyne®, наносятся на алюминий в качестве дешевой альтернативы анодированию. Такие покрытия, вероятно, ухудшают эффективность вакуума.
Может возникать несколько проблем при выборе вакуумных зажимных приспособлений и камер из алюминиевого сплава. Варианты выбора, а также возможности избежать или учесть некоторые проблемы при конструировании подробно описаны в подразделе 4.8. Кристаллическая структура многих алюминиевых сплавов необратимо изменяется при относительно низких температурах (-400 °С). Некоторые сплавы необратимо коробятся при повышенных температурах. Алюминий не обладает такой же прочностью, как сталь, и размягчается значительно при повышенных температурах (начиная с температуры выше 250 °С). Слой плотного, твердого, относительно химически инертного, возникшего под действием воздуха оксида алюминия толщиной от 3 до 30 мм присутствует почти всегда. Если тонкий слой естественного оксида нарушается или повреждается, алюминий может быть химически реактивным. Естественный оксидный слой ограничивает количество приемов, которые могут использоваться для соединения алюминиевых деталей. На рынке предлагаются алюминиевые припои, содержащие алюминий, цинк и индий в качестве смачивающего элемента, но они не соответствуют вакуумным случаям применения. Стыки высокого качества могут образовываться посредством сварки в инертном газе.

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.