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本发明涉及一种通过对厚度至少等于10mm的铝合金板进行机械加工和表面处理而获得的真空室元件，所述铝合金具有下列组成，以重量％计：Si：0.4–0.7；Mg：0.4-0.7；Ti：0.01-<0.15，Fe<0.25；Cu<0.04；Mn<0.4；Cr：0.01-<0.1；Zn<0.04；其他元素各自<0.05且总计<0.15，余量的铝。本发明还涉及一种制备真空室元件的方法，其中依次地，提供厚度为至少10mm的5XXX系列或6XXX系列的铝合金板，加工所述真空室元件的板，并将所述元件脱脂和/或除鳞，在10至30℃的温度下用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的溶液对其进行阳极化，并且，任选地，在至少98℃的温度下，将由此阳极化的产品在去离子水中进行水合以优选持续至少约1h的时间段。本发明的产品特别是具有改进的特性均匀性，以及还具有有利的抗腐蚀性。

1.  一种通过对厚度至少等于10mm的铝合金板进行机械加工和表面处理而获得的真空室元件，所述铝合金具有下列组成，以重量％计：Si：0.4–0.7；Mg：0.4-0.7；Ti：0.01-<0.15，Fe<0.25；Cu<0.04；Mn<0.4；Cr：0.01-<0.1；Zn<0.04；其他元素各自<0.05且总计<0.15，余量的铝。

2.  权利要求1的元件，其中，锰含量小于0.4重量％，且优选小于0.02重量％。

3.  权利要求1至2任一项的元件，其中，铬含量为0.01至0.04重量％，且优选0.01至0.03重量％。

4.  权利要求1至3任一项的元件，其中，铁含量为0.05至0.2重量％，且优选0.1至0.2重量％。

5.  权利要求1至4任一项的元件，其中，硅含量为0.5至0.6重量％。

6.  权利要求1至5任一项的元件，其中，镁含量为0.5至0.6重量％。

7.  权利要求1至6任一项的元件，其中，铜含量小于0.02重量％，且优选小于0.01重量％。

8.  权利要求1至7任一项的元件，其中，锌含量小于0.02重量％，且优选小于0.001重量％。

9.  权利要求1至8任一项的元件，其中，钛含量为0.01至0.1重量％，且优选0.01至0.05重量％。

10.  权利要求1至9任一项的元件，其中，所述板为使得在平面L/ST上的平均线性截距长度在厚度方向上的变化率——根据ASTME112的所谓的——为小于30％且优选小于20％，和/或，在中间厚度处，根据ASTM E112测量的各向异性指数为小于3。

11.  权利要求1至10任一项的元件，其中，所述板为使得其厚度在10至60mm之间，且储存弹性能量的密度W_tot为小于0.04kJ/m³。

12.  权利要求1至11任一项的元件，其中，所述表面处理包括在10至30℃的温度下，用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草 酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的溶液进行阳极化。

13.  权利要求12的元件，其中，所述板为使得其厚度为10至60mm，且在5％盐酸溶液中在中间厚度处氢气泡出现的时间为大于1800分钟，或其中所述板为使得其厚度为大于60mm，且在5％盐酸溶液中在表面上氢气泡出现的时间为至少180分钟。

14.  一种制备真空室元件的方法，其中，依次地，
a.铸造由权利要求1至9任一项的铝合金制成的轧板，
b.任选地，使所述轧板均化，
c.在高于450℃的温度下轧制所述轧板以获得厚度至少等于10mm的板，
d.对所述板进行固溶热处理，并对其进行淬火，
e.在固溶热处理和淬火后，通过用1至5％的永久伸长率控制拉伸而使所述板消除应力，
f.然后使经拉伸的板经历老化，
g.将老化的板加工成真空室元件，
h.对如此获得的真空室元件进行表面处理，优选包括在10至30℃的温度下用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的溶液进行阳极化。

15.  一种制备真空室元件的方法，其中依次地，
-提供厚度为至少10mm的铝合金5XXX系列或6XXX系列的板，
-将所述板加工成真空室元件，
-将所述元件脱脂和/或除鳞，
-在10至30℃的温度下用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的溶液进行阳极化，
-任选地，在至少98℃的温度下，将经阳极化的产品在去离子水中进行水合，优选持续至少约1h的时间段。

16.  权利要求15的方法，其中，至少一种多元醇选自乙二醇、丙二醇或甘油。

17.  权利要求15或权利要求16的方法，其中，用1至5A/dm²的电流密度进行阳极化。

18.  权利要求15至17任一项的方法，其中，在两步骤中进行水 合，第一步骤为在20至70℃的温度下持续至少10分钟的时间段，且第二步骤为在至少98℃的温度下持续至少约1小时的时间段。

19.  权利要求15至18任一项的方法，其中，获得的阳极层厚度为20至80μm。

由铝合金制成的真空室元件
技术领域
本发明涉及设计用作真空室元件的铝合金产品以及它们的制备方法，所述真空室特别是用于制备包含半导体的集成电子电路、平板显示屏、光伏电池板。
背景技术
用于制备使用半导体的集成电子电路、平板显示屏和太阳能电池板的真空室的元件通常可由铝板获得。
真空室元件为用于制备真空室结构和真空室内部部件的元件，所述内部部件例如真空室腔体、阀体、法兰、连接元件、密封元件、通径、扩散器和电极。特别地，它们通过铝合金板的机械加工和表面处理获得。
为了获得满意的真空室元件，铝合金板必须具有某些特性。
首先，板必须具有满意的机械特性以允许机器生产所需尺寸和刚性的部件，从而能够获得通常至少达平均真空水平(10^-3至10^-5托)的真空而无弯曲。因此，所需的极限抗拉强度(R_m)通常为至少260MPa，如果可能的话，甚至更高。此外，为了对其进行机械加工，待大批量加工的板必须在其厚度方向上具有均匀的特性，并且具有低密度的来自残余应力的储存弹性能量。
此外，板的孔隙率水平必须足够低以在需要时获得高真空(10^-6至10^-8托)。此外，在真空室中所用的气体经常是非常腐蚀性的，并且为了避免硅晶片或液晶器件被来自真空室元件的颗粒或物质污染和/或经常替换这些元件的风险，重要的是保护真空室元件的表面。从这一点来看，铝被证明是有利的材料，因为其可以进行表面处理而产生对反应性气体具有抵抗性的硬质阳极化氧化物涂层。该表面处理包括阳极化步骤，并且所获得的氧化物层通常称为阳极层。在本发明的上下文中，“抗腐蚀性”更具体地意指阳极化的铝对真空室中所用的腐蚀性气体和对相应试验的抗性。然而，由阳极层提供的保护受许多因 素特别是涉及板的微观结构(晶粒尺寸和形状、相析出、孔隙率)的因素的影响，并且总是期望提高该参数。抗腐蚀性可通过已知为“气泡试验”的试验进行评估，所述试验包括在与盐酸的稀溶液接触时，测量在阳极化产品的表面上氢气泡出现的时间。在现有技术中已知的时间为从几十分钟到几小时。
为了改进真空室元件，可以改进铝板和/或所进行的表面处理。
美国专利6,713,188(Applied Materials Inc.)记载了一种适合制备用于制备半导体的腔室的合金，所述合金具有下列组成(以重量百分比计)：Si：0.4–0.8；Cu：0.15-0.30；Fe：0.001–0.20；Mn：0.001–0.14；Zn：0.001–0.15；Cr：0.04–0.28；Ti：0.001–≤0.06；Mg：0.8–1.2。部件通过挤出或机械加工以达到所需的形状而获得。该组成使得有可能控制杂质颗粒的大小，从而改进阳极层的性能。
美国专利7,033,447(Applied Materials Inc.)要求保护一种适合制备用于制备半导体的腔室的合金，所述合金具有下列组成(以重量百分比计)：Mg：3.5–4.0；Cu：0.02–0.07；Mn：0.005–0.015；Zn 0.08–0.16；Cr 0.02–0.07；Ti：0–0.02；Si<0.03；Fe<0.03。在7至21℃的温度下，在含有10重量％至20重量％的硫酸和0.5至3重量％的草酸的溶液中使部件阳极化。用气泡试验获得的最好结果是20小时。
美国专利6,686,053(Kobe)要求保护一种具有改进的抗腐蚀性的合金，其中阳极氧化物包括阻隔层和多孔层，并且其中将至少部分所述层改变为勃姆石和/或假勃姆石。用气泡试验获得的最好结果是约10小时。
美国专利申请2009/0050485(Kobe Steel,Ltd.)记载了一种下列组成的合金(以重量百分比计)：Mg：0.1–2.0；Si：0.1–2.0；Mn：0.1–2.0；Fe,Cr和Cu≤0.03，并且使所述合金阳极化以使得阳极氧化物涂层的硬度在整个厚度方向上变化。非常低的铁、铬和铜含量导致所用金属的过高成本。
美国专利申请2010/0018617(Kobe Steel,Ltd.)记载了一种下列组成的合金(以重量百分比计)：Mg：0.1–2.0；Si：0.1–2.0；Mn：0.1–2.0；Fe,Cr和Cu≤0.03，在大于550℃至600℃以下的温度下使 合金均匀化。
美国专利申请2001/019777和JP 2001 220637(Kobe Steel)记载了一种用于腔室的合金，所述合金包含(以重量百分比计)：Si：0.1–2.0；Mg：0.1–3.5；Cu：0.02–4.0和杂质，Cr含量低于0.04％。这些文件公开了产品通过在固溶热处理之前进行热轧步骤而获得。
国际申请WO 2011/89337(Constellium)记载了一种制备非层压铸造产品的方法，所述产品适合制备真空室元件，其具有下列组成(以重量百分比计)：Si：0.5–1.5；Mg：0.5–1.5；Fe<0.3；Cu<0.2；Mn<0.8；Cr<0.10；Ti<0.15。
美国专利6,066,392(Kobe Steel)公开了一种包含具有改进的抗腐蚀性的阳极氧化膜的铝材料，其中即使在高温热循环和腐蚀性环境中也不会产生裂纹。
美国专利6,027,629(Kobe Steel)记载了一种改进的真空室元件的表面处理方法，其中阳极氧化物膜的孔径在其厚度方向上变化。
美国专利7,005,194(Kobe Steel)记载了一种改进的真空室元件的表面处理方法，其中阳极化膜由多孔层和无孔层组成，所述无孔层的结构至少部分地为勃姆石或假勃姆石。
美国专利3,524,799(Reynolds)记载了一种在铝表面上通过用含水电解质进行阳极化而形成的硬质致密阳极涂层，所述含水电解质包含无机酸如硫酸、3至6个碳原子的多元醇、有机羧酸和羟基脂族羧酸的钛复合物的碱金属盐，所述涂层适合需要白色光亮涂层的航天器的铝表面。
这些文献没有提及在真空室元件的厚度方向上改进特性的均匀性问题。此外，制备某些真空室元件需要使用通常至少60mm厚的厚板，由此更难以实现满意的抗腐蚀性。
有必要进一步改进真空室元件，特别是在抗腐蚀性、在整个厚度方向上特性的均匀性和可加工性方面。需在铝合金板的整个厚度方向上改进抗腐蚀性和机械特性，从而特别是有助于加工并且允许板的任何部分与腔室的气氛接触。还有必要获得改进的用于制备真空室部件的厚铝合金板。
发明内容
本发明的第一个目的在于通过对厚度至少等于10mm的铝合金板进行机械加工和表面处理而获得的真空室元件，所述铝合金具有下列组成，以重量％计：Si：0.4–0.7；Mg：0.4-0.7；Ti：0.01-<0.15，Fe<0.25；Cu<0.04；Mn<0.4；Cr：0.01-<0.1；Zn<0.04；其他元素各自<0.05且总计<0.15，余量的铝。
本发明的另一个目的在于真空室元件的制备方法，其中依次地，
a.铸造由本发明铝合金制成的轧板，
b.任选地，使所述轧板均化，
c.在高于450℃的温度下轧制所述轧板以获得厚度至少等于10mm的板，
d.对所述板进行固溶热处理，并对其进行淬火，
e.在固溶热处理和淬火后，通过用1至5％的永久伸长率控制拉伸而使所述板消除应力，
f.然后使经拉伸的板经历老化，
g.将老化的板加工成真空室元件，
h.对如此获得的真空室元件进行表面处理，优选包括在10至30℃的温度下用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的溶液进行阳极化。
本发明的又一个目的在于真空室元件的制备方法，其中依次地，
-提供厚度为至少10mm的铝合金5XXX系列或6XXX系列的板，
-将所述板加工成真空室元件，
-将所述元件脱脂和/或除鳞，
-在10至30℃的温度下用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的溶液对其进行阳极化，
-任选地，在至少98℃的温度下，将经阳极化的产品在去离子水中进行水合优选持续至少约1h的时间段。
附图说明
图1示出在实施例1中获得的产品A至C在进行Barker蚀刻后在表面上、在1/4厚度和中间厚度处在截面L/ST上的晶粒结构。
图2示出在实施例1中获得的产品在L方向的厚度上的应力特性。
图3示出在实施例1中获得的产品D在进行Barker蚀刻后在表面上、在1/4厚度和中间厚度处在截面L/ST上的晶粒结构。
具体实施方式
对合金的命名符合本领域技术人员已知的铝业协会(AA)的规则。冶金状态的定义显示在欧洲标准EN515中。除非另有说明，应用标准EN 12258-1的定义。
除非另有说明，静态力学特性，换言之，极限抗拉强度Rm、在0.2％的伸长率下的常规屈服应力Rp 0.2以及断裂伸长率A％由根据标准ISO 6892-1的拉伸试验确定，取样和测试方向由标准EN 485-1定义。根据标准EN ISO 6506测试硬度。根据标准ASTM E112测定晶粒尺寸。根据EN ISO 2376：2010测试电击穿电压。
本发明的发明人已发现具有非常有利特性(特别是关于抗腐蚀性、性能的一致性和可加工性方面)的真空室元件由特定的6xxx系列铝合金获得。还发明了真空室元件的制备方法，所述方法包括有利的用于那些产品的表面处理方法，并显著改进真空室元件在整个厚度方向上特性的均匀性和抗腐蚀性。特别有利的特性通过将本发明的合金和有利的表面处理方法结合而获得。
用于获得本发明真空室元件的铝合金板的组成如下(以重量百分比计)：Si：0.4–0.7；Mg：0.4-0.7；Ti：0.01-<0.15；Fe<0.25；Cu<0.04；Mn<0.4；Cr：0.01-<0.1；Zn<0.04；其他元素各自<0.05且总计<0.15；余量的铝。
控制某些元素的最大含量是重要的，因为这些元素若以大于推荐的那些值的水平存在，则可导致阳极氧化物层的特性劣化和/或污染在真空室中制备的产品。因此，锰含量为小于0.4重量％，优选小于0.04重量％，且最优选小于0.02重量％。铜含量为小于0.04重量％，优选小于0.02重量％，且优选小于0.01重量％。锌含量为小于0.04重量％，优选小于0.02重量％，且优选小于0.001重量％。
过量的铬还可对阳极氧化物层的特性产生不利的影响。因此，铬含量为小于0.1重量％。然而，加入少量的铬对晶粒结构具有积极的 作用，因此铬的最小含量为0.01重量％。在本发明的一个有利的实施方案中，铬含量为0.01至0.04重量％，且优选0.01至0.03重量％。
过量的铁还可对阳极氧化物层的特性产生不利的影响。因此，铁含量为小于0.25重量％。然而，加入少量的铁对产品的可铸性具有积极的作用。在本发明的一个有利的实施方案中，铁含量为0.05至0.2重量％，且优选0.1至0.2重量％。
过量的钛还可对阳极氧化物层的特性产生不利的影响。因此，钛含量为小于0.15重量％。然而，加入少量的钛对晶粒结构及均化具有积极的作用，因此钛的最小含量为0.01重量％。在本发明的一个有利的实施方案中，钛含量为0.01至0.1重量％，且优选0.01至0.05重量％。有利地，钛含量为至少0.02重量％，且优选至少0.03重量％。同时加入铬和钛是有利的，因为其特别地能够改进晶粒结构且特别是降低晶粒的各向异性指数。
镁和硅是本发明合金产品中的主要添加元素。精确选择它们的含量以获得足够的机械特性，特别是在LT方向上的至少260MPa的拉伸强度和/或在LT方向上的至少200MPa的屈服强度，以及在整个厚度方向上的均匀的晶粒结构。硅含量位于0.4至0.7重量％之间，且优选在0.5至0.6重量％之间。镁含量位于0.4至0.7重量％之间，且优选在0.5至0.6重量％之间。
本发明的铝合金板具有的厚度至少为10mm。通常，本发明的铝合金板具有的厚度在10至60mm之间。然而，本发明的发明人已发现当期望的厚度至少为60mm时，本发明的铝合金板是有利的。
用于获得本发明的真空室元件的板通过下列方法获得，其中
a.铸造由本发明铝合金制成的轧板，
b.任选地，使所述轧板均化，
c.在高于450℃的温度下轧制所述轧板以获得厚度至少等于10mm的板，
d.对所述板进行固溶热处理，并对其进行淬火，
e.在固溶热处理后，通过用1至5％的永久伸长率控制拉伸而使所述板消除应力，
f.使经拉伸的板经历老化。
均化是有利的，并且优选在540至600℃的温度下进行。优选地，均化时间为至少4小时。
当进行均化时，板可在均化后冷却，然后在热轧前再加热或无需中间冷却而直接轧制。为了获得所需的微观结构，特别是为了改进产品的抗腐蚀性，热轧条件是重要的。具体而言，在整个热轧过程中，将轧板保持在大于450℃的温度下。优选地，在热轧期间，金属温度为至少480℃。将本发明的板轧制成至少10mm的厚度。在整个厚度方向上的微观结构的均匀性、晶粒的等轴性质和有利于提高本发明产品的抗腐蚀性的微观结构是特别有利的；通过选择高热轧温度同时结合具有最佳量的防重结晶元素的组成有助于此。
然后在板上进行固溶热处理并将其淬火。特别是可通过喷洒或浸渍进行淬火。优选在540至600℃的温度下进行固溶热处理。优选地，固溶热处理时间至少为15分钟，并根据产品的厚度调节其持续时间。
然后将已进行固溶热处理的板通过用1至5％的永久伸长率控制拉伸而使应力消除。
然后使经拉伸的板经历老化。老化温度在150至190℃之间是有利的。老化时间通常为5至30小时。优选地，在达到最大屈服强度的峰值处和/或T651状态下进行老化。
由此获得的板在其整个厚度方向上具有非常均匀的晶粒尺寸。优选地，所述板在平面L/ST上的平均线性截距长度的厚度方向上的变化率——根据ASTM E112的所谓的——为小于30％，优选小于20％，甚至有利地小于15％。晶粒尺寸的变化率被计算为在¹/₂厚度、¹/₄厚度和表面处的最大值与最小值之差除以在¹/₂厚度、¹/₄厚度和表面处的平均值。晶粒结构的均匀性——来自所选组成和变换范围(gamme de transformation)的结合——是特别有利的，这是因为在加工后获得的真空室元件的特性在各方面是非常均匀的。与现有技术的板相比，不论厚度方向上的位置在哪里，本发明的板的粒状结构总是更加各向同性的，这有利于抗腐蚀特性、在整个厚度上特性的均匀性和制备真空室元件时的可加工性。特别地，在中间厚度处，根据ASTM E112测量的各向异性指数为小于3。
由此获得的板特别适合于机械加工。因此，在本发明的厚度为10 至60mm的板中，储存弹性能量的密度W_tot——其测量方法记载于实施例1中——优选为小于0.04kJ/m³。
根据本发明，真空室元件通过对厚度至少等于10mm的铝合金板进行机械加工和表面处理而获得。
表面处理包括阳极化处理以获得厚度通常为20至80μm的阳极层。
在阳极化之前，表面处理优选包括用已知产品——通常为碱性产品——进行脱脂和/或除鳞。特别是在碱性除鳞的情况下，脱脂和/或除鳞可包括中和操作，特别是用酸(如硝酸)中和，和/或至少一个冲洗步骤。
使用酸溶液进行阳极化。在阳极化之后，表面处理有利地包括对获得的阳极层进行水合作用(也称为“密封”)。
由于在本发明产品的整个厚度方向上的均匀的结构，在5％盐酸溶液中在¹/₂厚度和表面处氢气泡出现的时间(“气泡试验”)的变化有利地为小于20％，特别是当板厚度在10至60mm之间时。
本发明的发明人还发现真空室元件的制备方法，其中依次地
-提供厚度为至少10mm的铝合金5XXX系列或6XXX系列的板，
-将所述板加工成真空室元件，
-将所述元件脱脂和/或除鳞，
-在10至30℃的温度下用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的溶液进行阳极化，
-任选地，有利地在至少98℃的温度下，将经阳极化的产品在去离子水中进行水合以优选持续至少约1h的时间段。
特别地，在用于5XXX系列和6xxx系列合金的气泡试验中，特别是用于6xxx系列合金的试验中，那些有利的阳极化条件使得同时在表面和中间厚度处能实现特别值得一提的氢气泡出现时间。这些有利的阳极化条件使得本发明的合金产品产生突出的结果。
因此，在本发明的真空室元件的制备方法中，进行有利的表面处理方法，所述方法包括在10至30℃的温度下，用含有100至300g/l的硫酸和10至30g/l的草酸以及5至30g/l的至少一种多元醇的水溶液进行阳极化。优选地，用于该有利的表面处理方法的阳极化的水溶 液不包含任何钛盐。特别地，本发明的发明人发现在低温下，通常在0至5℃之间进行的阳极化不会产生如在10至30℃的温度下获得产品的高抗腐蚀性。在阳极化溶液中存在的至少一种多元醇还有助于提高阳极层的抗腐蚀性。乙二醇、丙二醇或优选甘油是优选的多元醇。优选用1至5A/dm²的电流密度进行阳极化。确定阳极化时间从而实现所需的阳极层厚度。
在阳极化之后，有利地在阳极层上进行水合步骤(也称为密封)。优选地，在至少98℃的温度下在去离子水中进行水合以优选持续至少约1小时的时间段。本发明的发明人发现在阳极化之后，特别有利地在去离子水中在两步骤中进行水合，第一步骤为在20至70℃的温度下持续至少10分钟的时间段，且第二步骤为在至少98℃的温度下持续至少约1小时的时间段。有利地，将抗污的三嗪衍生物试剂(例如-SH1)加入在第二水合步骤中所用的去离子水中。
至少对相应于板表面的部分而言，用有利的表面处理方法处理的并由厚度为10至60mm的板获得的真空室元件在5％盐酸溶液中氢气泡出现的时间(“气泡试验”)容易地达到至少约1500分钟，甚至至少约2000分钟。由本发明合金板获得的厚度为10至60mm且经过有利的表面处理方法的真空室元件在5％盐酸溶液中在板的中间厚度处氢气泡出现的时间为大于1800分钟即30小时。由本发明合金板获得的厚度为大于60mm且经过有利的表面处理方法的真空室元件在5％盐酸溶液中在板的表面处氢气泡出现的时间为至少180分钟，且优选至少300分钟。
将本发明的真空室元件用于真空室中是特别有利的，这是因为它们的特性非常均匀，并且此外，特别是对经过有利的表面处理方法而阳极化的元件而言，抗腐蚀性高，这防止了在腔室中制备的产品(例如微处理器或平板电视的面板)的污染。
实施例
实施例1
在该实施例中，制备厚度为20mm或35mm的6xxx合金板。
铸造组成示于表1中的板。
表1合金的组成(重量％)