專利名稱：涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基底上形成涂層的方法。更具體而言，但不排它地，本發(fā)明涉及一種在例如用于真空泵中的機(jī)加工零件上形成耐腐蝕涂層的方法。
真空泵被用于制造半導(dǎo)體芯片從而有利于控制芯片在制造過程中必須暴露所處的多種環(huán)境。通常使用鑄鐵和鋼制部件制造這些泵，多種所述部件進(jìn)行精密加工以確保所述泵獲得最佳性能。基于塑料的零件在如下所述的某些條件下也可用作真空泵中的部件。
鑄鐵件和鋼長期以來被用于制造包括石油化工和半導(dǎo)體工業(yè)的多種工業(yè)中所使用的設(shè)備的零部件。這些零件廉價且具有良好的熱學(xué)性能和熱機(jī)械性質(zhì)且相對易于成形。然而，在半導(dǎo)體工業(yè)中，越來越多地使用高流速的生產(chǎn)氣體(例如氯、三氯化硼、溴化氫、氟和三氟化氯)連同所需相關(guān)的高溫和高壓已導(dǎo)致鐵制和鋼制零部件發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。這種腐蝕導(dǎo)致設(shè)備失效、工藝化學(xué)品發(fā)生泄漏和可能存在的工藝污染，且工藝效率降低，以及與計(jì)劃外停機(jī)時間相關(guān)聯(lián)的成本。
在使這些問題減至最少的嘗試中，對所述零部件進(jìn)行鈍化保護(hù)已是許多行業(yè)內(nèi)的一般慣例，這是因?yàn)檫@代表了相對于可用的更昂貴的活化保護(hù)而言的另一種更廉價的可選方式。在鐵和鋼鑄件上使用鋁涂層例如已用于多種行業(yè)中以提供良好的耐腐蝕性和耐熱性。此外，在磨蝕和高溫應(yīng)用中，還已經(jīng)使用直接施加到金屬表面上的熱噴涂陶瓷涂層以保護(hù)鐵和鋼鑄件。
還已經(jīng)建議可通過使用更昂貴的材料例如富鎳鐵基合金、蒙乃爾合金(Monel)、因科鎳合金(Inconel)或更高鎳含量的合金替換鐵制和鋼制零件克服腐蝕問題。然而，這些材料是昂貴的且不代表用作零部件的另一種具有成本效率的可選方式。
近來，在替換傳統(tǒng)使用的金屬零部件的嘗試方面，在許多工業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了使用基于塑料的零部件的趨勢。塑料的多用途特性意味著塑料可出于多種原因用以替換金屬零件?？刹捎枚喾N方法制造塑料零件且所述塑料零件可適于滿足多種應(yīng)用需求。此外，與金屬相比，塑料重量和成本的降低意味著塑料代表了制造金屬零件的另一種有吸引力的可選方式。然而，由于這些材料易于受到在半導(dǎo)體工業(yè)中遇到的強(qiáng)烈腐蝕性、氧化性和侵蝕性環(huán)境的作用，因此它們在這種工業(yè)中的設(shè)備中的使用已受到限制。絕大多數(shù)塑性材料在存在磨蝕顆粒的情況下將易于磨損，且多種烴基塑料可在存在氟或氧氣的情況下可能會自發(fā)燃燒。
已進(jìn)行了多種嘗試以為多種塑料材料提供耐磨損和耐腐蝕性，提供陶瓷涂層特別普遍。然而，將陶瓷涂層施加到塑料基底上已證明不總是容易的，這是因?yàn)榕c金屬表面不同的是，難以在塑料表面上形成具有良好的附著力且在使用過程中不剝落的陶瓷涂層。這被視為是由于塑料表面的不導(dǎo)電性質(zhì)所致，所述不導(dǎo)電性質(zhì)導(dǎo)致在噴涂工藝過程中產(chǎn)生靜電荷的積累且作用以排斥噴涂陶瓷顆粒。
因此需要可易于施加到金屬或塑料基底上且具有與所述基底之間良好的附著力的耐腐蝕涂層。
在一個方面中，本發(fā)明提供了一種在塑料基底上形成涂層的方法，所述方法包括以下步驟將金屬層施加到所述基底上并且通過使所述金屬層受到電解等離子體氧化而由所述金屬層形成所述涂層。
因此，本發(fā)明提供了一種用于在真空泵的塑料部件上形成防腐蝕涂層的簡單且便利的技術(shù)。對于術(shù)語“防腐蝕”而言，應(yīng)該理解其意味著涂層能夠耐受由于暴露于磨蝕顆粒和氣體例如氟、三氟化氯、六氟化鎢、氯、三氯化硼、溴化氫、氧氣和類似氣體中所致的磨損和劣化。所述涂層可便利地由任何適當(dāng)?shù)男纬善琳蠈拥慕饘倩蚱浜辖鹦纬?。對于術(shù)語“形成屏障層的金屬”而言，應(yīng)該理解其意味著那些金屬及其合金(例如Al、Mg、Ti、Ta、Zr、Nb、Hf、Sb、W、Mo、V、Bi)，所述金屬及其合金的表面與它們被安放所處的環(huán)境(例如氧氣)中的元素自然地發(fā)生反應(yīng)以形成涂覆層，所述涂覆層進(jìn)一步抑制了所述金屬表面與所述反應(yīng)性環(huán)境元素之間的反應(yīng)。
電解等離子體氧化(EPO)技術(shù)已公知具有多種其它名稱，例如陽極等離子體氧化(APO)、陽極火花氧化(ASO)、微弧氧化(MAO)。在這種技術(shù)中，在所述金屬/氣體/電解質(zhì)相邊界處形成了部分氧等離子體且導(dǎo)致產(chǎn)生了陶瓷氧化物層。由含水電解質(zhì)在所述金屬表面處進(jìn)行的陽極反應(yīng)過程中形成的金屬和氧氣得到所述陶瓷氧化物層中的金屬離子。在與形成所述等離子體相關(guān)聯(lián)的7000K的溫度下，所述陶瓷氧化物以熔融狀態(tài)存在。這意味著所述熔融陶瓷氧化物可在所述金屬/氧化物邊界處與所述金屬表面實(shí)現(xiàn)緊密接觸，這意味著所述熔融陶瓷氧化物具有充分的時間進(jìn)行收縮并形成幾乎沒有孔隙的燒結(jié)陶瓷氧化物層。然而，在所述電解質(zhì)/氧化物邊界處，所述熔融陶瓷氧化物被所述電解質(zhì)和流出的氣體，特別是氧氣和水蒸氣迅速冷卻，留下具有孔隙率增加的氧化物陶瓷層。
因此，如此形成的所述陶瓷氧化物涂層本身具有三個層或區(qū)域的特征。第一層是所述金屬層與所述涂層之間的過渡層，在所述過渡層處所述金屬表面已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致所述涂層具有優(yōu)良的附著力。第二層是功能層，包括包含硬質(zhì)微晶的燒結(jié)陶瓷氧化物，所述硬質(zhì)微晶為所述涂層提供了高硬度和耐磨損的特征。第三層為表面層，所述表面層具有比所述功能層更小的硬度和更大的孔隙率。
從前面的描述中應(yīng)該意識到，所述陶瓷氧化物涂層自動結(jié)合到底層金屬層上且由所述金屬層的表面形成。這意味著如此產(chǎn)生的所述陶瓷氧化物涂層比由外部施加的噴涂陶瓷涂層形成的陶瓷氧化物涂層呈現(xiàn)出與所述底層金屬層之間更大的附著力。所述陶瓷氧化物涂層呈現(xiàn)出優(yōu)越的表面性質(zhì)，例如極高的硬度、非常低的磨損、耐爆燃性和耐氣蝕性、良好的耐腐蝕性和耐熱性、高介電強(qiáng)度以及低摩擦系數(shù)。此外，所述陶瓷氧化物涂層還耐鹵素、鹵間化合物以及受到等離子體激發(fā)的其它半導(dǎo)體加工化學(xué)品所致的腐蝕。
從前面的描述中應(yīng)該意識到，所述涂層的外表面在一些應(yīng)用中具有低孔隙率的特征。在這種情況下，從涂覆的基底材料中釋氣被減至最小程度。在其它應(yīng)用情況下，所述涂層的所述外表面可以是不規(guī)則的且具有一定的孔隙率。為了確保極大的硬度、低磨損和良好的耐腐蝕性，可通過研磨以暴露出底層燒結(jié)陶瓷氧化物層而去除該涂層的所述外表面，這提供了上面提到的所述優(yōu)越的表面性質(zhì)。
另一種可選方式是，在所述涂層的所述外表面具有一定的孔隙率的情況下，其可用作施加具有復(fù)合物性質(zhì)的可選層的基體。在這種情況下，適用于形成所述復(fù)合物層的材料例如包括潤滑劑或漆料。應(yīng)該意識到，所述第二層的外表面的孔隙尺寸具有能夠維持所述第三層的材料的尺寸。這種復(fù)合物涂層的其它實(shí)例包括潤滑劑例如碳氟化合物、聚四氟乙烯(PTFE)、二硫化鉬(MoS2)、石墨和類似物，所述潤滑劑由所述涂層的所述多孔外表面維持。優(yōu)選在所述涂層上直接形成所述可選層，所述涂層為該附加層的附著力提供了關(guān)鍵因素。
在一個實(shí)施例中，所述金屬層未在所述基底的所述表面上直接形成，而是在先前施加到所述基底上的金屬層的表面上形成。在所述基底的所述表面上施加例如由鎳形成的該金屬層可改進(jìn)所述表面的性質(zhì)，隨后的金屬層被沉積在所述表面上。此外，由鎳、鋁和陶瓷氧化物層形成的涂層將為金屬基底，例如用于制造高速真空泵的鋁合金提供優(yōu)越的耐腐蝕性、耐磨損性以及傳熱能力。因此，在另一個方面中，本發(fā)明提供了一種在金屬或塑料基底上形成涂層的方法，所述方法包括以下步驟將第一金屬層施加到所述基底上、在所述第一金屬層上施加第二金屬層并且通過使所述第二金屬層受到電解等離子體氧化而由所述第二金屬層形成所述涂層。
通過將所述形成屏障層的金屬或其合金的層直接或間接(取決于基底)沉積到所述基底表面上達(dá)優(yōu)選小于100μm的厚度而適當(dāng)?shù)厥┘铀?第二)金屬層。優(yōu)選采用(i)在液體粘結(jié)劑已經(jīng)被施加到所述表面上之后，將金屬粉末篩分或壓制或?qū)⒉砝@到所述液體粘結(jié)劑上，(ii)電解沉積到初始沉積的金屬層上，(iii)噴涂技術(shù)例如濺射、等離子體噴涂、電弧噴涂、火焰噴涂、真空金屬化、離子蒸氣沉積、高速含氧燃料噴涂、冷氣體噴涂；上述技術(shù)的組合以及對于技術(shù)人員已公知的類似技術(shù)中的一種技術(shù)將金屬層沉積到所述基底的所述表面上。這些方法確保了所述金屬及其合金既良好地粘附到所述底層基底上且不使所述底層基底劣化。無論采用什么工藝或其組合，必須將參數(shù)調(diào)節(jié)至適于獲得均質(zhì)涂層的值，所述均質(zhì)涂層具有低孔隙率值且不含將不利于通過電解等離子體氧化形成陶瓷氧化物涂層的鑲鑄(埋置)顆粒、氧化物和裂紋。對于金屬和塑料基底而言，金屬層沉積在所述基底的所述表面上對所述基底的本體溫度幾乎沒有影響，由此防止所述基底發(fā)生扭曲變形。當(dāng)采用熱噴涂技術(shù)時，與常規(guī)噴涂的陶瓷顆粒相比，所述熔融金屬顆粒在所述基底表面上優(yōu)越的潤濕性質(zhì)導(dǎo)致形成了具有低孔隙率的金屬層。
正如上面指出地，通過對所述金屬層表面進(jìn)行電解等離子體氧化形成了所述涂層。通過使用作為反電極的不銹鋼鍍槽而將帶陽極電荷的涂覆金屬的零件浸沒在堿電解質(zhì)(例如堿金屬氫氧化物和硅酸鈉的水溶液)中并將超過250V的直流(AC)電壓施加到所述零件上而適當(dāng)?shù)匦纬伤鐾繉?。在這種技術(shù)中，在所述金屬/氣體/電解質(zhì)相邊界處形成了部分氧等離子體且導(dǎo)致產(chǎn)生了陶瓷氧化物層。由在含水電解質(zhì)在所述金屬表面處進(jìn)行的陽極反應(yīng)過程中形成的金屬和氧氣得到所述陶瓷氧化物層中的金屬離子。在與形成所述等離子體相關(guān)聯(lián)的7000K的溫度下，所述陶瓷氧化物以熔融狀態(tài)存在。這意味著所述熔融陶瓷氧化物可在所述金屬/氧化物邊界處與所述金屬表面實(shí)現(xiàn)緊密接觸，這意味著所述熔融陶瓷氧化物具有充分的時間進(jìn)行收縮并形成幾乎沒有孔隙的燒結(jié)陶瓷氧化物層。然而，在所述電解質(zhì)/氧化物邊界處，所述熔融陶瓷氧化物被所述電解質(zhì)和流出的氣體，特別是氧氣和水蒸氣迅速冷卻，留下孔隙率增加的氧化物陶瓷層。所述鍍槽的溫度被恒定保持在約20℃。在所述電解槽中保持至少1A/dm2的恒定電流密度直至電壓達(dá)到符合絕緣層的形成的預(yù)定終值。在這些條件下，通常每分鐘獲得約1μm的陶瓷氧化物涂層。在60分鐘內(nèi)可獲得達(dá)約100μm的陶瓷涂層厚度，這取決于形成屏障的金屬及合金的類型。如果施加的金屬層粗糙且多孔，那么初始化等離子體工藝所需的電流密度可高達(dá)25 A/dm2。
優(yōu)選在約20℃的溫度下在pH值處于7至8.5范圍內(nèi)且優(yōu)選處于7.5至8的范圍內(nèi)的弱堿含水電解質(zhì)中進(jìn)行所述電解等離子體氧化，這意味著所述基底材料整體上幾乎不受影響。如上所述，在所述陶瓷涂層的形成過程中發(fā)生的熔融傾向于填充所述底層金屬層中的任何孔，導(dǎo)致在所述層之間產(chǎn)生不可滲透的界面間區(qū)域。
對于塑料基底而言，在所述底層金屬層上形成所述陶瓷氧化物涂層克服了當(dāng)將陶瓷顆粒直接沉積到所述塑料基底的表面上時常常遇到的靜電排斥問題。
所述基底優(yōu)選是真空泵的部件，且因此本發(fā)明還提供了一種由金屬或塑料材料形成的且在其上具有通過對施加到所述部件上的金屬層進(jìn)行電解等離子體氧化所形成的涂層的真空泵部件。
下面，將僅通過實(shí)例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選特征進(jìn)行描述，在所述附圖中

圖1是真空泵的轉(zhuǎn)子的簡化剖視圖；圖2示出了在本發(fā)明的第一個實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子部件上形成涂層的步驟，圖2(a)是在進(jìn)行電解等離子體氧化之前的部分部件的剖視圖，且圖2(b)是在進(jìn)行電解等離子體氧化之后該部分的剖視圖；和圖3示出了在本發(fā)明的第二個實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子部件上形成涂層的步驟，圖3(a)是在進(jìn)行電解等離子體氧化之前的部分部件的剖視圖，且圖3(b)是在進(jìn)行電解等離子體氧化之后該部分的剖視圖。
在本發(fā)明中，可以相對簡單和具有成本效率的方式在鑄鐵件、鋼和塑料上實(shí)現(xiàn)粘結(jié)和粘附的陶瓷涂層，所述方式還將允許其適用于具有嚴(yán)格公差的精密零件。這種零件的一個實(shí)例是真空泵的部件，且具體而言是真空泵的轉(zhuǎn)子部件。參見圖1，一種已公知的復(fù)式真空泵10包括渦流(regenerative)部分和分子牽引(Holweck)部分?？尚D(zhuǎn)地安裝在驅(qū)動軸(未示出)上的轉(zhuǎn)子12承載渦流部分和Holweck部分的轉(zhuǎn)子元件。Holweck部分的轉(zhuǎn)子元件包括安裝在轉(zhuǎn)子12上以使得管道14的縱向軸線平行于轉(zhuǎn)子12和驅(qū)動軸的軸線的一個或多個同心汽缸或管道14(圖1中僅示出了一個)。這些管道通常由碳纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂形成。
用于將涂層施加到真空泵的這些部件上的通常方法如下所述，且其后示出了具體實(shí)例。
(1.)進(jìn)行可選初始處理以使部件表面粗糙化。這種方法可包括噴丸及噴砂、酸洗和/或其組合。對于塑料而言，可在進(jìn)行表面粗糙化后施加薄層液體粘結(jié)劑，例如聚酰亞胺或環(huán)氧，或金屬例如鎳。
(2.)利用例如將金屬粉末篩分或壓制或?qū)⒔饘俨砝@到施加的粘結(jié)層上，或?qū)⒔饘匐姵练e到初始施加的金屬層上、真空金屬化、濺射、等離子體噴涂、電弧噴涂、火焰噴涂、高速含氧燃料噴涂及其組合等技術(shù)將輕金屬(例如Al、Ti、Mg及其合金)或合金(Al-Ni、Al-Cu、Al-Zn、Al-Mg等)沉積到(可選)粗糙化的表面(所述表面可包括液體粘結(jié)劑或金屬薄層)上。對于塑料部件的情況，最有希望的涂覆技術(shù)是將金屬粉末壓制或?qū)⒔饘俨砝@到施加的液體粘結(jié)層上或?qū)⒔饘匐姵练e到初始施加的金屬層上、等離子體噴涂、高速含氧燃料噴涂及其組合，這是因?yàn)檫@些技術(shù)相對于其它技術(shù)具有低熱機(jī)械負(fù)載。應(yīng)該理解，上面提到的噴涂技術(shù)對金屬基底幾乎沒有熱機(jī)械影響。參見附圖，圖2(a)是金屬層20被直接沉積到部件14的表面上的實(shí)例的剖面圖，而圖3(a)是金屬層20被沉積到初始施加到部件14上的金屬層22上的實(shí)例的剖面圖。
(3.)對金屬層的表面進(jìn)行電解等離子體氧化以產(chǎn)生陶瓷氧化物涂層。圖2(b)是圖2(a)所示的實(shí)例在氧化后的剖面圖，且圖3(b)是圖3(a)所示的實(shí)例在氧化后的剖面圖。重要的是，并非所有金屬層20都被轉(zhuǎn)化成陶瓷。如此形成的陶瓷氧化物涂層本身具有三個層或區(qū)域的特征。第一層30是金屬層20與涂層之間的過渡層，在所述過渡層處金屬表面已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致涂層具有優(yōu)良的附著力。第二層3 2是功能層，包括包含硬質(zhì)微晶的燒結(jié)陶瓷氧化物，所述硬質(zhì)微晶為涂層提供了高硬度和耐磨損特征。第三層34是表面層，所述表面層具有比功能層32更低的硬度和更高的孔隙率。
(4.)利用例如嵌入物質(zhì)(例如，CFx、碳氟化合物、聚四氟乙烯、MoS2和石墨、Ni、Cr、Mo、W及其碳化物、漆料和樹脂)、研磨、磨光、滾磨、滾筒處理等及其組合等技術(shù)對陶瓷涂層的表面進(jìn)行可選的精加工處理。
下面，將結(jié)合下列非限制性實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于理解落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的這些實(shí)例的變型。
實(shí)例1對由包括碳纖維的環(huán)氧樹脂(纖維方向滿足與金屬轉(zhuǎn)子零件配合的熱機(jī)械應(yīng)變)制造的復(fù)合物管道進(jìn)行涂覆處理。利用60篩目的粗砂對管道表面進(jìn)行低壓噴砂處理或利用礬土對所述表面進(jìn)行輕微噴丸處理。還可采用熱噴砂處理。所有方法用以除去管道表面的光澤，由此在不損害纖維的情況下使表面粗糙化。隨后用酒精擦拭表面且使表面干燥以除去其上的油脂。
利用標(biāo)稱40kW功率級的標(biāo)準(zhǔn)Ar/H2等離子體將具有～10μm的名義尺寸的粉末的鋁和鋁-鎳合金(80/20)通過等離子體噴涂到管道上。應(yīng)該注意，使用具有45-90μm的名義尺寸的標(biāo)準(zhǔn)粉末傾向于提供了更多孔的涂層。每種類型的粉末在從150至180mm的距離處被噴射到以60轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)的速度旋轉(zhuǎn)的管道上之前在～15000℃的溫度下在等離子體中置留約0.1ms。撞擊在管道上的顆粒速度在225m/s至300m/s的范圍內(nèi)，因此允許熔融顆粒外張(或潤濕)且在一定程度上滲透進(jìn)入管道內(nèi)。在等離子體噴涂工藝過程中的平均表面溫度在100-150℃的范圍內(nèi)。涂層厚度受到噴涂持續(xù)時間的控制。在進(jìn)行噴涂后，管道在靜止空氣中緩慢冷卻，且對其進(jìn)行噴砂處理以使涂層致密，且通過使用180Sic的砂輪進(jìn)行磨削而對表面進(jìn)行機(jī)加工從而除去表面粗糙度，留下由此在管道上形成的約50μm的金屬層的最終厚度。
如上所述施加的金屬層在pH值為7.6的電解質(zhì)(堿金屬氫氧化物和硅酸鈉或鋁酸鈉，或偏磷酸鈉的水溶液)中進(jìn)行電解等離子體氧化。使用12A/dm2的電流密度、20±3℃的電解質(zhì)溫度和60分鐘的涂覆時間，記錄350V的電壓終值。清洗并干燥具有由此形成的陶瓷涂層的部件。陶瓷涂層的厚度為30μm。
在半導(dǎo)體應(yīng)用中，以這種方式涂覆的復(fù)合物管道的耐腐蝕性比未涂覆的環(huán)氧-碳纖維復(fù)合物管道的耐腐蝕性優(yōu)良四倍。具體而言，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)暴露于4500升的氯、溴和氟中的任一種物質(zhì)時，具有涂覆有陶瓷涂層的部件的BOC Edwards IPX泵比未涂覆的泵的持續(xù)時間長四倍。
作為最終的可選處理，涂覆陶瓷的部件被浸沒在具有～0.3μm的顆粒尺寸的含水陰離子聚四氟乙烯分散體中且在所述分散體內(nèi)移動、在熱水流(90℃)下進(jìn)行清洗且使用熱空氣進(jìn)行干燥以增強(qiáng)涂層的耐腐蝕性。
實(shí)例2利用60篩目的粗砂對與實(shí)例1相似的復(fù)合物管道表面進(jìn)低壓噴砂處理以除去復(fù)合物表面的光澤，由此在不損害纖維的情況下使表面粗糙化。隨后在使用漆刷施加環(huán)氧粘結(jié)劑的薄液層之前，用酒精擦拭表面且使表面干燥以除去其上的油脂。
通過在金屬粉末基層上進(jìn)行輥壓將具有～10μm的名義尺寸的粉末的鋁和鋁-鎳合金(80/20)壓制到管道表面上。通過將涂覆粉末的管道放在預(yù)置于120℃的烘箱中1小時而實(shí)現(xiàn)粘結(jié)劑的固化。涂層具有內(nèi)層和外層，在所述內(nèi)層中金屬粉末與粘結(jié)劑相互混合，且在所述外層中粉末嵌到內(nèi)層上。隨后通過使用180Sic的砂輪進(jìn)行磨削而對表面進(jìn)行機(jī)加工從而除去表面粗糙度，留下約30μm的最終磨削金屬層厚度。
如上所述施加的金屬層在pH值為7.6的電解質(zhì)(堿金屬氫氧化物和硅酸鈉或鋁酸鈉，或偏磷酸鈉的水溶液)中進(jìn)行電解等離子體氧化。使用20A/dm2的電流密度、20±3℃的電解質(zhì)溫度和75分鐘的涂覆時間，記錄400V的電壓終值。清洗并干燥具有由此形成的陶瓷涂層的管道。陶瓷涂層的厚度為10μm。在半導(dǎo)體應(yīng)用中，以這種方式涂覆的復(fù)合物管道的耐腐蝕性比未涂覆的環(huán)氧-碳纖維復(fù)合物管道的耐腐蝕性優(yōu)良四倍。
涂覆陶瓷的管道可選擇性地進(jìn)行涂覆以便與實(shí)例1一樣增強(qiáng)涂層的耐腐蝕性。
實(shí)例3在實(shí)例1中使用的條件下對僅具有磨削金屬層的上述實(shí)例2中的試樣進(jìn)一步進(jìn)行鋁和鋁合金粉末的等離子體噴涂。在進(jìn)行噴涂之后，管道在靜止空氣中緩慢冷卻，且對其進(jìn)行噴砂處理以使涂層致密。隨后通過使用180Sic的砂輪進(jìn)行磨削而對表面進(jìn)行機(jī)加工從而除去表面粗糙度，留下約60μm的最終磨削金屬層厚度。
如上所述施加的金屬層在pH值為7.6的電解質(zhì)(堿金屬氫氧化物和硅酸鈉或鋁酸鈉，或偏磷酸鈉的水溶液)中進(jìn)行電解等離子體氧化。使用12A/dm2的電流密度、20±3℃的電解質(zhì)溫度和60分鐘的涂覆時間，記錄350V的電壓終值。清洗并干燥具有由此形成的陶瓷涂層的管道。陶瓷涂層的厚度為40μm。在半導(dǎo)體應(yīng)用中，以這種方式涂覆的復(fù)合物管道的耐腐蝕性比未涂覆的環(huán)氧-碳纖維復(fù)合物管道的耐腐蝕性優(yōu)良四倍。
涂覆陶瓷的管道可選擇性地進(jìn)行涂覆以便與實(shí)例1一樣增強(qiáng)涂層的耐腐蝕性。
實(shí)例4利用60篩目的粗砂對與實(shí)例1相似的復(fù)合物管道表面進(jìn)低壓噴砂處理以除去復(fù)合物表面的光澤，由此在不損害纖維的情況下使表面粗糙化。隨后在使用漆刷施加環(huán)氧粘結(jié)劑的薄液層之前，用酒精擦拭表面且使表面干燥以除去其上的油脂。
具有～50μm的厚度的鋁箔被卷繞到液體粘結(jié)劑上。通過在箔片的切割部分上滾壓管道而涂覆管道的外徑，且修剪除去多余部分，留下～1mm的交疊長度。對于內(nèi)徑而言，箔片的相似切割部分被輕柔地放置在所述表面周圍，隨后通過軋輥進(jìn)行壓實(shí)處理，且修剪除去多余部分，留下～1mm的交疊長度。通過將涂覆箔片的管道放在預(yù)置于120℃的烘箱中1小時而實(shí)現(xiàn)粘結(jié)劑的固化。
如上所述施加的金屬層在pH值為7.6的電解質(zhì)(堿金屬氫氧化物和硅酸鈉或鋁酸鈉，或偏磷酸鈉的水溶液)中進(jìn)行電解等離子體氧化。使用6A/dm2的電流密度、20±3℃的電解質(zhì)溫度和45分鐘的涂覆時間，記錄300V的電壓終值。隨后清洗并干燥管道。在管道上形成的陶瓷涂層的厚度為35μm。在半導(dǎo)體應(yīng)用中，以這種方式涂覆的復(fù)合物管道的耐腐蝕性比未涂覆的環(huán)氧-碳纖維復(fù)合物管道的耐腐蝕性優(yōu)良四倍。
涂覆陶瓷的管道可選擇性地進(jìn)行涂覆以便與實(shí)例1一樣增強(qiáng)涂層的耐腐蝕性。
實(shí)例5通過采用噴砂處理或與等離子體蝕刻技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行粗糙化和活化，從而清潔與實(shí)例1相似的復(fù)合物管道并使表面發(fā)生改變。
隨后通過Pd/Sn膠體使改變的聚合物表面活化從而為通過化學(xué)鍍鎳沉積鎳層提供沉積部位。隨后進(jìn)行允許鋁層沉積到鎳層(用作結(jié)合涂層)上的電解工藝。鎳層的典型涂層厚度在5至25μm的范圍內(nèi)，且外涂層鋁層的厚度在15至50μm的范圍內(nèi)。如此獲得的涂層與復(fù)合物管道之間具有非常好的附著性、光滑、無孔且對流體具有不可滲透性。
如上所述施加的金屬層在pH值為7.6的電解質(zhì)(堿金屬氫氧化物和硅酸鈉或鋁酸鈉，或偏磷酸鈉的水溶液)中進(jìn)行電解等離子體氧化。使用4A/dm2的電流密度、20±3℃的電解質(zhì)溫度和10分鐘的涂覆時間，記錄350V的電壓終值。隨后清洗并干燥管道。在管道上形成的陶瓷涂層的厚度為15μm。在半導(dǎo)體應(yīng)用中，以這種方式涂覆的復(fù)合物管道的耐腐蝕性比未涂覆的環(huán)氧-碳纖維復(fù)合物管道的耐腐蝕性優(yōu)良六倍。
涂覆陶瓷的管道可選擇性地進(jìn)行涂覆以便與實(shí)例1一樣增強(qiáng)涂層的耐腐蝕性。
實(shí)例6在本實(shí)例中，對100mm×100mm×5mm的球墨鑄鐵(SG iron)試樣和100mm×100mm×5mm的低碳鋼試樣進(jìn)行涂覆工藝處理。通過噴砂，隨后在10％的HF水溶液中在室溫下進(jìn)行60分鐘的酸洗使試樣表面粗糙化。隨后清洗并干燥試樣。
隨后在實(shí)例1中使用的條件下對試樣進(jìn)行鋁和鋁合金粉末的等離子體噴涂。在進(jìn)行噴涂之后，試樣在靜止空氣中緩慢冷卻，且對其進(jìn)行噴砂處理以使涂層致密。隨后通過使用180SiC的砂輪進(jìn)行磨削而對表面進(jìn)行機(jī)加工從而除去表面粗糙度，留下約50μm的最終磨削金屬層厚度。
如上所述施加的金屬層在pH值為7.6的電解質(zhì)(堿金屬氫氧化物和硅酸鈉或鋁酸鈉，或偏磷酸鈉的水溶液)中進(jìn)行電解等離子體氧化。使用～8A/dm2的電流密度、20±3℃的電解質(zhì)溫度和60分鐘的涂覆時間，記錄300V的電壓終值。隨后清洗并干燥試樣。在試樣上形成的陶瓷涂層的厚度為～30μm。在半導(dǎo)體應(yīng)用中，以這種方式涂覆的球墨鑄鐵的耐腐蝕性比未涂覆的球墨鑄鐵的耐腐蝕性優(yōu)良四倍。
涂覆陶瓷的試樣可選擇性地進(jìn)行涂覆以便與實(shí)例1一樣增強(qiáng)涂層的耐腐蝕性。
權(quán)利要求
1.一種在塑料基底上形成涂層的方法，所述方法包括以下步驟將金屬層施加到所述基底上并且通過使所述金屬層受到電解等離子體氧化而由所述金屬層形成所述涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層由鋁、鎂、鈦、鉭、鋯、釹、鉿、錫、鎢、鉬、釩、銻、鉍和前述金屬的合金中的一種形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述金屬層被沉積在所述基底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述金屬層被噴涂在所述基底上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述金屬層被粘附到所述基底上。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中施加到所述基底上的所述金屬層的厚度小于100μm。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在將所述金屬層施加到所述基底上之前使所述基底粗糙化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中在先前施加到所述基底上的第二金屬層上形成所述金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中在先前施加到所述基底上的第二聚合物層上形成所述金屬層。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底是環(huán)氧-碳纖維復(fù)合物或纖維增強(qiáng)的塑性材料。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在由所述金屬層形成所述涂層之前使所述金屬層變得光滑。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在7至8.5的范圍內(nèi)的pH值下進(jìn)行所述電解等離子體氧化。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中由所述金屬層形成的所述涂層的厚度小于100μm。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中由所述金屬層形成的所述涂層的厚度小于50μm。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中隨后對由所述金屬層形成的所述涂層的外表面進(jìn)行處理以改變在所述基底上形成的所述涂層的物理和/或化學(xué)性質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在由所述金屬層形成所述涂層之后至少部分地除去所述涂層的外層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中從所述涂層上磨蝕除去至少部分所述外層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的方法，包括將用于減少所述涂層的孔隙率的材料施加到所述涂層上。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的方法，包括將用于增強(qiáng)所述涂層的耐腐蝕性的材料施加到所述涂層上。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)所述的方法，包括將由碳氟化合物、聚四氟乙烯、MoS2、碳、Ni、Cr、Mo、W、任一種前面提到的金屬的碳化物、漆料和樹脂中的一種形成的層施加到所述涂層上。
21.一種在金屬或塑料基底上形成涂層的方法，所述方法包括以下步驟將第一金屬層施加到所述基底上、在所述第一金屬層上施加第二金屬層并且通過使所述第二金屬層受到電解等離子體氧化而由所述第二金屬層形成所述涂層。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底是真空泵的部件。
23.一種由金屬或塑性材料形成的真空泵部件，且所述部件在其上具有通過對施加到所述部件上的金屬層進(jìn)行電解等離子體氧化形成的涂層。
全文摘要
一種在真空泵的塑料部件上形成涂層的方法，包括以下步驟將金屬層施加到所述部件上，并且通過使所述金屬層受到電解等離子體氧化而由所述金屬層形成所述涂層。
文檔編號F04D7/00GK1985027SQ200480021132
公開日2007年6月20日 申請日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者E·U·奧科羅亞福爾 申請人:英國氧氣集團(tuán)有限公司