DE69617307T2

DE69617307T2 - Korrosion verhindernde Struktur

Info

Publication number: DE69617307T2
Application number: DE1996617307
Authority: DE
Inventors: Yuichi Kinoshita; Takashi Sudo; Shuji Yamane
Original assignee: Seiko Seiki KK
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2016-04-13
Also published as: EP0737759B1; JP2936129B2; JPH08283955A; DE69617307D1; EP0737759A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine korrosionsvermindernde Struktur und ein Verfahren zum Schutz einer Oberfläche vor Korrosion. Die Struktur und das Verfahren sind insbesondere, aber nicht ausschließlich, nützlich, um metallische Teile einer Vakuumpumpe, verwendet zum Auslass von Gas aus einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung, insbesondere von einer Trockenätzvorrichtung, zu schützen.
Da in manchen Halbleiter-Herstellungsvorrichtungen stark korrosives Gas verwendet wird, ist es notwendig, ein hervorrragendes antikorrosives Material zur Konstruktion der Teile zu verwenden, die einem korrosiven Gas ausgesetzt sind, umfassend, nicht darauf beschränkend, das Innere von Kammern, Ventilen und Rohrleitungssystemen solcher Vorrichtungen, aber sogar die Vakuumpumpen für den Gasauslass aus den Kammern.
Im allgemeinen werden Austentit-artige Stähle, typisiert durch SUS304, als antikorrosives Material dieser Art verwendet.
So ist es üblich, einen Austenit-artigen Stahl zur Herstellung der Bereiche, die einem korrosiven Gas ausgesetzt sind, zu verwenden, aber eine Hochleistungs-Aluminiumlegierung zur Herstellung der Teile zu verwenden, die bei hoher Geschwindigkeit rotieren, wie Rotationselemente von Vakuumpumpen, da geringes Gewicht und große Stärke erforderlich sind.
Im Falle solcher Aluminiumlegierungen wird auf deren Oberflächen spontan ein Oxidfilm gebildet, der als eine Passivierungsschicht fungiert, so dass die Oberflächen zu einem bestimmten Ausmass mit korrosionsbeständiger Eigenschaft ausgestattet sind. Jedoch werden die Oxidfilme auf den Oberflächen der Aluminiumlegierung gebrochen, wenn sie einem korrosiven Gas wie dem Abgas ausgesetzt sind, wodurch darauf Korrosion verursacht wird, da die korrosionsbeständige Eigenschaft von Aluminiumlegierungen beträchtlich geringer ist, als die der Passivierungsschicht auf rostfreien Stählen. Deshalb ist es notwendig, auf die Oberflächen von Aluminiumlegierungen eine andere korrosionsverhindernde Behandlung als die spontane Oxidfilmbildung anzuwenden.
In dieser Hinsicht wurden Oberflächen von Aluminiumlegierungen bisher einem stromlosen Beschichten mit einer Ni-P-Typ-Legierung oder der anodischen Oxidationsbehandlung (Alumitverfahren) als Antikorrosionsbehandlung unterworfen.
Die Beschichtungsbehandlung mit einer Ni-P-Typ-Legierung wird durchgeführt, indem das stromlose Beschichtungsverfahren angewendet wird, das sich von der üblichen Galvanisierung unterscheidet. Auf der ganzen Oberfläche der aus Alurniniumlegierung hergestellten Teile wird eine Ni-P-Typ-Legierung wie Ni-P, Ni-W-P oder dergleichen abgelagert, um durch dieses Verfahren einen 10 bis 25 um dicken Film zu bilden. Auch sollte die anodische Oxidationsbehandlung durch eine sogenannte Verdichtungsbehandlung begleitet werden, um die Mikroporen des Oxidfilms, welche durch gewöhnliche Behandlung gebildet werden, zu schließen.
Jedoch ist es in den Vorrichtungen, die ein chlorartiges Gas mit starker korrosiver Wirkung wie Cl&sub2;, CCl&sub4;, BCl&sub3; und dergleichen benutzen, wie z. B. die kürzlich entwickelte Reaktivionenätzvorrichtung (reactive ion etching apparatus = RIE) für Aluminiumlegierungen, nicht möglich, die Aluminiumlegierungen mit den herkömmlichen Beschichtungsfilmen, die durch die Behandlung mit stromloser Beschichtung mit einer Ni-P-Typ-Legierung oder die Alumitbehandlung gebildet werden, vor dem Problem der Korrosion der Aluminiumbeschichtung zu schützen. Der Mechanismus der Korrosion ist wie folgt.
Das Ätzen von Aluminiumlegierungen wird durchgeführt, indem ein chlorartiges Gas ionisiert wird, wodurch Chlorionen entstehen, die gegen den Aluminiumfilm auf einem Siliciumsubstrat getrümmert werden. Dabei wird das Reaktionsprodukt (AlCl&sub3;) in großer Menge als Dampf gebildet und der Dampf scheidet sich im Verlauf des Ausbringens an den Stellen ab, wo die Temperatur niedrig und der Druck hoch ist, nämlich an den inneren Oberflächen der Abgaspumpe. Solch ein abgeschiedenes Produkt (AlCl&sub3;) sublimiert bei 178ºC bei 1 atm und bei ungefähr 40ºC bei 0,3 Torr.
Darum reagiert das auf diese Art abgeschiedene Produkt (AlCl&sub3;) mit atmosphärischer Feuchtigkeit beim Vorgang des Suspensionspumpens, Auslaufens oder dergleichen, unter HCl-Bildung, nämlich zu Chlorionen. Chlorionen können auch durch Reaktion mit Feuchtigkeit bei der regelmäßigen Wartung oder der Wascheliminierung gebildet werden.
Chlorionen brechen leicht die Passivierungsfilme auf Aluminiumlegierungen und rostfreien Stählen, indem sie Korrosion in Lochform (Lochkorrosion) induzieren. Wenn Lochkorrosion einmal induziert ist, agieren die Stellen als Lokalelemente und die Korrosion schreitet beschleunigt fort.
Ferner werden in Vorrichtungen solchen Typs solche Gase von der Innenoberfläche von der relevanten unversehrten Abgaspumpe adsorbiert und manchmal analog wie oben Chlorionen generiert, da Rohmaterialgase eine intensive korrodierende Wirkung haben, wie Cl&sub2;, BCl&sub3; und dergleichen, die teilweise ausgelassen werden, wenn sie durch die Abgaspumpe durch sind.
Durch die obigen Verfahren werden eine große Menge an Chlorionen gebildet.
Durch die Konfrontation mit der Existenz einer solch großen Menge an Chlorionen können der durch stromloses Beschichten gebildete Film einer Ni- P-Typ-Legierung mit 20 um Dicke und der durch das Alumitverfahren aufgebrachte Film, die bisher als Antikorrosionsbehandlung angewendet wurden, der Korrosion nicht vollständig vorbeugen.
Es ist zu sagen, dass Chlorionen leicht durch die Mikroporen (pinholes), die in dem Beschichtungsfilmen vorkommen, eindringen, um das Aluminiumsubstrat zu erreichen, wo Lochkorrosion induziert wird und, wenn einmal auf diese Art Lochkorrosion induziert ist, wird die Lokalelement-Funktion sehr verstärkt, was für die Ni-Legierung, die in dem Beschichtungsfilm enthalten ist, von Relevanz ist, da dadurch die Beschichtungskorrosion sehr stark vorangetrieben wird, so dass das Korrosionsprodukt die Beschichtungsfilme dazu bringt, ihr Abbröckeln zu induzieren.
Die stromlose Beschichtungsbehandlung ist bevorzugt als Behandlung zur Bildung der Beschichtungsfilme für die Korrosionsvorbeugung in Hinblick auf die Fähigkeit, das Anwachsen des Films sogar in der Innenseite von konkaven Bereichen und Löchern mit einer Dicke, die gleich der an ebenen Teilen ist, zu fördern. Zudem wird die Ni-P-Legierung per se nicht durch Chlorionen angegriffen.
Jedoch ist es mit der stromlosen Beschichtungsbehandlung für die Beschichtungsfilme nicht möglich, sich vollständig der Mikroporen in den Beschichtungsfilmen zu entledigen, und manche Stellen können nicht beschichtet werden, insbesondere die Stellen in den konkaven Bereichen maschinell bearbeiteter Oberflächen und durch elektrische Entladung maschinell bearbeiteter Oberflächen oder die Bereiche nicht homogener Aluminiumstruktur. Was diesen Punkt betrifft, wird postuliert, dass die Mikroporen, die durch die Aluminiumoberfläche zu der Beschichtungsfilmoberfläche dringen, manchmal in den Fällen gebildet werden, wenn der Gegenstand des stromlosen Beschichtens Aluminium ist. Für die bekannte Beschichtungstechnologie ist es schwierig, solche durchdringenden Mikroporen vollständig zu eliminieren, und Chlorionen erreichen das Aluminiumsubstrat, wenn es intakt ist, über den Weg solcher Mikroporen, die an der Beschichtungsoberfläche anfangen, was Korrosion von Aluminium unvermeidbar verursacht.
Bekannter Stand der Technik kann in JP 7080876 gefunden werden, das eine Form offenbart, die einen zusammengesetzten Beschichtungsfilm 3 enthält, der durch das gleichmäßig dispergierte Eutektoid aus feinverteilten Polytetrafluorethylen(PTFE)-Teilchen durch stromloses Beschichten hergestellt wird, beschichtet durch Grundbeschichtung 2 auf die Oberfläche 11 der Basis des Formgrundmaterials 1, wie eine Aluminiumlegierung oder dergleichen.
Bei der Bildung des zusammengesetzten Beschichtungsfilms 3 wird das Grundmaterial 1 aufgeraut, mit Ethan gereinigt und entfettet und mit schwachem Alkali gereinigt, um die Grundbeschichtung 2 für den Zinkfilm auf der Oberfläche 11 der Basis zu bilden. Als nächstes wird PTFE in stromloser Nickelbeschichtungslösung mit Hypophosphat als reduzierendem Mittel dispergiert. Danach wird der zusammengesetzte Beschichtungsfilm 3 vorzugsweise dadurch gebildet, dass das Grundmaterial 1, auf welchem die Grundbeschichtung 2 gebildet wird, direkt in die gemischte Flüssigkeit, die gerade oben erwähnt wurde, bei normaler Temperatur für 10 bis 24 Std. eingetaucht wird.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine korrosionsverhindernde Struktur bereitzustellen, die für metallische Teile, zusammengesetzt aus einer Alurniniumlegierung, Eisen und dergleichen, geeignet ist.
Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine korrosionsvermindernde Struktur bereitgestellt, die auf eine zu schützende Oberfläche aufgebracht wird, wobei die Struktur einen ersten Beschichtungsfilm umfasst, der aus einer Ni-P-Typ-Legierung zur Anwendung auf die Oberfläche zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Beschichtungsfilm umfassend feine Teilchen in einer Ni-P-Typ- Legierung, auf dem ersten Beschichtungsfilm bereitgestellt wird.
Nach einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schutz einer Oberfläche gegen Korrosion bereitgestellt, wobei das Verfahren das Aufbringen eines ersten Beschichtungsfilms, zusammengesetzt aus einer Ni-P-Typ-Legierung, auf die Oberfläche umfasst, und durch das Aufbringen eines zweiten Beschichtungsfilms über den ersten Beschichtungsfilm charakterisiert ist, der feine Teilchen in einer Ni-P-Typ- Legierung umfasst.
Die Oberfläche kann z. B. eine Aluminiumlegierung oder ein Eisen-artiges Material sein.
Um den oben erwähnten Gegenstand zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung in einem Gesichtspunkt dadurch gekennzeichnet und hat ein Schema angenommen, dass ein erster Beschichtungsfilm, umfassend eine Ni- P-Typ-Legierung, auf den Oberflächen metallischer Teile gebildet wurde, und dass ein zweiter Beschichtungsfilm aus Ni-P-Typ-Legierung enthaltend dispergierte und abgelagerte feine Teilchen, auf dem ersten Beschichtungsfilm gebildet wurde.
Ferner kann ein erster Beschichtungsfilm, umfassend eine Ni-P-Typ-Legierung, zumindest auf dem Aluminiumlegierungsteil in der Turbomolekularpumpe, verwendet zum Gasauslass aus einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung, gebildet werden, und ein zweiter Beschichtungsfilm einer Ni-P-Typ-Legierung, der durch Dispergieren und Ablagern von feinen Teilchen hergestellt wird, kann auf diesem ersten Beschichtungsfilm gebildet werden.
Ferner kann ein erster Beschichtungsfilm, umfassend eine Ni-P-Typ-Legierung, auf zumindest dem Aluminiumlegierungsteil einer Trockenpumpe, verwendet zum Gasauslass aus einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung, gebildet werden, und ein zweiter Beschichtungsfilm einer Ni-P-Typ-Legierung, der durch Dispergieren und Ablagern feiner Teilchen hergestellt wird, kann auf diesem ersten Beschichtungsfilm gebildet werden.
Ferner kann ein erster Beschichtungsfilm, umfassend eine Ni-P-Typ-Legierung, auf zumindest einer Innenoberfläche eines Rohrleitungssystems, verwendet zur Gaszufuhr einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung oder als Gasauslass aus einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung, gebildet werden, und ein zweiter Beschichtungsfilm einer Ni-P-Typ-Legierung, der durch Dispergieren und Ablegern von feinen Teilchen hergestellt wird, kann auf diesem ersten Beschichtungsfilm gebildet werden.
Ferner kann ein erster Beschichtungsfilm, umfassend eine Ni-P-Typ-Legierung, auf zumindest einem beweglichen Teil eines Ventils, verwendet zur Gaszufuhr einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung oder als Gasauslass aus einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung, gebildet werden, und ein zweiter Beschichtungsfilm einer Ni-P-Typ-Legierung, der durch Dispergieren und Ablagern feiner Teilchen hergestellt wird, kann auf diesem ersten Beschichtungsfilm gebildet werden.
Ferner kann ein erster Beschichtungsfilm, umfassend eine Ni-P-Typ- Legierung, zumindest auf einem beweglichen Teil und einem Schiebeteil in einer Kammer einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung gebildet werden, und ein zweiter Beschichtungsfilm einer Ni-P-Typ-Legierung, der durch Dispergieren und Ablagern feiner Teilchen hergestellt wird, kann auf diesem ersten Beschichtungsfilm gebildet werden.
Ferner kann das metallische Teil aus einem Aluminiumlegierungs-artigen Material oder aus einem Eisen-artigen Material zusammengesetzt sein.
Ferner kann Polytetrafluorethylen als die feinen Teilchen benutzt werden.
Ferner kann der Teilchendurchmesser der feinen Teilchen ungefähr 1 Mikrometer oder weniger sein.
Ferner können die ersten und die zweiten Beschichtungsfilme jeweils eine Filmdicke von 8 Mikrometer oder mehr aufweisen.
Ferner kann die Ni-P-Typ-Legierung aus feinen Teilchen mit einem Gehalt von 20 Vol.-% oder mehr in Volumenprozent oder 6 Gew.-% oder mehr in Gewichtsprozent zusammengesetzt sein.
Die feinen Teilchen sind so groß, dass sie die Löcher füllen (Mikroporen), die im ersten Beschichtungsfilm vorhanden sind.
In dieser Erfindung können metallische Teile beständig gegen das Eindringen von Chlorionen in das Substrat geschützt werden, wodurch ein Auftreten von Korrosion als Lochkorrosion verhindert oder vermindert werden kann. Man glaubt, dass ein solches Phänomen aufgrund der Mikroporen auftritt, die eine Öffnung an der Oberfläche des ersten Beschichtungsfilms haben, und die durch die feinen Teilchen verstopft werden, und dass sie, wenn die Mikroporen sich während des Wachsens des zweiten Beschichtungsfilms zu bilden beginnen, durch die feinen Teilchen verstopft werden, und das Anwachsen der Mikroporen wird durch die feinen Teilchen, die die Mikroporen am einfachen Durchdringen der metallischen Teile hindern, unterbunden.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung werden nun Ausführungsformen über Beispiele beschrieben, darin ein Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1A und 1B exemplarische Diagramme der korrosionsvorbeugenden Struktur gemäß dieser Erfindung sind;
Fig. 2 eine Fotografie ist, die einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Produktes zeigt;
Fig. 3 eine Fotografie ist, die einen weiteren Querschnitt eines erfindungsgemäßen Produktes zeigt;
Fig. 4 eine Fotografie ist, die einen weiteren Querschnitt eines erfindungsgemäßen Produktes zeigt;
Fig. 5 eine Fotografie ist, die einen Querschnitt eines Produktes A aus dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 6 eine Fotografie ist, die einen weiteren Querschnitt eines Produktes A aus dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 7 eine Fotografie ist, die einen Querschnitt eines Produktes B aus dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 8 eine Fotografie ist, die einen weiteren Querschnitt eines Produktes B aus dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 9 eine Fotografie ist, die einen Querschnitt einer Vergleichsprobe C zeigt;
Fig. 10 eine Fotografie ist, die einen weiteren Querschnitt einer Vergleichsprobe C zeigt;
Fig. 11 eine Fotografie ist, die einen anderen Querschnitt einer Vergleichsprobe C zeigt;
Fig. 12 eine Fotografie ist, die einen Querschnitt einer Vergleichsprobe D zeigt;
Fig. 13 eine Fotografie ist, die einen weiteren Querschnitt einer Vergleichsprobe D zeigt;
Fig. 14 eine Fotografie ist, die einen weiteren Querschnitt einer Vergleichsprobe D zeigt.
Eine detaillierte Beschreibung zur erfindungsgemäßen korrosionsvorbeugenden Struktur, die sich auf die Fig. 1 bis 14 bezieht, folgt unten.
Diese korrosionsvorbeugende Struktur hat, wie in Fig. 1 gezeigt wird, einen ersten Beschichtungsfilm 2, umfassend eine Ni-P-Typ-Legierung auf der Oberfläche des metallischen Teils 1 und hat außerdem einen zusammengesetzten Ni-P/PTFE-Beschichtungsfilm als zweiten Beschichtungsfilm 3 auf dem ersten Beschichtungsfilm 2.
Der zusammengesetzte Ni-P/PTFE-Beschichtungsfilm wird nicht allein aus einer Ni-P-Legierung gebildet, sondern durch Dispergieren und Ablagern von Polytetrafluorethylen in Form von feinen Teilchen (im Folgenden "feine PTFE-Teilchen" genannt) in dieser Ni-P-Typ-Legierung.
Solche geschichteten zwei Schichten der Beschichtungsfilme 2, 3 können durch die folgenden Verfahren gebildet werden.

(1) Die erste Behandlungsstufe

Die bekannte Behandlung des stromlosen Beschichtens mit einer Ni-P- Legierung wird auf die Oberflächen der metallischen Teile 1, wie z. B. Drehflügel, fixierte Flügel und andere gut bekannte Aluminiumlegierungs- Teile von Turbomolekularpumpen angewendet, wobei die erste Schicht einer Ni-P-Legierung (der erste Beschichtungsfilm 2) gebildet wird.
Es bleibt zu sagen, dass dieses metallische Teil 1, nachdem die vorbeschriebene Vorbehandlung daran angewendet wurde, in ein Beschichtungsbad getaucht wird, das eine vorgegebene Badzusammensetzung hat, um dadurch einen Ni-P-Legierungs- Beschichtungsfilm auf der Oberfläche des metallischen Teils 1 zu bilden.
Die Konzentration von P in dem Ni-P-Legierungs-Beschichtungsfilm sollte ungefähr 8 Gew.-% sein und der Zielwert der Dicke sollte mindestens 10 Mikrometer oder mehr sein. In Anbetracht der Toleranz und der Streuung kann die Filmdicke auch 8 Mikrometer oder mehr betragen.
Die Tendenz zum oben erwähnten Verstopfen der Mikroporen wird markanter, wenn die Dicke des abgelagerten Ni-P-Legierungs- Beschichtungsfilms vergrößert wird. Es ist so, dass die Zahl an Mikroporen mit der Öffnung an der beschichteten Oberfläche durch die Bildung eines dicken Beschichtungsfilms verkleinert wird, und dass die Menge an Chlorionen, die von der Oberfläche der Beschichtung zu dem Substrat vordringen, verringert wird, wodurch eine Verbesserung der Korrosionsresistenz-Eigenschaft ermöglicht wird. Entsprechend ist es, wenn man ökonomische Aspekte in Betracht zieht, bevorzugt, den Ni-P- Legierungs-Beschichtungsfilm, der als der erste Beschichtungsfilm 2 gebildet wird, mit einer Dicke von ungefähr 20 Mikrometern bereitzustellen.

(2) Die zweite Behandlungsstufe

Nach der Bildung der ersten Beschichtung (der erste Beschichtungsfilm 2) nach der oben beschriebenen Weise, wird im Weiteren der zusammengesetzte Ni-P/PTFE-Beschichtungsfilm als zweite Beschichtung (der zweite Beschichtungsfilm 3) auf dieser ersten Beschichtung gebildet.
Der zusammengesetzte Ni-P/PTFE-Beschichtungsfilm sollte als Zielwert 10 Mikrometer Dicke haben. Genauso wie oben kann in Anbetracht der Toleranz und der Streuung die Filmdicke auch 8 Mikrometer oder mehr sein.
Der zusammengesetzte Ni-P/PTFE-Beschichtungsfilm wird gebildet, indem ein Bad durch Mischen von feinem PTFE-Pulver, mit einem Teilchendurchmesser von ungefähr 1 Mikrometer oder weniger, mit einem oberflächenaktiven Stoff in einem Bad hergestellt wird, das fast das gleiche wie das für die Ni-P-Legierungs-Beschichtungs-Behandlung ist, und indem die Beschichtung aus dem Bad während kräftigen Rührens abgelagert wird. So werden die feinen PTFE-Teilchen simultan in dem Ni-P-Legierungs- Beschichtungsfilm dispergiert und abgelagert.
Die Formulierung sollte so eingestellt sein, dass der PTFE-Gehalt in dem Ni- P-Legierungs-Beschichtungsfilm auf ein Level von 20 Vol.-% oder höher, aber 40 Vol.-% oder niedriger in Volumenprozent oder 6 Gew.-% oder mehr, aber 12 Gew.-% oder weniger in Gewichtsprozent eingestellt wird,
So ist zu sagen, dass die korrosionsvorbeugende Struktur dieses Beispiels aufgebaut wird, indem der erste Beschichtungsfilm 2, umfassend eine Ni-P- Typ-Legierung, auf dem metallischen Teil 1 gebildet wird und weiter, dass darauf der zweite Beschichtungsfilm 3, der durch Dispergieren und Ablagern von feinen PTFE-Teilchen 4 in der Ni-P-Typ-Legierung hergestellt wird, gebildet wird. Durch diese Struktur, wie sie von (I) und (II) betrachtet werden, kann die Struktur des metallischen Teils sicher vor dem Eindringen und dem Herankommen der Chlorionen geschützt werden, und Lochkorrosion ist nicht aufgetreten, was beweist, dass es eine vorteilhafte korrosionsverhindernde Struktur für metallische Teile ist.
(I) Wie in Fig. 1A gezeigt wird, wird gemutmaßt, dass die Mikroporen H durch die feinen PTFE-Teilchen verstopft werden, und das Eindringen von Chlorionen in solche Mikroporen H verhindert wird, selbst wenn diese Mikroporen H, die eine Öffnung an der Oberfläche des ersten Beschichtungsfilms 2 haben, am Anfang der Bildung des zweiten Beschichtungsfilms existieren. Auch hört das Anwachsen der Mikroporen an dieser Stelle auf, da sie auf diese Weise verstopft werden. Also behindern die feinen PTFE-Teilchen 4 das Wachstum der Mikroporen H und verhindern, dass die Mikroporen durch den ersten Beschichtungsfilm 2 zum Grundmaterial durchdringen.
(II) Wie in Fig. 1B gezeigt wird, werden die Mikroporen sofort durch die feinen PTFE-Teilchen verstopft, selbst wenn das Auftreten der Mikroporen während des Wachsens des zweiten Beschichtungsfilms 3 beginnt, und es wird auch das Wachstum der Mikroporen durch die feinen PTFE-Teilchen unterbrochen, so dass die Mikroporen, die durch das Grundmaterial dringen, nicht auftreten und folglich streuen die Eindringstellen der Chlorionen über einen breiten Bereich, und lokalisierte intensive Lochkorrosion tritt erschwert auf.
In dieser korrosionsvorbeugenden Struktur wird die Oberfläche des zweiten Beschichtungsfilms 3 durch PTFE in einer Menge von 20 bis 40 Vol.-% in Volumenprozent nach dessen Wachstum bedeckt. Dementsprechend zeigt die Oberfläche des zweiten Beschichtungsfilms eine gute Wasserabweisung, so dass Substanzen, wie z. B. AlCl&sub3;, Cl-Gase, Chlorionen und dgl., nur mit Schwierigkeit von der Oberfläche des zweiten Beschichtungsfilms 3 adsorbiert werden, und auch in dieser Hinsicht kann das Erreichen und das Eindringen von Chlorionen in das Substrat des metallischen Teils verhindert werden.
Die oben erwähnte Wirkung, das Eindringen von Chlorionen zu verhindern, kann nicht ausreichend gezeigt werden, wenn der Gehalt an PTFE in dem zweiten Beschichtungsfilm 3 niedrig ist. Z. B. wird der Schutz gegen das Eindringen von Chlorionen im Falle eines PTFE-Gehaltes von ungefähr 5 bis 15 Vol.-% in Volumenprozent (1,5 bis 5 Gew.-% in Gewichtsprozent) vermindert, obwohl der Schutz gegen das Eindringen von Chlorionen nicht unwirksam wird. Dementsprechend ist ein PTFE-Gehalt von 20 Vol.-% oder mehr, aber 40 Vol.-% oder weniger in Volumenprozent, oder 6 Gew.-% oder mehr, aber 12 Gew.-% oder weniger in Gewichtsprozent erforderlich, wie es oben erwähnt ist.
Die obere Funktion und Wirkung wurden experimentell bestätigt. Jetzt wird eine Erklärung dieses Experiments gegeben.
In diesem Experiment wurden Drehflügel (Typ Nr. 2000, Hochleistungs- Aluminiumlegierung) einer Turbomolekularpumpe als das metallische Teil 1 verwendet, und sie wurden einer der Behandlungen (i) bis (v), die unten erwähnt werden, unterworfen, um ein erfindungsgemäßes Produkt, Produkte A, B nach dem Stand der Technik und Vergleichsproben C, D herzustellen. Diese Testproben werden in einen Eksikkator gelegt, dessen Bodenloch mit in Wasser verdünnter Salzsäure beladen wurde. Dadurch wurden die obigen Testproben Salzsäure-Dampf ausgesetzt. Die Konzentration der Salzsäure in diesem Fall war mindestens 18 ppm und die Aussetzungszeit betrug 148 Stunden.
Die Proben wurden wie folgt hergestellt:
(i) stromloses Beschichten mit einer Ni-P-Legierung (Dicke 10 Mikrometer), dann stromlose Beschichtungs-Behandlung mit Ni-P/PTFE (Dicke 10 Mikrometer, PTFE-Gehalt 10 Gew.-%): erfindungsgemäßes Produkt.
(ii) stromlose Beschichtungsbehandlung mit einer Ni-P-Legierung: Produkt A aus dem Stand der Technik.
(iii) Alumitverfahren (Dicke 8 Mikrometer): Produkt B aus dem Stand der Technik.
(iv) stromlose Beschichtungsbehandlung mit einer Ni-P-Legierung (Dicke 50 Mikrometer): Vergleichsprobe C.
(v) stromlose Beschichtung mit einer Ni-P-Legierung (Dicke 10 Mikrometer), dann stromlose Beschichtungsbehandlung mit Ni-P/PTFE (Dicke 10 Mikrometer, PTFE-Gehalt 5 Gew.-%): Vergleichsprobe D.
Ein Teil jeder Testprobe, im Speziellen die Spitze des Drehflügels, wurde nach dem Experiment abgeschnitten und der Querschnitt wurde untersucht und fotografiert. Im Falle des erfindungsgemäßen Produktes zeigen die Fig. 2 bis 4 in dieser Reihenfolge, dass das Eindringen von Chlorionen vollständig verhindert wurde, und dass keine Lochkorrosion zustande gekommen ist.
Im Gegensatz dazu wird auf den ganzen Oberflächen des Produktes A aus dem Stand der Technik, das in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigt wird, genauso wie des Produktes B aus dem Stand der Technik, das in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt wird, intensive Lochkorrosion beobachtet.
Wie in den Fig. 9 bis 11 zu sehen ist, nimmt das Ausmass der Lochkorrosion im Falle der Ni-P-Legierungs-Beschichtung, bei der die Filmdicke 50 Mikrometer, aber nicht 20 Mikrometer wie im Fall der Vergleichsprobe C ist, wegen der Verstopfung der Mikroporen leicht ab, aber selbst in diesem Fall tritt beständig Lochkorrosion auf und die vollständige Verhinderung von Lochkorrosion ist unmöglich. Weiter kann selbst in dem Fall, in dem die 2-Schicht-Beschichtung angewendet wird, das Eindringen von Chlorionen nicht verhindert werden, wie es in den Fig. 12 bis 14 für den Fall einer kleinen Menge an PTFE gezeigt wird, wie im Fall der Vergleichsprobe D, wodurch das Auftreten von Lochkorrosion zugelassen wird.
Also kann das Eindringen von Chlorionen nicht verhindert werden und das Auftreten von Lochkorrosion bleibt unvermeidbar, wenn allein die Dicke des Ni-P-Legierungs-Beschichtungsfilms von 20 Mikrometer auf 50 Mikrometer erhöht wird, oder wenn allein der Ni-P-Legierungs-Beschichtungsfilm in zwei Schichten geschichtet wird, ohne PTFE einzubinden.
Auch kann vermutet werden, dass, selbst wenn eine Ni-P/PTFE- Beschichtung (PTFE-Gehalt 10 Gew.-%) aufgetragen wird, dessen Benutzung als einzige Schicht ineffektiv zur Vermeidung des Auftretens von Lochkorrosion ist.
Die korrosionsverhindernde Struktur dieser Erfindung ist vorteilhaft als Mittel zur Korrosions-Verhinderung von Aluminiumlegierungen, kann aber ferner z. B. als korrosionsverhindernde Struktur von metallischen Teilen, die aus einem Eisen-artigen Material bestehen, angewendet werden.
Die korrosionsverhindernde Struktur dieses Beispiels kann z. B. auf die folgenden metallischen Teile angewendet werden. Selbstverständlich kann sie auch auf andere metallische Teile angewendet werden.
(a) Aluminiumlegierungs-Teile einer Turbomolekularpumpe, nützlich zur Gasausfuhr aus Halbleiter-Herstellungsvorrichtungen;
(b) Aluminiumlegierungs-Teile oder Aluminiumlegierungs-Teile mit Teilen eines anderen metallischen Materials von Trockenpumpen, verwendet zum Gasauslass aus ähnlichen Vorrichtungen;
(c) Innenoberflächen oder beides, Innen- und andere Oberflächen, von Rohrleitungssystemen, verwendet zur Gaszufuhr ähnlicher Vorrichtungen oder zum Gasauslass aus ähnlichen Vorrichtungen;
(d) bewegliche Teile, zumindest von Ventilen, zum Gasauslass aus ähnllichen Vorrichtungen;
(e) bewegliche Teile und Schiebeteile, zumindest in der Kammer ähnlicher Vorrichtungen.
Obwohl PTFE als feine Teilchen in diesem Beispiel verwendet wird, besteht keine Notwendigkeit, darauf zu beschränken und jegliche feinen Teilchen können als Ersatz für PTFE angewendet werden, vorausgesetzt, dass sie ähnliche Funktionen und Wirkungen wie PTFE zeigen, also das Verstopfen der Mikroporen, die Hemmung deren Anwachsens und dgl. Als feine Teilchen, die das gleiche Verhaften und die gleiche Wirkung wie PTFE zeigen, kann auf fluoriertes Graphit, Keramiken und dgl. z. B. hingewiesen werden.
Die korrosionsverhindernde Struktur wird aufgebaut, indem ein erster Beschichtungsfilm bestehend aus einer Ni-P-Typ-Legierung auf der Oberfläche von metallischen Teilen gebildet wird, und ferner indem ein zweiter Beschichtungsfilm, hergestellt durch Dispergieren und Ablagern von feinen Teilchen in einer Ni-P-Typ-Legierung, darauf gebildet wird. Darum ist es ausgehend von den unter (A) und (B) erwähnten Gesichtspunkten möglich, das Eindringen der Chlorionen in das Substrat metallischer Teile und das Erreichen des Substrats metallischer Teile durch Chlorionen sicher zu verhindern, so dass Lochkorrosion nie auftritt, was beweist, dass es eine vorteilhafte korrosionsverhindernde Struktur für metallische Teile ist, die die Lebensdauer metallischer Teile verlängern wird.
(A) Es wird postuliert, dass, selbst wenn der erste Beschichtungsfilm am Anfang der Bildung des zweiten Beschichtungsfilms Mikroporen enthält, deren Öffnung an der Oberfläche davon sind, solche Mikroporen durch die feinen Teilchen verstopft werden, und dass das Eindringen von Chlorionen in die Mikroporen verhindert wird. Ferner hört das Wachstum der Mikroporen durch das Verstopfen auf. Also hemmen die feinen Teilchen das Anwachsen der Mikroporen und das einfache Vordringen der Mikroporen zum Grundmaterial (metallische Teile) verschwindet.
(B) Selbst wenn die Bildung von Mikroporen im Verlauf des Anwachsens des zweiten Beschichtungsfilms beginnt, werden solche Mikroporen sofort durch die kleinen Teilchen verstopft und das Anwachsen der Mikroporen wird unterbrochen, so dass die Mikroporen, die in Richtung des Grundmaterials (metallische Teile) einfach vordringen, verschwinden, wodurch folglich die Eindringstellen der Chlorionen über einen breiten Bereich streuen und lokalisierte intensive Lochkorrosion nur mit Schwierigkeiten erfolgt.

Claims

1. Korrosionsvermindernde Struktur, aufgebracht auf eine Oberfläche (1), die geschützt werden soll, wobei die Struktur einen ersten Beschichtungsfilm (2) aus einer Ni-P-Typ-Legierung zum Aufbringen an die Oberfläche (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Beschichtungsfilm (3), umfassend feine Teilchen in einer Ni-P- Typ-Legierung, auf dem ersten Beschichtungsfilm (2) bereitgestellt ist.

2. Verfahren zum Schutz einer Oberfläche (I) gegen Korrosion, wobei das Verfahren das Aufbringen eines ersten Beschichtungsfilms (2) aus einer Ni-P-Typ-Legierung auf die Oberfläche (1) umfasst, und dadurch gekennzeichnet ist, dass ein zweiter Beschichtungsfilm (3), der feine Teilchen in einer Ni-P-Typ-Legierung umfasst, über den ersten Beschichtungsfilm (2) aufgebracht wird.

3. Verwendung einer Zusammensetzung feiner Teilchen in einer Ni-P- Typ-Legierung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit einer Ni- P-Typ-Legierungs-Beschichtung.

4. Struktur, Verfahren oder Verwendung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, worin die feinen Teilchen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen.

5. Struktur, Verfahren oder Verwendung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, worin der Teilchendurchmesser der feinen Teilchen im Wesentlichen 1 Mikrometer oder weniger beträgt.

6. Struktur oder Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin der erste bzw. der zweite Film eine Dicke von im Wesentlichen 8 Mikrometer oder mehr hat, oder Verwendung nach Anspruch 3, worin die Ni-P-Typ-Legierungs-Beschichtung bzw. die Zusammensetzung feiner Teilchen in der Ni-P-Legierung eine Dicke von im Wesentlichen 8 Mikrometer oder mehr hat.

7. Struktur, Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Gehalt der feinen Teilchen in der Ni-P-Typ-Legierung 20% oder mehr in Volumenprozent oder 6% oder mehr in Gewichtsprozent ist.

8. Struktur, Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 7, worin der Gehalt der feinen Teilchen in der Ni-P-Typ-Legierung 40% oder weniger in Volumenprozent, oder 12% oder weniger in Gewichtsprozent ist.

9. Struktur, Verfahren oder Verwendung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 5 bis 8, worin die feinen Teilchen aus fluoriertem Graphit oder Keramiken bestehen.

10. Verwendung einer Struktur nach Anspruch 1 zur Korrosionsverminderung bei:

einem Aluminiumlegierungs-Teil einer Turbomolekularpumpe, verwendet zum Gasauslass aus einer Halbleiter- Herstellungsvorrichtung;

einem Aluminiumlegierungs-Teil einer Trockenpumpe, verwendet zum Gasauslass aus einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung;

einer Innenoberfläche eines Rohrs, das zur Gaszufuhr einer Halbleiter- Herstellungsvorrichtung verwendet wird;

einem beweglichen Teil eines Ventils, das zur Gaszufuhr einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung verwendet wird, oder das zum Gasauslass aus einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung verwendet wird; und/oder

einem beweglichen Teil und einem Schiebeteil in einer Kammer einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung.