JPS6140748B2 - - Google Patents

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JPS6140748B2
JPS6140748B2 JP23808283A JP23808283A JPS6140748B2 JP S6140748 B2 JPS6140748 B2 JP S6140748B2 JP 23808283 A JP23808283 A JP 23808283A JP 23808283 A JP23808283 A JP 23808283A JP S6140748 B2 JPS6140748 B2 JP S6140748B2
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JP
Japan
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vacuum
oxide film
aluminum material
aluminum
hydrated oxide
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JP23808283A
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JPS60128259A (ja
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Yutaka Kato
Kenji Tsukamoto
Eizo Isoyama
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Altemira Co Ltd
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Showa Aluminum Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02Pretreatment of the material to be coated
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    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10Oxidising
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  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、たとえばシンクロトロンなどの加
速器に使用される粒子加速用パイプ(ビーム・ラ
イン)、薄膜製造装置、表面分析装置、核融合装
置などの真空装置に用いられるアルミニウム材の
製造法に関する。
この明細書において、アルミニウムとはアルミ
ニウムおよびその合金を含むものとする。
上記粒子加速用パイプの材料には、主としてス
テンレスが使用されていたが、最近になつてアル
ミニウムがこの用途に注目され、使用されるよう
になつてきている。その理由は、アルミニウムの
方がステンレスに較べて誘導放射能を生じにくく
かつ生じても減衰時間が速いこと、熱伝導性およ
び電気伝導性が良好であること、表面のガス放出
係数が小さいこと、軽量であること、加工性が良
いことなどの点で優れているからである。この粒
子加速用パイプの内部は、粒子を高速で通す必要
性のために、高真空に保たなければならない。し
たがつて、いかにしてパイプ内部を高真空にする
かによつて、その性能が左右される。また、上記
薄膜製造装置の真空槽の内張用板の材料にも、ス
テンレスが使用されていたが、熱伝導性および電
気伝導性が良好であること、表面のガス放出係数
が小さいこと、軽量であること、加工性が良いこ
となどの点で優れているとの理由で、アルミニウ
ムが使用されるようになつている。さらに、上記
した他の真空装置の真空部にもアルミニウム材が
使用されるようになつている。そして、薄膜製造
装置の真空槽内および他の真空装置の真空部内も
高真空にする必要がある。
従来、粒子加速用パイプや他の真空装置の真空
部の内部を高真空にするために、これらの真空部
に面したアルミニウム材の表面を有機溶剤等によ
り脱脂処理した後、約150℃で24時間程度の加熱
脱ガス処理を繰返して行つたり、この処理と組合
わせて水素ガス、アルゴンガス、酸素ガスなどの
中での放電洗浄を行つていたが、このような作業
が長時間を要して非能率的であるうえに、真空度
の点においても未だ充分に満足し得るものではな
かつた。
真空装置内部の高い真空度を保持するために
は、製品になつた後における真空部に面したアル
ミニウム材の表面からの放出ガスを減らすことが
重要である。この点につき本発明者らは実験研究
を重ねた結果、アルミニウム材表面の皮膜状態が
真空度に大きく影響を与えるものと考えるに至つ
た。
アルミニウムは周知のように、非常に酸化され
易い金属であり、酸素と触れると表面に酸化膜が
形成される。またアルミニウムが水、湿気などの
水分の存在する環境下に置かれると、その表面に
水和酸化膜が生成する。そして水和酸化物の生成
反応の温度が高い程水和酸化膜の成長は著しく、
高温環境ではアルミニウム表面にベーマイト(擬
ベーマイト)またはバイアライトなどの水和酸化
膜が形成される。このような水和酸化膜の膜質
は、水分の存在しない環境で形成されるアルミニ
ウム酸化膜に較べて非常に粗で多孔質状でありか
つその孔形態も複雑にいり込んでいる。加えて膜
厚も厚い。
ところで、通常の押出加工により形成されたア
ルミニウム材の表面には、成形時水分を含んだ大
気(酸素)との接触により水和酸化膜が生成さ
れ、しかもこの水和酸化膜は、成形時高温にさら
されるため、水和酸化膜の生成反応が促進されて
厚膜となつている。この水和酸化膜の膜質は上述
のとおり多孔質状であり、かつ厚膜であるために
皮膜に多くの水分が吸着する。しかも皮膜がちみ
つさに欠けるために、成形後においても大気中に
存在する水分、ハイドロカーボン、二酸化炭素お
よび一酸化炭素などの真空度低下物質が皮膜に吸
着する。このような真空度低下物質は、前記ガス
中における放電洗浄時や真空引き時においてすら
なお若干存在しているために前記同様皮膜に吸着
する。しかもこれは水和酸化膜が上記のようなも
のであるために、皮膜内にいわば吸蔵された形態
になる。その結果これの脱離が困難な状態とな
り、真空引きを行なつてもなかなか除去できな
い。したがつて、これがアルミニウム材の真空度
向上阻害の原因になつていると思われる。また、
成形後のアルミニウム材の機械的強度を高めるた
めに、高温加熱後、水冷および空冷などの焼入れ
処理や、熱処理が行なわれるが、このさいにも成
形時に形成された上述の水和酸化膜はさらに成長
するとともにすでに吸着されている真空度低下物
質は皮膜に内蔵される形となる。
また、圧延加工により成形される板材、箔材の
表面には、真空度低下物質である圧延油が付着し
ているとともに、圧延時および焼鈍時に多孔質状
の水和酸化膜が生成している。さらに、プレス加
工により成形されるプレス成形品にも真空度低下
物質である加工油が付着しているとともに、水和
酸化膜が生成している。
真空装置に用いられる種々のアルミニウム材の
うち、シンクロトロンなどの加速器に使用される
粒子加速用パイプとして用いられるアルミニウム
製中空押出型材については、本出願人は先に、ア
ルミニウム押出型材を押出成形するにあたり、型
材の内面を空気と遮断することを特徴とする製造
法を提案した(特願昭56−177552号)。しかしな
がら、この製造法は、中空状の押圧型材には好適
な方法であるが、圧延により成形される板材、箔
材等の製品、プレス成形品および中実の押出型材
には適用することができない。
この発明の目的は、上記の問題を解決した高真
空で用いるのに好適な真空用アルミニウム材の製
造法を提供することにある。
この発明による真空用アルミニウム材の製造法
は、加工済のアルミニウム材の表面を洗浄すると
ともに乾燥させて清浄でかつ水和酸化膜が除去さ
れた乾燥面とした後、このアルミニウム材を水分
を含んだ大気と接触しないような酸素含有ガス雰
囲気中で加熱し、アルミニウム材の表面に酸化皮
膜を形成することを特徴とするものである。
上記において、加工済のアルミニウム材として
は、押出成形、圧延、プレス成形などにより形成
された型材、棒材、板材、箔材およびプレス成形
品などがあげられる。
加工済アルミニウム材の表面を洗浄するととも
に乾燥させて清浄でかつ水和酸化膜が除去された
乾燥面とする具体的方法としては、たとえば苛性
ソーダを用いたアルカリ洗浄または硫酸を用いた
酸洗浄を施して加工油を洗い流すとともにアルミ
ニウム材表面に形成されている水和酸化膜を除去
し、その後不活性ガス雰囲気中、アルミニウムに
対して不活性なガス雰囲気中または真空中で低温
にて乾燥させる方法がある。
上記において、アルカリ洗浄または酸洗浄後の
乾燥は、真空雰囲気中で行なうのがよい。上記洗
浄後、真空炉内に入れて真空引きしながら乾燥さ
せることができるからである。この乾燥は常温〜
120℃とくに70〜90℃の温度範囲で行なうのがよ
い。乾燥温度が120℃を越えるとこの乾燥工程中
に水和酸化膜が生成するおそれがあるからであ
る。また、アルカリ洗浄または酸洗浄後乾燥させ
る前に、アルミニウム材を水和酸化膜形成抑制用
処理液中に浸漬して水和酸化膜形成抑制処理を施
すことが好ましい。水和酸化膜形成抑制用処理液
としては、クロム酸、ケイ酸、バナジン酸、ジル
コン酸、リン酸(ポリリン酸)、過マンガン酸、
タングステン酸およびモリブデン酸ならびにこれ
らの塩のうちの1種を含む水溶液が用いられる。
処理液中の溶質濃度は0.0000001〜5wt%、好まし
くは0.000001〜0.0005wt%の範囲内にあるのがよ
い。
上記において、アルミニウム材の表面を洗浄す
るとともに乾燥させて清浄でかつ水和酸化膜が除
去された乾燥面とした後、このアルミニウム材を
水分を含んだ大気と接触しないような酸素含有ガ
ス雰囲気中で加熱してその表面に酸化皮膜を形成
する方法としては、つぎの3つの方法をあげるこ
とができる。
その1は、酸素0.5〜30vol%とくに1〜10vol
%を含み、残部不活性ガスまたはアルミニウムに
対して不活性なガスよりなる混合ガス雰囲気中で
加熱する方法である。不活性ガスとしては、アル
ゴンおよびヘリウムが一般的である。また、アル
ミニウムに対して不活性なガスとしてはチツ素ガ
スが一般的である。
その2は、上記において、不活性ガス雰囲気中
またはチツ素ガス雰囲気中で加熱する方法であ
る。市販の不活性ガスおよびチツ素ガスまたは工
業的に得られる不活性ガスおよびチツ素ガスには
微量の酸素が含まれている。
その3は、真空雰囲気中で加熱する方法であ
る。真空雰囲気中にも微量の酸素は含まれてい
る。
この3つの方法において、加熱温度を120〜500
℃とくに200〜300℃とし、加熱時間を0.1〜24時
間とくに0.5〜6時間とするのがよい。上記200〜
300℃の加熱処理は熱処理用アルミニウム合金の
場合には時効処理を、非熱処理用アルミニウム合
金の場合には安定化処理を兼ねる。ちなみに、加
熱温度が120℃未満では酸化皮膜の形成がうまく
いかず、500℃を越えると非結晶質皮膜の一部が
結晶化して混在した状態となりちみつな皮膜が形
成されなくなるおそれがある。
上記3つのいずれの方法でも、アルミニウム材
の表面が水分を含んだ大気と接触することが防が
れるので、その表面に水和酸化膜が生成すること
はない。そして、これらの方法では活性なアルミ
ニウム表面にちみつで薄い酸化膜が生成する。第
1の方法では、酸化膜の厚さは20〜60Å程度のも
のが得られ、第2の方法ではこれよりも膜厚は薄
くなる。なお、第3の方法では、露点管理が困難
であるため、第1および第2の方法が好ましい。
従来の方法で製造されたアルミニウム材では、
このアルミニウム材を用いた真空装置の真空部の
真空度が充分満足しうるまで高くない理由は、上
述したようにアルミニウム表面に水和酸化膜が形
成せられており、この水和酸化膜に吸蔵された状
態になつている真空度低下物質が真空部内に放出
されるからである。
この発明による真空用アルミニウム材の製造法
は、加工済のアルミニウム材の表面を洗浄すると
ともに乾燥させて清浄でかつ水和酸化膜が除去さ
れた乾燥面とした後、このアルミニウム材を水分
を含んだ大気と接触しないように酸素含有ガス雰
囲気中で加熱し、アルミニウム材の表面に酸化皮
膜を形成するものであるから、アルミニウム材表
面に問題のある水和酸化物が生成せず、代わりに
ちみつな酸化皮膜が形成せられているため、水和
酸化膜に較べて真空度低下物質の吸着、吸蔵は著
しく少なく、かつ吸着、吸蔵されていても脱ガス
処理により簡単にこれを除去することができる。
したがつて、真空度低下物質が真空装置の真空部
内に放出される量が非常に少なくなり、高真空度
を保つことができるし、従来のように真空度を高
めるための面倒な作業を省略ないし軽減すること
ができる。また、アルミニウム材の表面にはちみ
つな酸化皮膜が形成されているため、その後の工
程で大気と接触したとしても、真空度低下物質の
吸着を防止するとともに、水和酸化膜の生成を抑
制することができる。
つぎに、この発明の実施例について説明する。
A5083からなる圧延板を水酸化ナトリウム5wt
%を含む液温50℃の水溶液に2分間浸漬して、圧
延板の表面を清浄にするとともに水和酸化膜を除
去した後、この圧延板をクロム酸10ppmを含む
液温30℃の水溶液中に30秒間浸漬した。ついで、
この圧延板を真空中において80℃で30分間加熱
し、表面を乾燥させた。その後、酸素5vol%、残
部アルゴンからなる混合ガス雰囲気中で、250℃
で4時間加熱した。
この圧延板の表面には厚さ約40Åのちみつな酸
化膜が形成されており、この圧延板に加熱脱ガス
処理を施してガス放出率を測定したところ、1×
10-13Torr./s.cm2の良好な値を得た。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 加工済のアルミニウム材の表面を洗浄すると
    ともに乾燥させて清浄でかつ水和酸化膜が除去さ
    れた乾燥面とした後、このアルミニウム材を水分
    を含んだ大気と接触しないような酸素含有ガス雰
    囲気中で加熱し、アルミニウム材の表面に酸化皮
    膜を形成することを特徴とする真空用アルミニウ
    ム材の製造法。
JP23808283A 1983-12-16 1983-12-16 真空用アルミニウム材の製造法 Granted JPS60128259A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23808283A JPS60128259A (ja) 1983-12-16 1983-12-16 真空用アルミニウム材の製造法
EP84115294A EP0146115B1 (en) 1983-12-16 1984-12-12 Process for producing aluminum material for use in vacuum
DE8484115294T DE3476818D1 (en) 1983-12-16 1984-12-12 Process for producing aluminum material for use in vacuum
US06/682,456 US4615747A (en) 1983-12-16 1984-12-17 Process for producing aluminum material for use in vacuum

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07110987B2 (ja) * 1986-05-15 1995-11-29 昭和アルミニウム株式会社 真空用アルミニウム材の製造方法
US5478524A (en) * 1992-08-24 1995-12-26 Nissan Motor Co., Ltd. Super high vacuum vessel

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JPS63135539U (ja) * 1987-02-23 1988-09-06

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JPS60128259A (ja) 1985-07-09

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