專利名稱：物體的涂覆方法
技術領域：
本發明涉及一種涂覆由閥金屬(valve metal)或其合金制造的物體的方法，以及由此得到的物體。
背景技術：
EP 0 545 230 A1涉及一種在阻隔層金屬上制造任選改性的氧化物陶瓷層的方法以及由此得到的產品。為了增加阻隔層金屬上氧化物陶瓷層的厚度和耐磨損性，在PH值為2～8的無氯電解池中進行等離子體化學陽極氧化，其中持續電流密度至少為1A/dm2，直到電壓達到最終值。這樣就在鋁或鋁合金物體的表面涂上一層由剛玉組成的氧化物陶瓷層。也可在鎂或鈦的表面涂上一層厚度高達150μm的涂層。
許多應用中，要求閥金屬的高負載組成部分即使在極端的條件下也必須是耐腐蝕和耐磨損的。這可以通過提供這樣一種帶有氧化物陶瓷層的物體，其具有粗篩孔互連的毛細管系統，引入至少一維方向小于毛細管直徑的含氟聚合物粒子，然后曝露帶有預填充毛細管系統的物體以改變壓力條件來完成。
DE 41 24 730 C2涉及一種用于將含氟聚合物結合到通過陽極氧化法制備的由鋁或其合金構成的物體的多微孔表面的方法，其特征是將具有粒子尺寸為1～50nm的含氟聚合物或它們的母體的水懸浮液結合到硬的陽極化的鋁層的毛細管中，其中毛細管與金屬是垂直的。
DE 42 39 391 C2中涉及具有填充含氟聚合物的氧化物陶瓷涂層的鋁、鎂或鈦物體以及制備它們的方法。所公開的是由阻隔層金屬制成的物體，金屬上帶有一層薄的穩固的粘接阻隔層，其上面帶有燒結的致密氧化物陶瓷層，并且在其上部，涂有氧化物陶瓷層，其具有粗篩孔互連的主要填充含氟聚合物的毛細管系統。特別地，氧化物陶瓷層的厚度為40到150μm。此類物體的實例是用于渦輪分子泵的轉子、用于柴油機或汽油機的渦輪增壓器、真空或等離子體技術制得的組成部件、用于冠狀放電器的滾筒以及超聲觸頭，每種都為鋁或鋁合金材料。公開了如果要引入外部氧化物陶瓷層的含氟聚合物粒子或母體不是液體，那么就在適宜的溶劑中分散作為溶液或懸浮液引入。此應用的實質核心是將含氟聚合物粒子分散在適宜的溶劑中來改變壓力條件，使用浸透體系是合適的，其中首先利用真空除去氧化物陶瓷層的毛細管系統中的空氣，隨后，在真空的作用下，粒子進入微孔并且在真空釋放后，利用氣體壓力壓入微孔，這樣就認為可以達到精細的分支。
作為尤其適宜的含氟聚合物，特別為四氟乙烯、六氟丙烯、偏二氟乙烯、氟代乙烯以及三氟氯乙烯的聚合物和共聚物。這些含氟聚合物事實上并不溶于任何溶劑，所以依照DE 42 39 391 C2，可以考慮將這些含氟聚合物以分散體的形式引入表面。
日本專利JP 2,913,537中公開了類似的方法。一個耐腐蝕結構，其特征為帶有厚度約20μm的Ni-P合金鍍層的用于在半導體生產設備中來釋放氯氣的渦輪分子泵的鋁/合金部件，這一部件與氯氣接觸，并且通過將上述渦輪分子泵的轉子和定子浸入到用以形成氟樹脂層的液體中，然后干燥，在上述鍍金層上形成氟樹脂保護層。
上面提到的現有技術文獻有一個共同的特征就是含氟聚合物主要提供到氧化物陶瓷層的外表面，但是進入到分支的卻只有很小的程度。
發明內容
因此，本發明的目的是提高涂層的均勻性，從而提高物體、特別是氧化物陶瓷層的密封性能。
在第一個實施方案中，本發明的上述目的通過以下的方法來完成用由金屬和其上的氧化物陶瓷層組成的薄阻隔層涂覆閥金屬或其合金制造的物體，所述氧化物陶瓷層表面涂有含氟聚合物，特征為含氟聚合物以溶液的形式通過真空浸漬引入到氧化物陶瓷層的毛細管系統中，隨后去除溶液中的非潤濕部分，然后干燥。
通過氧化物陶瓷層的后處理，特別是陽極化制備的，通過用含氟聚合物溶液真空浸漬，所要考慮的保護層的密封性性能比現有技術有很大的提高。聚合物在應用中的另一個優點是對活潑的和腐蝕的介質具有很高的抵抗性。這些介質可以是氣體，例如，在等離子體蝕刻中渦輪分子泵使用的，但是也可以包括酸或堿的液體或氣體。
類似地，含氟聚合物以溶解的形式浸漬也是可以的，而無需預先涂刷氧化物或陶瓷類型的涂層。這樣處理的表面也可用特殊的性能來表征，如耐灰塵或臟物粒子以及被介質如水、油或其它液體的非可潤濕性。
與現有技術相比，利用本發明可以很大程度的提高涂層的均勻性。通過上述涂層的真空浸漬來達到這個目的，其中溶解的含氟聚合物進入涂層中的微孔或精微細小的空穴。
依照發明的涂層的優點特別歸因于很低的表面能。它可以導致對幾乎所有溶劑，其中包括，特別是溶劑、油(也包括硅油)以及水基液體最佳的阻隔效應。固體也能夠沉積在膜的表面，只是有些困難。此外，同樣的性能會引起對閥金屬非常好的粘接性。另外要指出的是，通常的表面處理的操作條件對保持的高化學、熱以及電的穩定性沒有影響。
本發明的意義中，特別優選使用鋁、鎂、鈦、鈮或鋯以及它們的合金作為閥金屬。
這里要特別指出的是鋁和鋁合金經常用來制造渦輪分子泵的轉子。
本發明中使用的術語“鋁及其合金”是指超純的鋁及合金AlMn、AlMnCu、AlMg1、AlMg1.5、E-AlMgSi、AlMgSi0.5、AlZnMgCu0.5、AlZnMgCu1.5、G-AlSi12、G-AlSi5Mg、G-AlSi8Cu3、G-AlCu4Ti、G-AlCu4TiMg。
對發明的目的來說，除純鎂外，更適宜的材料特別是ASTM標號為AS41、AM60、AZ61、AZ63、AZ81、AZ91、AZ92、HK31、QE22、ZE41、ZH62、ZK51、ZK61、EZ33、HZ32的鎂澆鑄合金以及塑造合金AZ31、AZ61、AZ80、M1Zk60、ZK40。
此外，純鈦或其他鈦合金，如TiAl6MV4、TiAl5Fe2.5和其他合金也可以使用。
依照本發明，對氧化物陶瓷層特別優選使用或多或少篩過的材料來制備，其中氧化物陶瓷層密集的燒結在阻隔層的一邊，對面的一邊為粗篩孔互連的毛細管系統。相應的氧化物陶瓷層是已知的，例如可從專利DE 42 39 391 C2中獲悉。
而且依照本發明，所用氧化物陶瓷層的厚度為40到150μm，特別為50～120μm，同樣可以從DE 42 39 391 C2中獲悉。
本發明可使用的含氟聚合物優選自氟代環氧化物聚合物、甲硅烷基醚，特別是氟代脂肪族甲硅烷基醚、聚丙烯酸酯和/或氨基甲酸酯。
以FluoradTM為標號的許多不同的含氟聚合物，3M Company都有出售。FluoradTMFC-405/60為氟代脂肪族甲硅烷基醚的濃溶液，其可以在醇、酮、乙酸酯中稀釋，也可以在水中溶解。FluoradTMFC-722為惰性的氟代溶劑中的氟代丙烯聚合物。作為熱塑性的材料，試劑不會變干，因此由紫外線輻射引起的高溫和放熱反應或低溫體系就變得不必要了。FluoradTMFC-725為乙酸丁酯中的氟代丙烯酸酯聚合物，它是一種無保存期限制的單組分溶解的聚合物。
依照本發明特別優選涂覆含氟聚合物的層厚度為1～20μm，特別為1～5μm。對聚丙烯酸酯來說，特別低的層厚是一個特殊的優點。例如，也可以以1～2μm的層厚涂覆。
物體的浸漬可以使用不同的方法，方法的分別選擇取決于所使用的含氟聚合物以及物體的要求。
干真空/壓力浸漬法是最慢和最復雜的真空浸漬法。下列描述的真空浸漬法需要兩個罐，一個儲存罐用于含氟聚合物的溶液，一個用于物體/工作件的浸漬-將浸漬容器抽真空以除去物體微孔中的空氣；-將含氟聚合物溶液從儲存罐中轉移至浸漬容器中，直至在真空狀態下的工作件被浸沒；-使浸漬容器充氣，隨后用壓縮氣體增壓；-利用增加的壓力將含氟聚合物溶液轉移至儲存容器，隨后排氣至常壓；-取出并漂洗物體；-執行其它工序。
干真空法優選用于高粘度的含氟聚合物溶液。而且依照本發明，當微孔非常小且對涂層物體的要求格外高時，特別優選使用這個方法。
在濕真空/壓力法中，只需要一個罐。將物體浸漬在通常保留在浸漬容器中的含氟聚合物溶液中。物體和含氟聚合物溶液通常在真空下放置，隨后用壓縮氣體增壓-將浸漬容器抽真空以除去物體微孔中的空氣；-充氣至常壓，隨后用壓縮氣體使罐增壓；
-排氣至常壓；-取出并漂洗物體；-執行其它工序。
推薦使用濕真空/壓力法，例如，可用于帶有很小微孔的物體以及高密度的燒結金屬部件的浸漬。
濕真空法是最簡單而且是最快的真空浸漬法。與濕真空/壓力法相比，罐不用增壓。代替的是，浸漬容器僅僅在真空后充氣。密封材料在大氣壓下浸漬部件。含氟聚合物溶液流到部件的微孔中形成的真空內并且置換它-抽真空以除去微孔中的氣體；-充氣至常壓；-為了使含氟聚合物溶液浸漬部件，短時間允許部件停留在浸漬容器中；-取出并漂洗工作件；-執行其它工序。
濕真空浸漬法是目前為止優選的方法。如果浸漬系統是新近安裝的，那么它的簡便性和快速性以及低的設備投資的優點使它成為優選的方法。
下面的真空浸漬，溶液的非潤濕部分被去除，而溶劑則在高溫下可選擇的去除。例如，氟代脂肪族涂層如FluoradTMFC-405/60能夠在110℃下很短的時間5～10分鐘內或在室溫下持續24小時干燥。
為了增加涂層厚度，當然，重復引入和干燥含氟聚合物的步驟若干次也是可以的。
另一個實施方案中，本發明包含可按上述方法得到的由閥金屬制成的物體。依照本發明這些物體特別優選用作通常由鋁或鋁合金制備的渦輪分子泵的轉子。
利用本發明，能夠得到特征為非常低的表面視在導納的物體，這可以通過未處理氧化物層和真空浸漬氧化物層的透過率的比較測量來看出。
在真空浸漬中，可以保證氧化層中微孔的完全填充以及整個表面的完全填充。
對于等離子體化學產生的層的微孔尺寸，特別是硬的陽極氧化物層，這種方法是特別有益的。
經典的浸漬處理只會達到可潤濕的表面，而不會進入微孔(特別是硬的氧化物層的微孔)。
就此而論，在等離子體-氧化物層上進行試驗，可以看出差別用帶有110±10℃熱后處理30分鐘的浸漬處理得到的視在導納為42μS，與此相比，依照本發明的真空浸漬得到的為7μS。
具體實施例方式
實施例1/比較例1將鋁合金AlMgSi1樣品試片在正常的標準電解液中陽極氧化，平均層厚為25μm。干燥樣品試片，測定視在導納為140μS(比較例1)。
其后，將樣品試片在商業上能夠得到的氟代丙烯酸酯FluoradTMFC-732溶液中，在壓力小于0.1mbar下進行真空浸漬，隨后在溫度為110±10℃下處理30分鐘，測定視在導納。真空浸漬后，視在導納為10μS(實施例)。
為了比較測量視在導納，使用帶有直徑為2.3mm的接觸區域的測量元件。硫酸鉀溶液用作輔助電解液。使用Fischer公司生產的“Anotest YD”進行測量。
實施例2/比較例2將依照實施例1/比較例1的鋁合金樣品試片涂上一層20μm厚的等離子體-氧化物層。將樣品干燥，測量平均視在導納為35μS(比較例2)。
其后，將樣品真空浸漬，然后按實施例1中描述的進行熱處理。隨后測量視在導納，小于3μS(實施例2)。
權利要求
1.一種使用由金屬和其上的氧化物陶瓷層組成的薄阻隔層涂覆閥金屬或其合金制造的物體的方法，所述氧化物陶瓷層表面用含氟聚合物涂覆，其特征在于含氟聚合物以溶液的形式通過真空浸漬引入到氧化物陶瓷層的毛細管系統中，隨后除去溶液中的非潤濕部分，然后干燥。
2.權利要求1的方法，其特征在于，使用鋁、鎂、鈦、鈮和/或鋯以及它們的合金作為閥金屬。
3.權利要求1或2的方法，其特征在于，所使用的氧化物陶瓷層由在阻隔層上致密燒結的氧化物陶瓷層、以及在所述致密燒結的氧化物陶瓷層之上利用等離子體化學陽極氧化涂覆的帶有粗篩孔互連的毛細管系統的氧化物陶瓷層組成。
4.權利要求1～3之一的方法，其特征在于，使用厚度為40～150μm、尤其是50～120μm的氧化物陶瓷層。
5.權利要求1～4之一的方法，其特征在于，使用選自氟代環氧化物聚合物、甲硅烷基醚，特別是氟代脂肪族甲硅烷基醚、聚丙烯酸酯和/或氨基甲酸酯中的含氟聚合物。
6.權利要求1～5之一的方法，其特征在于，所述含氟聚合物涂覆的層厚度為1～20μm，尤其為1～5μm。
7.權利要求1～6之一的方法，其特征在于引入和干燥含氟聚合物的步驟重復多次。
8.依照權利要求1～7之一的方法得到的由閥金屬制成的物件。
9.權利要求8的物件，其特征在于，該物件是用于渦輪分子泵的鋁或鋁合金的轉子。
全文摘要
本發明涉及一種用由金屬和其上的氧化物陶瓷層組成的薄阻隔層涂覆閥金屬或其合金制造的物體的方法，所述氧化物陶瓷層表面用含氟聚合物涂覆，其特征在于含氟聚合物以溶液的形式通過真空浸漬引入到氧化物陶瓷層的毛細管系統中，隨后除去溶液中的非潤濕部分，然后干燥。
文檔編號C25D11/04GK1608174SQ02825947
公開日2005年4月20日 申請日期2002年12月17日 優先權日2001年12月22日
發明者約瑟夫·黑珀考森, 弗朗克·舒爾特 申請人:萊寶真空有限公司