L'alliage d'aluminium 6061-T6 est le choix par défaut pour les corps, les plaques de base et les structures des chambres à vide pour semi-conducteurs. Il combine une résistance à la traction de 290 à 310 MPa après traitement thermique avec une excellente usinabilité et un comportement dimensionnel prévisible après relaxation des contraintes. Ce guide présente sa composition chimique, ses propriétés mécaniques et physiques, les quatre propriétés essentielles à la conception d'une chambre, ainsi que les équipements pour lesquels il est utilisé, afin de vous permettre de vérifier sa conformité à vos spécifications.

Pourquoi l'alliage 6061-T6 est-il devenu l'alliage de chambre par défaut ?

6061 est un durcisseur de précipitationsalliage aluminium-magnésium-siliciumSa résistance provient des précipités de Mg₂Si formés lors du traitement T6 (mise en solution suivie d'un vieillissement artificiel), et non d'un écrouissage. Cette distinction est importante d'un point de vue commercial : la résistance est déterminée par le traitement thermique en usine ; on achète donc une résistance intrinsèque plutôt que de l'obtenir par usinage.

Trois propriétés pratiques maintiennent le 6061 en tête de la fiche technique :

• Usinabilité. La pièce s'use facilement à des vitesses d'enlèvement de matière élevées, ce qui est indispensable pour un corps de chambre. L'ébauche d'une plaque de 200 mm jusqu'à une épaisseur de paroi de 60 mm est une opération d'ébauche, et non de finition.
• Disponible en tôle épaisse. Les corps de chambre sont souvent usinés à partir d'un seul bloc monolithique, et l'acier 6061 est disponible en grandes épaisseurs – un corps de 1,5 tonne ne nécessite ni moulage ni assemblage soudé.
• Soudabilité. Contrairement aux aciers 2024 ou 7075, l'acier 6061 se soude sans se fissurer, ce qui est important pour les brides, les bossages et les inserts de canaux de refroidissement.

Composition chimique 6061-T6

Notez la teneur en cuivre. Il s'agit d'un ajout d'alliage délibéré, etc'est également le plus courantraison pour laquelle un client de semi-conducteurs rejette le 6061 en raison d'une surface exposée au processus : voir ci-dessous.

Propriétés mécaniques et physiques du 6061-T6

Pour la conception de la chambre, la conductivité thermique d'environ 152 W/(m·K) est le nombre qui détermine la plupart des décisions : suffisamment élevée pour rendre le 6061 viable pour les corps refroidis activement et les plaques de support de piédestal, suffisamment basse pour que les gradients thermiques à travers un grand corps doivent encore être modélisés.

Les quatre propriétés qui déterminent réellement la construction d'une chambre de commerce

1. Stabilité dimensionnelle après usinage

Les contraintes résiduelles dans les tôles laminées se relâchent lors de l'enlèvement de matière ; par conséquent, une pièce ébauchée en une seule passe puis finie peut se déformer. La solution standard consiste à utiliser l'acier inoxydable T651 : traitement thermique de mise en solution, détente par étirage, puis vieillissement artificiel. L'acier T651 possède des propriétés mécaniques similaires à celles de l'acier T6, mais une prévisibilité dimensionnelle bien meilleure après un enlèvement de matière important.

Pour tout corps où l'épaisseur de paroi finie est inférieure à environ la moitié de l'épaisseur de la plaque de départ, spécifiez T651 et prévoyez une passe de détente des contraintes ou de semi-finition entre l'ébauche et la finition.

2. Compatibilité avec le vide et traitement de surface

L'aluminium est un matériau convenable pour le vide ; l'aluminium nu présente un dégazage intrinsèque relativement faible, et l'alliage 6061 est utilisé depuis longtemps dans la construction de chambres à ultra-vide. L'anodisation, en revanche, est contre-productive. La couche d'oxyde anodique poreuse emprisonne la vapeur d'eau et augmente considérablement sa libération dans la chambre.

Surfaces côté vide : aluminium nu, nettoyé chimiquement et passivé. Ne pas anodiser les surfaces en contact avec le volume de traitement.

Surfaces côté atmosphère et hors vide : l’anodisation convient parfaitement et est utile pour la protection contre l’usure et la manipulation.

Si un revêtement est obligatoire sur une surface côté vide : considérez-le comme une décision relative au conditionnement de la chambre et prévoyez le temps de pompage supplémentaire.

3. Teneur en cuivre sur les surfaces exposées au procédé

L'alliage 6061 contient de 0,15 à 0,40 % de cuivre, et ce dernier est un contaminant contrôlé dans la plupart des environnements de fabrication de semi-conducteurs. Lorsqu'une surface est exposée au volume de traitement et que la contamination par les ions métalliques est un paramètre contrôlé, on privilégie généralement un alliage 5000 à faible teneur en cuivre (voir les guides relatifs aux alliages 5083 et 5052 ci-dessous). Si la surface est exposée à l'atmosphère ou n'est pas située sur le trajet du procédé,La teneur en cuivre de l'alliage 6061 est normalementCe n'est pas un problème. Il s'agit d'une question d'exposition superficielle, à laquelle il faut répondre pièce par pièce plutôt qu'alliage par alliage.

4. Le soudage et la résistance que vous obtenez réellement

L'alliage 6061 se soude bien par TIG ou MIG avec un métal d'apport 4043 ou 5356. La zone affectée thermiquement perd alors la majeure partie de son durcissement structural et se comporte approximativement comme un matériau T4, avec une perte de résistance d'environ 40 %. À moins que l'assemblage ne subisse un nouveau traitement de mise en solution et un vieillissement (rarement envisageable sur un corps de chambre de grande taille), la surépaisseur de conception recommandée par le Manuel de conception de l'aluminium est de 165 MPa (24 ksi) à proximité de la soudure, et non de 240 MPa.

L'acier 6061 à haute résistance est donc destiné aux pièces usinées d'un assemblage, et les éléments soudés doivent être dimensionnés pour une résistance de 165 MPa. Lorsqu'un joint soudé doit supporter la charge principale, il convient d'envisager son remplacement par un assemblage boulonné, étanche par joint torique ou soudé par faisceau d'électrons.

Où le 6061-T6 est utilisé dans les équipements semi-conducteurs

corps de chambre à vide, couvercles et embouts

Plaques de base, plaques de montage et plaques d'outillage nécessitant planéité et rigidité

Composants structurels du sas de chargement et de la chambre de transfert

Collecteurs de distribution de gaz, blocs de vannes et corps de montage MFC

Cadres de chambres, supports et travaux de structure sous-fabriqués

Plaques de support et matériel d'électrode non exposé au procédé

Composants de chambres à ultra-vide, où le matériau nu (non anodisé) est spécifié

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Veuillez nous envoyer le dessin ou le modèle 3D, l'alliage, son état de trempe et l'épaisseur de tôle souhaitée. MIANDI METAL GROUP fournit en stock les alliages 6061-T6 et T651 et propose un devis incluant l'ébauche (première opération) en une seule ligne.