La lega di alluminio 6061-T6 è la lega standard per i corpi delle camere a vuoto per semiconduttori, le piastre di base e i telai strutturali. Combina un'elevata resistenza, ottenibile tramite trattamento termico (290-310 MPa di resistenza alla trazione), un'eccellente lavorabilità e un comportamento dimensionale prevedibile dopo la distensione. Questa guida illustra la sua composizione chimica, le proprietà meccaniche e fisiche, le quattro proprietà che determinano effettivamente la realizzazione di una camera a vuoto e le apparecchiature in cui viene utilizzata, in modo da poter verificare la compatibilità della lega con le proprie specifiche.

Perché la lega 6061-T6 è diventata la lega standard per le camere di scoppio

6061 è un materiale indurente per precipitazionelega alluminio-magnesio-silicioLa sua resistenza deriva dai precipitati di Mg₂Si formati durante il trattamento T6, un trattamento termico di solubilizzazione seguito da invecchiamento artificiale, e non dalla lavorazione a freddo. Questa distinzione è importante dal punto di vista commerciale: la resistenza è determinata dal trattamento termico del laminatoio, quindi si acquista la resistenza anziché ottenerla tramite lavorazione meccanica.

Tre caratteristiche pratiche mantengono la lega 6061 in cima alla lista delle specifiche:

• Lavorabilità. Si taglia agevolmente ad alti tassi di asportazione, come richiesto per il corpo di una camera di combustione. La fresatura di una piastra da 200 mm fino a uno spessore di 60 mm è un'operazione di sgrossatura, non di finitura.
• Disponibilità in lamiere di grosso spessore. I corpi delle camere sono spesso ricavati da un unico blocco monolitico e l'acciaio 6061 è disponibile a magazzino in grandi spessori: un corpo da 1,5 tonnellate non richiede fusione o saldatura.
• Saldabilità. A differenza delle leghe 2024 o 7075, la 6061 si salda senza fessurarsi, aspetto importante per flange, supporti e inserti per canali di raffreddamento.

Composizione chimica dell'acciaio inossidabile 6061-T6

Si noti la gamma del rame. Si tratta di un'aggiunta di lega deliberata eè anche il più comune in assolutoIl motivo per cui un cliente del settore dei semiconduttori rifiuta la lega 6061 per una superficie esposta al processo di fabbricazione è descritto di seguito.

Proprietà meccaniche e fisiche della lega 6061-T6

Per la progettazione della camera, la conduttività termica intorno a 152 W/(m·K) è il valore che influenza la maggior parte delle decisioni: sufficientemente alta da rendere la lega 6061 utilizzabile per corpi raffreddati attivamente e piastre di supporto del piedistallo, ma sufficientemente bassa da richiedere comunque la modellazione dei gradienti termici attraverso un corpo di grandi dimensioni.

Le quattro caratteristiche che effettivamente determinano la costruzione di una Camera di Commercio

1. Stabilità dimensionale dopo la lavorazione

Le tensioni residue nelle lamiere laminate vengono rilasciate con la rimozione del materiale, pertanto un corpo sgrossato in un'unica passata e poi rifinito si deformerà. La soluzione standard per mitigare questo problema è il T651: trattamento termico di solubilizzazione, distensione mediante stiramento e successivo invecchiamento artificiale. Il T651 ha essenzialmente le stesse proprietà meccaniche del T6, ma una prevedibilità dimensionale di gran lunga migliore dopo un'elevata asportazione di materiale.

Per qualsiasi corpo in cui lo spessore della parete finita sia inferiore a circa la metà dello spessore iniziale della lamiera, specificare T651 e pianificare una passata di distensione o semifinitura tra la sgrossatura e la finitura.

2. Compatibilità con il vuoto e trattamento superficiale

L'alluminio di per sé è un materiale adatto al vuoto, l'alluminio puro ha un degassamento intrinseco relativamente basso e la lega 6061 è da tempo utilizzata nella costruzione di camere a vuoto ultraelevato. L'anodizzazione, tuttavia, gioca a suo sfavore. Lo strato poroso di ossido anodico intrappola il vapore acqueo e ne aumenta notevolmente il rilascio nella camera.

Superfici lato vuoto: alluminio nudo, pulito chimicamente e passivato. Non anodizzare le superfici rivolte verso il volume di processo.

Superfici lato atmosfera e non sottovuoto: l'anodizzazione va bene ed è utile per la protezione dall'usura e dalla manipolazione.

Se è obbligatorio applicare un rivestimento sulla superficie lato vuoto: consideralo come una decisione relativa al condizionamento della camera e tieni conto del tempo aggiuntivo necessario per lo svuotamento della camera.

3. Contenuto di rame sulle superfici esposte al processo

La lega 6061 contiene dallo 0,15 allo 0,40% di rame, e il rame è un contaminante controllato nella maggior parte degli ambienti di processo dei semiconduttori. Quando una superficie è rivolta verso il volume di processo e la contaminazione da ioni metallici è un parametro controllato, la scelta usuale si sposta verso una lega 5000 a basso contenuto di rame – vedere le guide 5083 e 5052 collegate di seguito. Quando la superficie è sul lato atmosfera o non è nel percorso di processo,Il contenuto di rame del 6061 è normalmenteNon è un problema. Si tratta di una questione di esposizione superficiale, a cui si risponde componente per componente, non lega per lega.

4. La saldatura e la forza che si ottiene effettivamente

La lega 6061 si salda bene con processo TIG o MIG utilizzando materiale d'apporto 4043 o 5356. La zona termicamente alterata perde quindi gran parte dell'indurimento per precipitazione e si comporta in modo simile al materiale T4, con una perdita di resistenza di circa il 40%. A meno che l'assemblaggio non venga sottoposto a un trattamento di solubilizzazione e invecchiamento (operazione raramente praticabile su un corpo camera di grandi dimensioni), il sovrametallo di progetto per la saldatura raccomandato dal Manuale di Progettazione dell'Aluminium è di 165 MPa (24 ksi) in prossimità della saldatura, non di 240 MPa.

L'acciaio inossidabile 6061 a piena resistenza deve quindi essere utilizzato per le parti lavorate di un assemblaggio, e le saldature devono essere dimensionate per una resistenza di 165 MPa. Qualora una giunzione saldata debba sopportare il carico principale, è opportuno valutare se possa essere sostituita da una configurazione imbullonata, con guarnizione O-ring o mediante saldatura a fascio di elettroni.

Dove viene utilizzato l'acciaio inossidabile 6061-T6 nelle apparecchiature per semiconduttori

Corpi, coperchi e tappi terminali delle camere a vuoto.

Piastre di base, piastre di montaggio e piastre per utensili che richiedono planarità e rigidità

Componenti strutturali della camera di carico e della camera di trasferimento

Collettori di distribuzione del gas, blocchi valvole e corpi di montaggio MFC

Telai delle camere, staffe e opere strutturali di sottofabbricazione

Piastre di supporto e componenti degli elettrodi non esposti al processo

Componenti per camere a vuoto ultraelevato, dove è specificato materiale nudo (non anodizzato).

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Inviate il disegno o il modello 3D, la lega, il trattamento termico e lo spessore della lamiera che state considerando. MIANDI METAL GROUP fornisce a magazzino leghe 6061-T6 e T651 e offre preventivi con la prima lavorazione di sgrossatura come voce separata.