A liga de alumínio 6061-T6 é a liga padrão para corpos de câmaras de vácuo de semicondutores, placas de base e estruturas de suporte. Ela combina resistência mecânica (290~310 MPa de resistência à tração) com excelente usinabilidade e comportamento dimensional previsível após alívio de tensões. Este guia descreve sua composição química, propriedades mecânicas e físicas, as quatro propriedades que realmente definem a construção de uma câmara e os equipamentos nos quais a liga é utilizada, para que você possa compará-la com suas especificações.

Por que a liga 6061-T6 se tornou a liga padrão para câmaras de combustão?

6061 é um material endurecido por precipitação.liga de alumínio-magnésio-silícioSua resistência provém dos precipitados de Mg₂Si formados durante o tratamento T6, um tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento artificial, e não de trabalho a frio. Essa distinção é importante comercialmente: a resistência é definida pelo tratamento térmico da usina, portanto, você compra a resistência em vez de usiná-la.

Três propriedades práticas mantêm o alumínio 6061 no topo da lista de especificações:

• Usinabilidade. Corta facilmente com altas taxas de remoção de material, o que é essencial para o corpo de uma câmara de usinagem. Desbastar uma chapa de 200 mm até uma espessura de parede de 60 mm é uma operação de desbaste, não de acabamento.
• Disponibilidade em chapa grossa. Os corpos das câmaras são frequentemente usinados a partir de um único bloco monolítico, e o alumínio 6061 é estocado em grandes espessuras – um corpo de 1,5 tonelada não requer fundição nem soldagem.
• Soldabilidade. Ao contrário do 2024 ou do 7075, o 6061 solda sem fissurar, o que é importante para flanges, ressaltos e insertos de canais de refrigeração.

Composição química do 6061-T6

Observe a faixa de cobre. Trata-se de uma adição deliberada à liga, eÉ também o mais comum.O motivo pelo qual um cliente da indústria de semicondutores rejeita o aço 6061 devido à sua superfície exposta durante o processo de fabricação é explicado abaixo.

Propriedades mecânicas e físicas do alumínio 6061-T6

Para o projeto de câmaras, a condutividade térmica em torno de 152 W/(m·K) é o valor que influencia a maioria das decisões: suficientemente alta para tornar o alumínio 6061 viável para corpos com resfriamento ativo e placas de suporte de pedestal, e suficientemente baixa para que os gradientes térmicos em um corpo de grandes dimensões ainda precisem ser modelados.

As quatro propriedades que realmente definem a construção de uma câmara de combustão.

1. Estabilidade dimensional após usinagem

A tensão residual em chapas laminadas é liberada à medida que o material é removido, portanto, uma peça usinada em desbaste em uma única passada e posteriormente acabada sofrerá deformação. A solução padrão para essa deformação é o tratamento térmico T651: solubilização, alívio de tensões por estiramento e posterior envelhecimento artificial. O T651 possui essencialmente as mesmas propriedades mecânicas do T6, porém com previsibilidade dimensional muito superior após a remoção de grande quantidade de material.

Para qualquer corpo onde a espessura da parede final seja inferior a cerca de metade da espessura da chapa inicial, especifique T651 e planeje uma passada de alívio de tensões ou semiacabamento entre o desbaste e o acabamento.

2. Compatibilidade com vácuo e tratamento de superfície

O alumínio em si é um material adequado para vácuo; o alumínio puro tem uma taxa de desgaseificação intrínseca relativamente baixa, e a liga 6061 é usada há muito tempo na construção de câmaras de ultra-alto vácuo. A anodização, no entanto, é um fator negativo. A camada porosa de óxido anódico retém o vapor de água e aumenta substancialmente sua liberação na câmara.

Superfícies voltadas para o vácuo: alumínio nu, limpo quimicamente e passivado. Não anodize superfícies que estejam voltadas para o volume do processo.

Superfícies expostas à atmosfera e sem vácuo: a anodização é adequada e útil para proteção contra desgaste e manuseio.

Se for necessário aplicar um revestimento em uma superfície do lado do vácuo: trate isso como uma decisão de condicionamento da câmara e leve em consideração o tempo adicional de bombeamento.

3. Teor de cobre em superfícies expostas ao processo

A liga 6061 contém de 0,15% a 0,40% de cobre, e o cobre é um contaminante controlado na maioria dos ambientes de processos semicondutores. Quando uma superfície está voltada para o volume do processo e a contaminação por íons metálicos é um parâmetro controlado, a escolha usual recai sobre uma liga 5000 com baixo teor de cobre – consulte os guias das ligas 5083 e 5052, cujos links estão abaixo. Quando a superfície está voltada para a atmosfera ou não faz parte do caminho do processo,O teor de cobre do aço 6061 é normalmenteNão é um problema. Esta é uma questão de exposição da superfície, respondida parte por parte, e não liga por liga.

4. Soldagem e a resistência que você realmente obtém.

A liga 6061 solda bem por TIG ou MIG com metal de adição 4043 ou 5356. A zona afetada pelo calor perde então a maior parte do seu endurecimento por precipitação e comporta-se aproximadamente como um material T4, com uma perda de resistência de cerca de 40%. A menos que o conjunto seja submetido a um novo tratamento de dissolução e envelhecimento (raramente viável em um corpo de câmara de grandes dimensões), a sobretensão de projeto recomendada pelo Manual de Projeto de Alumínio é de 165 MPa (24 ksi) adjacente à solda, e não de 240 MPa.

Portanto, o aço 6061 em sua resistência máxima deve ser utilizado nas peças usinadas de uma montagem, e as áreas soldadas devem ser dimensionadas para suportar 165 MPa. Quando uma junta soldada precisar suportar a carga principal, considere se ela pode ser substituída por uma configuração aparafusada, com vedação por anel O ou soldada por feixe de elétrons.

Onde o alumínio 6061-T6 é utilizado em equipamentos semicondutores

Corpos, tampas e coberturas das câmaras de vácuo

Placas de base, placas de montagem e placas de ferramentas que exigem planicidade e rigidez.

Componentes estruturais da câmara de transferência e da câmara de carga

Coletores de distribuição de gás, blocos de válvulas e corpos de montagem MFC

Estruturas de câmaras, suportes e trabalhos estruturais de subfabricação

Placas de suporte e componentes de eletrodos não expostos ao processo

Componentes de câmara de ultra-alto vácuo, onde é especificado material nu (não anodizado).

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