專利名稱：形成有氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料、制造方法及接觸流體部件和流體供給、排氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成有氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料及其制造方法、接觸流體部件和流體供給、排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在半導體技術(shù)中，使用氯化氫、溴化氫等腐蝕作用強的氣體、或者使用硅烷、乙硼烷、磷化氫等分解作用高的氣體。腐蝕性強的氣體，容易腐蝕通常使用的不銹鋼(SUS316L)，腐蝕對半導體基板造成金屬污染，不容易制造可靠性高的半導體。
另外，分解作用高的氣體，借助不銹鋼中的催化劑作用高的鎳而容易分解，不容易以所需的濃度供給氣體，難以制造可靠性高的半導體。為了克服這些問題，近年來導入了氧化鉻不動態(tài)膜形成技術(shù)。
但是，為了形成氧化鉻非動態(tài)膜，需要金屬材料的開發(fā)、氧化處理前的表面處理、用于供給溫度和氧化性氣體成分比的氧化氛圍氣體的技術(shù)等。因此，不能在任意金屬材料或部件上，低成本地形成氧化鉻非動態(tài)膜。
另外，現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高耐蝕性，有覆蓋鉻的技術(shù)，但密封性差，并且在鉻內(nèi)部有較大的內(nèi)部應力，所以，產(chǎn)生裂縫，在金屬材料與覆蓋膜的界面產(chǎn)生腐蝕，耐蝕性差。為了克服該裂縫，開發(fā)出了裂縫限制鉻覆蓋技術(shù)，但是由于膜厚過厚，加工時產(chǎn)生變形裂縫，也成為腐蝕的原因。
為了克服該變形裂縫，開發(fā)出了二層鉻覆蓋技術(shù)，但該技術(shù)中，覆蓋工序不同，存在著成本高、生產(chǎn)性差的問題。
另外，還有在金屬覆蓋后進行熱處理的技術(shù)，這些技術(shù)中，在覆蓋后的表面存在著空孔，覆蓋膜容易剝落，并且熱處理后得到的膜是復合氧化膜或者是陶瓷質(zhì)，空孔存在時，下面的金屬材料與腐蝕氣體接觸，在下面的金屬材料與覆蓋膜的界面上產(chǎn)生腐蝕，如果是復合氧化膜時，得不到所需的耐蝕性，如果是陶瓷質(zhì)時，加工性差。
本發(fā)明的目的是提供一種能在任意金屬材料上低價地、短時間地形成耐蝕性好的氧化鉻膜，生產(chǎn)性好的、形成氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料及其制造方法。
另外，本發(fā)明的目的是提供一種形成不含其它金屬氧化膜的耐蝕性好的氧化鉻膜、能安全地供給腐蝕性強流體的接觸流體部件以及流體供給系統(tǒng)。
發(fā)明的公開本發(fā)明的形成有氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料，其特征在于，在表面粗度(Ra)為1.5μm以下的金屬材料上，具有將鉻氧化了的氧化鉻構(gòu)成的非動態(tài)膜。
本發(fā)明的形成氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料的制造方法，其特征在于，在覆蓋面的表面粗度(Ra)為1.5μm以下的金屬材料上，覆蓋鉻后，在氧化氣體環(huán)境中，實施熱處理，形成氧化鉻構(gòu)成的非動態(tài)膜。
本發(fā)明的接觸流體部件和流體供給、排氣系統(tǒng)，其特征在于，在表面粗度(Ra)為1.5μm以下的金屬材料上，形成氧化鉻非動態(tài)膜，該氧化鉻非動態(tài)膜具有將鉻氧化了的氧化鉻構(gòu)成的非動態(tài)膜，由此構(gòu)成接觸流體部件和充體供給、排氣系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明的氧化鉻非動態(tài)處理中用的氣體供給系統(tǒng)的模式圖。
圖2是用光電子分光法評價氧化處理后的氧化鉻非動態(tài)膜的結(jié)果。
圖3是用SEM觀察對本發(fā)明的氧化鉻非動態(tài)膜的耐蝕性與表面粗度(Ra)關(guān)系的結(jié)果。
圖4是用氯氣對采用本發(fā)明氧化鉻非動態(tài)膜形成方法的試樣和不進行氧化處理的試樣進行腐蝕試驗后，以及腐蝕試驗后用超純水清洗后進行SEM觀察的結(jié)果。
本發(fā)明中，通過在表面粗度(Ra)為1.5μm以下的金屬材料上，覆蓋鉻，提高金屬材料與覆蓋界面的接觸性，通過進行熱處理，加強界面的結(jié)合力，解決已往的密封性差的問題，通過進行氧化處理，可形成耐蝕性好的氧化鉻非動態(tài)膜。
本發(fā)明中，對覆蓋了鉻的金屬材料的表面，在氧化性氣體環(huán)境中進行熱處理，可形成將孔密封的、耐蝕性好的氧化鉻構(gòu)成的非動態(tài)膜。根據(jù)本發(fā)明，可解決已往因空孔引起的界面腐蝕問題，并且，通過進行氧化處理，可形成耐蝕性好的氧化鉻非動態(tài)膜。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中的氧化鉻非動態(tài)處理相比，金屬材料和部件形狀不受限定，也不必準確地控制氧化環(huán)境，可低價對任意金屬材料、部件進行氧化鉻非動態(tài)處理。不必限定金屬材料和部件形狀，不必準確地控制氧化環(huán)境，可提高生產(chǎn)性。
已往的氧化鉻非動態(tài)處理技術(shù)中，氧化性氣體的濃度比較低，約為數(shù)10ppm～數(shù)100ppm，而且，為了把濃度范圍控制在窄的濃度范圍內(nèi)，在氧化性氣體供給系統(tǒng)中，必須采用特殊部件，采用特殊的稀釋技術(shù)，處理溫度也必須監(jiān)視控制濃度，所以生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)性差。而本發(fā)明中，氧化鉻非動態(tài)膜形成的形成條件范圍廣，可低價地、生產(chǎn)性良好地形成氧化鉻非動態(tài)膜。
根據(jù)本發(fā)明，可低價地、短時間內(nèi)在任意金屬材料、部件上形成耐蝕性好的氧化鉻非動態(tài)膜，可實現(xiàn)穩(wěn)定地供給強腐蝕性流體的流體供給系統(tǒng)。
本實驗中采用的鉻覆蓋膜，是用電鍍方法進行成膜的，但也可以采用離子噴鍍法、HIP法、噴濺法等覆蓋技術(shù)進行成膜。也可以先用噴濺法形成，再用電鍍法形成這樣二個階段的成形方法。
另外，用濕式電鍍法形成鉻覆蓋膜時，在形成后，最好放在高純度非活性氣體環(huán)境中(水分濃度10ppb以下)，在10℃～200℃的低溫中，先進行烘烤后再進行熱處理。
另外，在熱處理后，最好進行漸冷。
另外，氧化金屬材料是采用奧氏體不銹鋼(SUS316L)。(實施例1)圖1是本發(fā)明中進行氧化鉻非動態(tài)膜處理的氣體供給系統(tǒng)的模式圖。氣體供給系統(tǒng)中，導入作為稀釋用非活性氣體的氬氣、作為氧化性氣體的氧氣。用該氣體供給系統(tǒng)，進行氧化鉻非動態(tài)膜的形成。
本實施例中，用氯氣的腐蝕性試驗，觀察氧化金屬材料的表面粗度(Ra)的影響。氧化條件是500℃、30分鐘、50％氧氣(用氬氣稀釋)。
圖2表示氧化處理后，用島津制作所制ESCA1000光電子分光法，測定氧化鉻非動態(tài)膜的結(jié)果。
結(jié)果可確認從最表面到約30nm，可基本形成100％氧化鉻非動態(tài)膜。
腐蝕試驗的條件是，在5kg/cm2、100℃下，用100％的氯氣進行24小時密封的加速試驗。腐蝕試驗后，用日本電子株式會社制JSM-6401F進行表面觀察。
圖3表示腐蝕試驗后的結(jié)果。從該結(jié)果可知，表面粗度(Ra)在1.5μm以下時，沒有腐蝕生成物，表面粗度在2μm以上時，有分散的腐蝕生成物。這表明表面粗度(Ra)越大，金屬材料與鉻覆蓋膜界面的密接性越差，產(chǎn)生間隙腐蝕。
根據(jù)以上結(jié)果可知，如果表面粗度(Ra)在1.5μm以下，則金屬材料與鉻覆蓋膜的密接性好，可形成具有耐蝕性的氧化鉻非動態(tài)膜。
另外，在氧化的金屬材料上，在鉻覆蓋膜形成的前處理時，覆蓋金屬，可提高鉻的密接性，防止裂縫和變形裂縫，可形成耐久性好的氧化鉻非動態(tài)膜。
另外，在氧化氣體中添加氫氣，可形成更加致密、更加牢固的氧化鉻非動態(tài)膜。(實施例2)對用與實施例1同樣的條件進行氧化處理的試樣和不進行氧化處理的試樣，在100％氯氣、100℃、5kg/cm2下，進行24小時密封，進行加速耐蝕試驗。
圖4表示用日本電子株式會社制JSM-6401F，對進行腐蝕試驗后的SEM觀察、以及在腐蝕試驗后進行超純水清洗后的SEM觀察的結(jié)果。
根據(jù)該結(jié)果可知，對于進行了氧化處理的試樣，沒有腐蝕，而對于未進行氧化處理的試樣，有分散的腐蝕生成物。
另外，用超純水清洗腐蝕試驗后的試樣，除去腐蝕生成物后，進行SEM觀察的結(jié)果是，對實施了氧化處理的試樣，未看見變化，而對于未實施氧化處理的腐蝕了的試樣，在腐蝕生成物被除去后的部位，存在約0.1μm直徑的空孔，這可理解為腐蝕造成電鍍后存在的孔。
根據(jù)本實驗，已往技術(shù)中采用的覆蓋膜，存在空孔，該空孔導致腐蝕的加深。而本發(fā)明中，該空孔被封住，在最表面能形成致密的、耐蝕性好的氧化鉻非動態(tài)膜。工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，可在任意金屬材料上形成由耐蝕性好的氧化鉻構(gòu)成的非動態(tài)膜。
根據(jù)本發(fā)明，可解決已往的因裂縫、變形裂縫、空孔等引起的界面腐蝕問題，并且，通過實施氧化處理，可形成耐蝕性好的氧化鉻非動態(tài)膜。
根據(jù)本發(fā)明，金屬材料和部件形狀不受限定，不必準確控制氧化環(huán)境，可低價地對任意金屬材料和部件進行氧化鉻非動態(tài)處理，由于不必限定金屬材料和部件，不必準確地控制氧化環(huán)境，可提高生產(chǎn)性。
根據(jù)本發(fā)明，可實現(xiàn)能穩(wěn)定地供給強腐蝕流體的流體供給系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種形成有氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料，其特征在于，在表面粗度(Ra)為1.5μm以下的金屬材料上，具有由將鉻氧化了的氧化鉻構(gòu)成的非動態(tài)膜。
2.如權(quán)利要求1所述的形成氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料，其特征在于，上述氧化鉻非動態(tài)膜被封孔。
3.一種形成有氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料的制造方法，其特征在于，在覆蓋面的表面粗度(Ra)為1.5μm以下的金屬材料上覆蓋鉻后，在氧化性氣體環(huán)境中，實施熱處理，形成由氧化鉻構(gòu)成的非動態(tài)膜。
4.一種接觸流體部件和流體供給、排氣系統(tǒng)，其特征在于，它是由形成有權(quán)利要求1記載的氧化鉻非動態(tài)膜的金屬材料而構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的目的是在任意金屬材料上,形成不含其它金屬氧化膜的、耐蝕性好的氧化鉻膜。可低價地、在短時間內(nèi)形成不含其它金屬氧化膜的、耐蝕性好的氧化鉻膜,可提供能安全地供給強腐蝕性流體的流體供給系統(tǒng)。在表面粗度(Ra)1.5μm以下的金屬材料上,覆蓋鉻后,在氧化性環(huán)境中進行熱處理,形成由氧化鉻構(gòu)成的非動態(tài)膜。
文檔編號H01L21/02GK1342217SQ00802778
公開日2002年3月27日 申請日期2000年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月13日
發(fā)明者大見忠弘, 白井泰雪, 池田信一, 出田英二, 森本明弘, 大串徹太郎, 小西健久 申請人:大見忠弘, 株式會社富士金