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高品質(zhì)6061-T6大口徑鋁管結(jié)構(gòu)件為目前國際主流半導(dǎo)體設(shè)備用關(guān)鍵材料之一。隨著我國半導(dǎo)體裝備業(yè)水平的迅猛發(fā)展,對高品質(zhì)6061鋁合金的需求增長迅速,而國產(chǎn)6061鋁合金因其陽極氧化膜均勻性和致密性差,難以滿足使用要求,該合金的進(jìn)口又需要很長的周期,嚴(yán)重制約了我國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。因此,實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)6061鋁合金的國產(chǎn)化要求迫切。本文通過OM,SEM,EDS,TEM等手段研究了元素配比、熔鑄工藝對6061鋁合金鑄錠組織的影響,優(yōu)化了合金成分和熔鑄工藝,并深入研究了均勻化工藝以及Mn含量在均勻化過程中對第二相的影響規(guī)律。

為實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)備用高品質(zhì)6061-T6大口徑鋁管結(jié)構(gòu)件的國產(chǎn)化提供理論指導(dǎo)。本文研究的主要結(jié)果如下： 成分優(yōu)化實(shí)驗表明,Mg/Si比、Mn/Fe比對鑄錠組織影響顯著：①M(fèi)g/Si比應(yīng)控制在1.73-1.88之間,可獲得較好質(zhì)量的陽極氧化膜。Mg/Si比為1.33(Si過剩)時,過剩Si使6061鋁合金鑄態(tài)組織中出現(xiàn)單質(zhì)Si,均勻化后晶界處仍存在偏聚Si相,導(dǎo)致基體組織不均勻,影響陽極氧化膜質(zhì)量。Mg/Si比大于1.73(Mg過剩)時,過剩Mg使鑄態(tài)組織晶界處Mg2Si富集量增加,均勻化后晶界處Mg2Si相回溶,對陽極氧化膜影響不大,且Mg能改善陽極氧化膜的質(zhì)量,因此Mg/Si比為1.88的陽極氧化膜質(zhì)量較佳。②Mn/Fe比應(yīng)控制在1左右,能得到較好的鑄錠組織。Mn能影響富Fe相的形態(tài),能有效促進(jìn)a-A1FeMnSi的生成；Mn/Fe比為1時,Mn能很好的改善富Fe相的形態(tài);Mn/Fe比小于0.5時,不能很好的改善富Fe相的形態(tài)。 冷卻速度的增加能改善結(jié)晶相的尺寸和形態(tài)及細(xì)化晶粒。鐵模鑄造時,晶界處結(jié)晶相主要為粗大的富Fe相以及少量的Mg2Si相；水冷銅模鑄造時,晶粒細(xì)小均勻,晶界處結(jié)晶相主要以Mg2Si相以及少量的骨骼狀富Fe相。電磁攪拌能減少6061鋁合金的冶金缺陷及宏觀偏析,細(xì)化晶粒并改善Mg2Si及富Fe相形態(tài)和尺寸。

6061-T6大口徑鋁管 均勻化實(shí)驗過程中,Mn含量會影響均勻化進(jìn)程,Mn含量為0.036%的6061鋁合金較佳均勻化工藝為570℃/24h,Mn含量為0.14%的6061鋁合金較佳均勻化工藝為570℃/12h。Mn含量的增加對Mg2Si的回溶無明顯影響,但能夠促進(jìn)粗大富Fe相的球化。TEM組織觀察表明,均勻化過程中富鐵相會發(fā)生轉(zhuǎn)化和析出兩種相變。其中轉(zhuǎn)化相變分為兩種：①p-A14.5FeSi相→α-Al8Fe2Si相②p-A14.5FeSi相→α-AlMnFeSi相。過程②的相變程度受Mn含量的控約,Mn能促進(jìn)該過程的轉(zhuǎn)變。同時均勻化過程中會析出彌散的顆粒狀富鐵相