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高品質(zhì)6061-T6大口徑鋁管結(jié)構(gòu)件為目前國(guó)際主流半導(dǎo)體設(shè)備用關(guān)鍵材料之一。隨著我國(guó)半導(dǎo)體裝備業(yè)水平的迅猛發(fā)展,對(duì)高品質(zhì)6061鋁合金的需求增長(zhǎng)迅速,而國(guó)產(chǎn)6061鋁合金因其陽(yáng)極氧化膜均勻性和致密性差,難以滿(mǎn)足使用要求,該合金的進(jìn)口又需要很長(zhǎng)的周期,嚴(yán)重制約了我國(guó)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(guó)產(chǎn)化要求迫切。本文通過(guò)OM,SEM,EDS,TEM等手段研究了元素配比、熔鑄工藝對(duì)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(guò)程中對(duì)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(guó)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(yàn)表明,Mg/Si比、Mn/Fe比對(duì)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(yáng)極氧化膜。Mg/Si比為1.33(Si過(guò)剩)時(shí),過(guò)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(yáng)極氧化膜質(zhì)量。Mg/Si比大于1.73(Mg過(guò)剩)時(shí),過(guò)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(duì)陽(yáng)極氧化膜影響不大,且Mg能改善陽(yáng)極氧化膜的質(zhì)量,因此Mg/Si比為1.88的陽(yáng)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(shí),Mn能很好的改善富Fe相的形態(tài);Mn/Fe比小于0.5時(shí),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(shí),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(shí),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(yàn)過(guò)程中,Mn含量會(huì)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(duì)Mg2Si的回溶無(wú)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(guò)程中富鐵相會(huì)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(guò)程②的相變程度受Mn含量的控約,Mn能促進(jìn)該過(guò)程的轉(zhuǎn)變。同時(shí)均勻化過(guò)程中會(huì)析出彌散的顆粒狀富鐵相