Gegenstand der Erfindung sind konversionsschichtfreie Bauteile von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen und deren Legierungen.

DE 101 63 864 AI betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Gegenständen aus Ventilmetallen oder deren Legierungen mit einer dünnen Sperrschicht aus dem Metall und darauf befindlicher Oxidkeramikschicht, deren Oberfläche mit Fluorpolymeren beschichtet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Fluorpolymere in Form einer Lösung durch Vakuumimprägnierung in das Kapillarsystem der Oxidkeramikschicht einbringt und nach Entfernen der nicht benetzenden Lösungsanteile trocknet. Demnach umfasst die Gruppe der Ventilmetalle Aluminium, Magnesium, Titan, Niob oder Zirkonium sowie deren Legierungen. Darüber hinaus werden in dieser Druckschrift aber auch weitere Bauteile von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen definiert, wie beispielsweise Rotoren und Statoren von Turbomolekularpumpen.

Unter Aluminium und dessen Legierungen werden hier und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, Reinstaluminium und Legierungen AlMn; AlMnCu; AlMgi; AIMgi, ₅ ; E-AIMgSi; AIMgSio _i5 ; AIZnMgCu ₀ ,5 ; AIZnMgCui, ₅ ; G-AISii, ₂ ; G-AIS15MG; G-AISi ₈ Cu ₃ ; G-AICu ₄ Ti ; G-AICu ₄ TiMg verstanden. Für die Zwecke der Erfindung eignen sich ferner außer Reinmagnesium insbesondere die Magnesiumgusslegierungen der ASTM-Bezeichnungen AS41, AM60, AZ61, AZ63, AZ81 ; AZ91, HK31, QE22, ZE41, ZH62, ZK51, ZK61, EZ33, HZ32 sowie die Knetlegierungen AZ31, AZ61, AZ80, M l ZK60, ZK40. Desweiteren lassen sich Reintitanium oder auch Titanlegierungen wie TiAI ₆ V4, TiAI5Fe ₂ ,5 und andere einsetzen.

In der DE 101 63 864 AI wird die Oxidkeramikschicht im Wesentlichen durch eine Konversionsschicht der Oberfläche des Bauteils gebildet, so dass hier praktisch ein Teil des Substratmaterials abgetragen und in die Oxidationssperrschicht umgewandelt wird.

Darüber hinaus sind bekanntermaßen auch konventionelle Anodisationsschichten (Eloxalschichten), plasmachemische

Anodisationsverfahren (KEPLA-Coat ^® , KERONITE® und andere Verfahren) bekannt. Auch ist es bekannt, die oben genannten Ventilmetalle zu vernickeln.

Allen vorgenannten Beschichtungsverfahren liegt zugrunde, dass sie konturgetreue Schichtbildungen ermöglichen. Diese Schichtsysteme haben jedoch alle ihre spezifischen Nachteile in der vakuumtechnischen Anwendung. So enthalten die Anodisationsverfahren mehr oder weniger ausgeprägte Porenstrukturen, die den Korrosionsschutz einschränken. Auch die Chemisch-Nickelschichten weisen diesbezüglich sogenannte "Pinholes" auf, die zumindest größere Schichtdicken erfordern, um die Zahl und Größe der "Pinholes" zu minimieren. Auch ist das tribologische Verhalten von Chemisch-Nickelschichten insbesondere unter Vakuum ungenügend, da derartige Schichten bei Crashs zu Kaltverschweißungen tendieren. Alternative Beschichtungen für Bauteile von Vakuumpumpen werden beispielsweise auch in der DE 10 2005 040 648 AI beschrieben. Hier werden Gegenstände aus Ventilmetallen, insbesondere Bauteile von Vakuumpumpen mit einer aus dem Metall gebildeten oxidkeramischen Schicht, die eine dünne Sperrschicht als Grenzschicht zum Metall aufweist, mit einer weiteren polymeren Beschichtung versehen, die auf der Basis von Parylenen gebildet wird. Insoweit wird auf die DE 10 2005 040 648 AI in Bezug auf die Zusammensetzung dieser Oberflächenbeschichtung und das Aufbringungsverfahren vollumfänglich Bezug genommen.

WO 03/029529 AI, WO 2006/047501 A2 und WO 2006/047526 A2 beschreiben die Herstellung eines Gegenstandes mit einer korrosions-, wärme- und abriebbeständigen keramischen Beschichtung aus Titan- und/oder Zirkoniumdioxid, die durch Gleich- oder Wechselstromanodisierung auf dem Gegenstand aus Aluminium und/oder Titan aufgebracht wird. Die in diesem Stand der Technik zugrunde liegenden Gegenstände werden nicht näher definiert. Auch sind keine Angaben über die Chemikalienbeständigkeit, insbesondere die Beständigkeit gegenüber Citronensäure oder Salz- und/oder Flußsäuredämpfen vorhanden.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, konversionsschichtfreie Bauteile von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen und deren Legierungen zur Verfügung zu stellen, die neben Korrosions-, Hitze- und Abriebbeständigkeit eine galvanisch erzeugte konversionsschichtfreie Beschichtung aufweisen, die darüber hinaus auch chemikalienbeständig, insbesondere beständig ist gegen Citronensäure oder Salzsäuredämpfe. Dies ist besonders wichtig bei der Herstellung von Bauteilen von Vakuumpumpen, die insbesondere im Vakuumbereich mit aggressiven Gasen wie beispielsweise HCl- und/oder HF-Dampf/Gas in Kontakt treten.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht in einer ersten Ausführungsform aus konversionsschichtfreien Bauteile von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen und deren Legierungen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass deren Oberfläche eine galvanisch erzeugte Beschichtung wenigstens eines Oxids und/oder eines Oxifluorids eines Elements der Gruppe bestehend aus Bor, Germanium, Aluminium, Magnesium, Titan, Niob, Hafnium und/oder Zirkonium und deren Gemischen mit einer Schichtdicke im Bereich von 5 bis 50 μιτι, aufweist.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe nutzt einerseits die konturengetreue Abdeckung von Oberflächen, wie sie bei bekannten Konversionsschichten wie KEPLA-Coat® oder Anodisationsschichten möglich ist. Wesentlich im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedoch, dass hier kein Substratwerkstoff durch Umwandlung verloren geht, das heißt, keine Konversionsschicht erzeugt wird. Hierdurch kann im Bedarfsfall ohne Substratverluste die Beschichtung beliebig oft wiederholt werden, was besonders im Servicefall von großer Bedeutung ist.

Verfahrenstechnische Details können den oben genannten Veröffentlichungen WO 03/029529 AI, WO 2006/047501 A2 und WO 2006/047526 A2 im Einzelnen entnommen werden. Insoweit wird auch hier vollinhaltlich auf diese Schriften Bezug genommen.

Aufgrund der hohen Abscheideraten reduzieren sich die Expositionszeiten auf etwa ein Drittel gegenüber den üblichen Anodisationsverfahren und sogar auf ein Sechstel (Viertel) gegenüber dem oben genannten KEPLA-Coat®-Verfahren. Dadurch wird ein bedeutsamer wirtschaftlicher Vorteil bereitgestellt. Darüber hinaus konnte gefunden werden, dass bei den erfindungsgemäß hergestellten konversionsschichtfreien Bauteilen von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen und deren Legierungen kein Kanteneffekt aufgetreten ist. Insbesondere dieser Umstand ist aus den oben genannten Schriften nicht bekannt und stellt insofern einen überraschenden Vorteil der vorliegenden Erfindung dar.

Aufgrund der gegenüber den Schichten, die durch Anodisationsverfahren oder mittels dem KEPLA-Coat ^® -Verfahren hergestellt werden, ist im Ergebnis ein höherer Widerstand gegen abrasiven Verschleiß vorgegeben. Die abgeschiedenen Schichten können dabei eine Härte von etwa 700 HV aufweisen.

Erfindungsgemäß konnten erhebliche Vorteile im Korrosionsschutz gegenüber den bekannten Schichtsystemen erarbeitet werden. Dies betrifft insbesondere den Schutz gegen Citronensäure und Salzsäure. Bekanntermaßen sind Anodisationsschichten empfindlich gegen die Einwirkung von Citronensäure während die KEPLA-Coat®- Beschichtungen keine ausreichende Stabilität gegenüber Salzsäure aufweisen. Es konnte gefunden werden, dass die Grundstandzeit des Elektrolyten durch analytische Überwachung und gegebenenfalls Nachdosierung über erheblich längere Perioden eingestellt werden kann, als dies mit den bisher bekannten Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen und deren Legierungen erforderlich ist. Im Gegensatz hierzu muss der Elektrolyt von KEPLA-Coat® aufgrund von Verunreinigungen, die aus dem Grundwerkstoff stammen, nutzungsabhängig verworfen werden. Dies trifft in ähnlicher Weise auch für Elektrolyten von Anodisationsschichten zu.

Erfindungsgemäße Bauteile von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen und deren Legierungen umfassen insbesondere Rotoren, Statoren, Statorscheibenhälften, Gewindestufen, Gehäuse und Lagerschalen.

Der Begriff der Ventilmetalle steht in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik hier für Metalle der Gruppe Aluminium, Magnesium, Titan, Niob und/oder Zirkonium sowie deren Legierungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten speziellen Legierungen von Aluminium, Magnesium und Titan sind auch im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt.

Für die Oberflächenbeschichtung werden besonders bevorzugt wenigstens ein Oxid und/oder Oxifluoride der Gruppe bestehend aus Aluminium, Titan und/oder Zirkonium ausgewählt. Damit lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile der vorliegenden Erfindung am besten realisieren. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Dicke der Oberflächenbeschichtung 5 bis 50 μιτι beträgt. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke der Oberflächenbeschichtung 15 bis 30 μιτι. Wird die Dicke der Oberflächenbeschichtung zu dünn gewählt, so ist kein ausreichender Schutz gegen Korrosion, Hitze, Abrieb und Chemikalien gewährleistet. Wird hingegen die Dicke der Oberflächenbeschichtung zu groß gewählt, so neigen entsprechende Beschichtungen zum Abplatzen. Darüber hinaus sind entsprechend dicke Schichten unwirtschaftlich.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in dem Verfahren zur Herstellung von galvanisch erzeugten konversionsschichtfreien Bauteilen und von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen und deren Legierungen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man

(a) eine anodisierende Lösung bereitstellt, die neben Wasser wenigstens eine weitere Komponente enthält, die ausgewählt ist aus der Gruppe der wasserdispergierbaren komplexen Fluoride und Oxifluoride von Elementen der Gruppe bestehend aus Bor, Germanium, Aluminium, Magnesium, Titan, Niob, Hafnium und/oder Zirkonium und deren Gemischen,

(b) eine Kathode in Kontakt mit der anodisierenden Lösung bringt,

(c) die Bauteile als Anode in die anodisierende Lösung einbringt und (d) eine elektrische Spannung zwischen Anode und Kathode anlegt um eine Oberflächenbeschichtung auf den Bauteilen aufzubringen.

Grundsätzlich ist dieses Verfahren bereits aus den genannten Schriften WO 03/029539 AI, WO 2006/047501 A2 und WO 2006/047526 A2 bekannt. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich insofern durch die ausgewählten Bauteile von Vakuumpumpen aus Ventilmetallen und deren Legierungen.

Ausführungsbeispiele:

Beispiel 1 :

Ein Probeblech aus AlMgSii mit den Abmessungen von 100 x 50 x 1.5 mm wurde bei 400 Volt für 5 Minuten in einem nach WO 03/029529, WO 2006/047501 A2 und WO 2006/047526 A2 beschriebenen Elektrolyten anodisch innerhalb einer Zeitdauer von 5 Minuten beschichtet. Die ermittelte Schichtdicke betrug etwa 10 pm.

Beispiel 2:

Ein Probenblech wie unter Beispiel 2 beschrieben wurde analog innerhalb von 10 Minuten beschichtet. Die ermittelte Schichtdicke betrug etwa 12 pm. Beispiel 3:

Die nach Beispielen 1 und 2 beschichteten Probebleche wurden einer Salzsäureatmosphäre ausgesetzt die sich über einer Vorlage von 15 Gew.-%iger Salzsäurevorlage ausbildet. Die Oxidkeramikschicht auf den Probeblechen wurde nach 144h und nach 300h Versuchsdauer auf Ablösungen untersucht. Die Oxidkeramikschicht auf den Probeblechen war nach dieser Expositionszeit unversehrt.

Beispiel 4:

Die nach den Beispielen 1 und 2 beschichteten Probebleche wurden Citronensäurelösungen mit Konzentrationen von 2%, 3,5% und 5% ausgesetzt. Die Oxidkeramikschicht auf den Probeblechen wurde nach 90h Versuchsdauer auf Ablösungen untersucht. Die Oxidkeramikschicht auf den Probeblechen war nach dieser Expositionszeit unversehrt.