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Como as Peças em Grau de Vácuo São Usinadas, Acabadas e Limpas
Uma tampa de câmara ou um bloco de gás passa por oito etapas depois do corte do material, e a maior parte do risco de prazo está depois da última troca de ferramenta. Este é o caminho, com o que cada etapa exige do seu desenho.
O caminho de uma peça de vácuo
Nem toda peça precisa de todas as etapas. Um suporte do lado atmosférico para na inspeção. Um bloco de gás em contato com o fluido passa pelas oito, e as três últimas decidem se a fab o aceita.
| Etapa | O que acontece | O que o desenho precisa dizer | Onde costuma dar errado |
|---|---|---|---|
| Liberação do material | Chapa ou barra comprada pela classe. O lote de corrida é registrado e acompanha a peça. | Liga, têmpera, tipo de certificado e qualquer lista de materiais restritos. | Um certificado de distribuidor no lugar do certificado de usina, ou uma têmpera diferente. |
| Desbaste e repouso | Remoção em volume e depois um repouso ou um alívio térmico de tensões antes dos cortes de acabamento em chapas grandes. | Indicações de planicidade e um esquema de referências que corresponda ao uso da peça. | Pular a etapa de repouso. A chapa se move e a planicidade se perde após a entrega. |
| Usinagem de acabamento | Faces de vedação, canais de O-ring, furos e roscas cortados na medida final. | Ra por face, norma do canal, especificação da rosca, ventilada ou não. | Um único valor de Ra na legenda do desenho, aplicado a todas as faces. |
| Soldagem | TIG ou feixe de elétrons em inox. Em peças UHV a junta é feita pelo lado do vácuo com penetração total. | Projeto da junta, norma de solda, taxa de vazamento após a soldagem. | Soldas externas que deixam um volume preso atrás da junta. |
| Rebarbação e pré-limpeza | Rebarbas removidas e fluido de corte retirado antes de a peça ir a qualquer linha de acabamento. | Quebra de canto, sem silicone, fluido de corte aprovado se for restrito. | Rebarbas deixadas no cruzamento de passagens de gás furadas em cruz. |
| Acabamento | Anodização, níquel químico, eletropolimento, passivação ou jateamento, em geral em uma linha especializada. | Especificação, classe, espessura, mapa de mascaramento, dimensões antes ou depois do revestimento. | Sem desenho de mascaramento, roscas e faces de vedação acabam revestidas. |
| Inspeção | CMM, rugosidade, planicidade e teste de vazamento onde indicados. | Quais features são reportadas e com que tamanho de amostra. | Um relatório que cobre só as features que a oficina marcou como críticas. |
| Limpeza de precisão e embalagem | Lavagem ultrassônica, enxágue com água DI, secagem e depois ensacamento em área limpa. | Especificação de limpeza, material do saco, purga, posição da etiqueta. | Embalagem genérica em uma peça que estava limpa ao sair da linha. |
Qual processo gera qual feature
Capacidade típica, lida como uma faixa em que as oficinas costumam trabalhar e não como promessa para a sua peça. A oficina que cota confirma o que mantém na sua geometria e no seu material.
| Feature | Processo usual | Capacidade típica | Nota para o desenho |
|---|---|---|---|
| Grande face de vedação em um corpo de câmara | Fresamento de face com fresa grande, passe leve de acabamento, peça liberada entre os passes | Planicidade 0.02 a 0.05 mm em 500 mm, Ra 0.4 a 0.8 um | Diga se a planicidade é medida livre ou presa. |
| Canal de O-ring, retangular ou rabo de andorinha | Fresamento de contorno, fresa de perfil rabo de andorinha | Tamanho do canal conforme a tabela do fabricante da vedação, Ra 0.4 a 0.8 um no contato da vedação | Marcas radiais de ferramenta cruzando o caminho da vedação causam vazamentos. Peça direção de marcas circunferencial. |
| Knife edge CF | Torneamento, protegido logo após o corte | Geometria da aresta conforme as dimensões de flange da ISO 3669 | Dano na aresta durante o manuseio é uma causa comum de rejeição. As tampas entram na máquina. |
| Furos de gás do showerhead | Furação em ciclos de picagem de pequeno diâmetro, furação por EDM para os menores furos | Contagem de furos na casa das centenas ou milhares, diâmetro consistente e saídas limpas | O desgaste da broca ao longo do lote altera o fluxo. Pergunte como as ferramentas são trocadas. |
| Passagens de gás furadas em cruz | Furação profunda, furos de acesso tampados ou soldados | Grandes relações comprimento/diâmetro, interseções rebarbadas | O eletropolimento depois da usinagem só funciona nas superfícies que o eletrólito alcança. |
| Face de contato com o wafer ou de chuck | Retífica plana, lapidação | Planicidade abaixo de 0.01 mm em peças menores | Meça sobre referência de granito em temperatura controlada. |
Planicidade e Ra valem para a feature que as carrega. Uma peça em que todas as faces são mantidas no valor da face de vedação custa mais em cada peça.
Opções de acabamento e o que fazem com a peça
Cada uma altera as dimensões, a química da superfície ou ambas. Indique a especificação, a classe e a espessura, não só o processo.
- Anodização dura Tipo IIIMIL-A-8625 Tipo III. Espessura típica de 25 a 50 um, cerca de metade cresce para fora e metade entra no metal. Usada em superfícies voltadas ao plasma e de desgaste em 6061 e 5083. O método de selagem é uma indicação à parte: água DI quente, sem selagem ou selagem com sal metálico se comportam de modo diferente em uma câmara, e muitas especificações de câmara de processo excluem a selagem com sal metálico.
- Anodização sulfúrica Tipo IIMIL-A-8625 Tipo II, tipicamente 5 a 25 um. Proteção contra corrosão e cor em hardware do lado atmosférico. Não é uma barreira ao plasma.
- Níquel químicoAMS 2404 ou ASTM B733. Espessura uniforme dentro de furos e bolsões, tipicamente 5 a 25 um. Fósforo médio (5 a 9 por cento) para desgaste, fósforo alto (10 por cento ou mais) para corrosão. Muitas especificações de processo mantêm o níquel longe de superfícies expostas ao plasma e ao gás por causa da contaminação metálica, então ele é mais comum em mecanismos, estruturas e peças do lado atmosférico.
- EletropolimentoRemoção anódica da camada superficial espalhada no inox. Reduz o Ra e aumenta o teor de cromo da superfície. A ASTM B912 cobre a passivação por eletropolimento. O 316L em contato com o gás em sistemas de gás costuma indicar Ra 0.25 um ou melhor, com inspeção de superfície nos moldes da SEMI F19.
- PassivaçãoASTM A967 ou AMS 2700, ácido nítrico ou cítrico. Remove o ferro livre do inox sem alteração dimensional. Muitas vezes indicada junto com o eletropolimento.
- JateamentoUm acabamento fosco uniforme, ou a preparação da superfície sob um revestimento por aspersão térmica. O tipo de meio e a granulometria pertencem ao desenho, e a limpeza posterior também, porque meio solto é fonte de partículas.
- Revestimentos por aspersão térmicaÍtria ou alumina em peças de etch, textura por arco em blindagens de PVD. Feitos por empresas de revestimento. A oficina de usinagem prepara a superfície, mascara e protege as arestas que o revestimento não deve alcançar.
Mais sobre o lado do revestimento: revestimentos resistentes ao plasma em peças de etch e eletropolimento de 316L para peças de gás. Contexto sobre o processo anódico: anodização.
A limpeza de precisão é um processo, não uma cortesia
Uma sequência típica para peças que vão sob vácuo. A sua especificação de limpeza a substitui quando existe, e deve estar no desenho para ser cotada.
Desengraxe
Fluido de corte e óleos de manuseio removidos com um desengraxante solvente ou alcalino.
Lavagem ultrassônica
Banho de detergente alcalino, peça posicionada para que furos cegos drenem e a cavitação alcance as faces internas.
Enxágue com água DI
Enxágue em cascata ou por aspersão em água deionizada. A resistividade do último enxágue é o número que vale perguntar.
Secagem
Nitrogênio filtrado ou ar seco limpo, depois uma estufa onde a água pode se esconder em roscas ou passagens.
Bake, se especificado
Um bake a vácuo ou ao ar para eliminar água e orgânicos leves antes da embalagem. Somente quando o desenho pede.
Saco duplo e etiqueta
Saco interno fechado na área limpa, saco externo para o transporte, etiqueta somente no saco externo.
As regras por trás disso: limpeza e acabamento superficial de peças de vácuo.
Testes que fazem parte do caminho
Peça os que você vai ler. Cada um é um item de linha.
- Teste de vazamento com hélioTeste com espectrômetro de massa usando hélio como gás traçador, por aspersão, campânula ou ensacamento. Componentes UHV costumam ser especificados em torno de 1 x 10-9 mbar L/s ou mais apertado. A ISO 20485 descreve os métodos com gás traçador. Veja teste de vazamento com hélio em peças de câmara.
- Relatório CMMRelatório dimensional completo ou parcial contra a revisão do desenho. Indique as features e o tamanho da amostra. Veja relatórios de CMM e planicidade.
- Rugosidade superficialLeitura com perfilômetro nas faces que têm indicação de Ra, com o comprimento de corte informado quando importa.
- RGA ou desgaseificaçãoAnálise de gás residual após o bake, em geral em hardware UHV ou em um primeiro artigo. Feita pela oficina ou por um laboratório externo.
- Teste de partículas ou de swabContagem de partículas em líquido ou um teste de swab após a limpeza quando o desenho indica um nível de limpeza.
Notas de projeto que reduzem o preço
- Ventile os furos cegos roscados ou indique parafusos ventilados. Um volume preso atrás de um parafuso é um vazamento virtual. Veja parafusos ventilados e fixadores para vácuo.
- Indique o Ra só onde a função precisa. Ra 0.8 um sai direto da fresa, Ra 0.4 um e melhor exige passe de acabamento e tempo de inspeção.
- Projete as soldas para serem feitas pelo lado do vácuo com penetração total e deixe sobremetal para usinagem após a soldagem onde a distorção importa.
- Mantenha as passagens internas ao alcance dos meios de limpeza e eletropolimento. Uma passagem que o eletrólito não alcança mantém a superfície usinada.
Perguntas sobre o caminho do processo
As tolerâncias devem ser indicadas antes ou depois da anodização?
Diga qual das duas você quer dizer. A anodização dura Tipo III faz cada superfície crescer cerca de metade da espessura da camada, então um furo perde quase a espessura total no diâmetro. Para ajustes, a maioria dos desenhos dimensiona depois do revestimento e informa a espessura da camada para que a oficina usine com sobremetal negativo. Roscas e faces de vedação costumam ser mascaradas.
Eletropolimento é o mesmo que passivação?
Não. A passivação conforme a ASTM A967 é um tratamento químico que remove o ferro livre e não altera as dimensões. O eletropolimento remove metal, reduz o Ra e também passiva a superfície, que é o que a ASTM B912 cobre. O 316L em contato com o gás costuma receber eletropolimento, o inox estrutural costuma receber apenas passivação.
Uma única oficina consegue fazer todas essas etapas?
Usinagem, rebarbação, inspeção e limpeza costumam ser internas. Anodização, galvanoplastia, eletropolimento e aspersão térmica costumam ser feitos por linhas especializadas às quais a oficina compra o serviço. Pergunte quais etapas são processos externos e quem as executa. Essa resposta explica a maior parte do prazo.
Que taxa de vazamento devo indicar no desenho?
A que o seu sistema precisa, com as unidades, o método de teste (aspersão, campânula ou ensacamento), o gás traçador e se vale para o componente ou para o conjunto. Sem o método a oficina não consegue cotar o teste, e duas oficinas vão testar de duas maneiras diferentes.
Envie o desenho com o caminho indicado
Indique o acabamento, a limpeza e os testes na RFQ. Encaminhamos a até 3 oficinas cuja cadeia de acabamento atende e respondemos em até 24 horas úteis.
- MateriaisClasses, designações e certificados para peças de vácuo.
- AplicaçõesPeças por módulo de máquina, do etch ao EFEM.
- Qualificar uma oficinaO que perguntar antes do primeiro pedido.