DE10217277B4 - Process for the metallic inner coating of hollow bodies, in particular of jet pipe elements - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur metallischen Innenbeschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Strahlrohrelementen, aus metallischen oder keramischen Werkstoffen mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 600°C, wobei die Innenflächen des Hohlkörpers gereinigt und dann metallisch beschichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die zu beschichtende Hohlkörperoberfläche nach dem Reinigen und vor der Innenbeschichtung durch eine Glühung bei einer Temperatur im Bereich von 600 –1200°C, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Hohlkörperwerkstoffs in einem Vakuum < 10–3 mbar behandelt wird und
nach oder während der Aufbringung der metallischen Beschichtung eine thermische Behandlung bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur der metallischen Beschichtung unter Vakuum oder einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt.Process for the metallic inner coating of hollow bodies, in particular of jet pipe elements, of metallic or ceramic materials with a melting point above 600 ° C, wherein the inner surfaces of the hollow body are cleaned and then coated metallically, characterized in that
the hollow body surface to be coated after cleaning and before the inner coating is treated by annealing at a temperature in the range of 600-1200 ° C, but below the melting point of the hollow body material in a vacuum <10 -3 mbar and
after or during the application of the metallic coating, a thermal treatment is performed at temperatures above the recrystallization temperature and below the melting temperature of the metallic coating under vacuum or a non-oxidizing atmosphere.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur metallischen Innenbeschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Strahlrohrelementen, aus metallischen oder keramischen Werkstoffen mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 600°C, wobei die Innenflächen der Strahlrohrelemente gereinigt und dann metallisch beschichtet werden.The The present invention relates to a method of metallic interior coating of hollow bodies, in particular of jet pipe elements, of metallic or ceramic materials with a melting point above 600 ° C, the inner surfaces of the Beam pipe elements are cleaned and then coated with metal.

Strahlrohre werden in Beschleunigeranlagen der Hochenergiephysik verwendet, in denen hochenergetische Teilchen, z.B. Elektronen, beschleunigt und in Kollisionszonen auf andere Teilchen gelenkt werden, z.B. auf entgegengesetzt umlaufende Positronen. Die zu Paketen gebündelten Elektronen (Bunche) durchlaufen in einem Beschleuniger magnetisch-optische Elemente innerhalb eines metallischen, gut evakuierten Strahlrohrs. Dabei werden sie von an der Innenoberfläche des Strahlrohrs elektromagnetisch induzierten Spiegelströmen begleitet. Die resistiven Verluste der Spiegelströme belasten thermisch die exponierten Elemente des Beschleunigers und beeinflussen über die entstehende elektromagnetische Wechselwirkung auch die Qualität der Elektronenpakete negativ. Daher ist es erforderlich, diese Verluste über die optimale Gestaltung einer möglichst glatten und elektrisch sehr gut leitenden Innenoberfläche des Strahlrohrs zu minimieren. Dies geschieht durch eine Innenbeschichtung, d.h. das Ausbringen einer haftfesten, möglichst glatten und gut leitenden Schicht auf der Innenfläche der Strahlrohrelemente. Bisher wurden die Innenoberflächen der Strahlrohre nach bekannten Verfahren galvanisch verkupfert, wobei auf solche Verfahren, auf denen der Oberbegriff von Patentanspruch 1 basiert, unten noch weiter eingegangen wird. Die so hergestellten Schichten haben jedoch Nachteile, z.B. erreichen sie nicht die elektrische Leitfähigkeit von reinem Kupfer und weisen meistens Haftungsfehler durch Verunreinigungen und Einschlüsse auf.nozzles are used in accelerator systems of high energy physics, in which high energy particles, e.g. Electrons, accelerated and in collision zones to other particles, e.g. on opposite circulating positrons. The bundled into packages Electrons (bunches) go through magnetic-optical accelerators Elements within a metallic, well-evacuated jet pipe. They become electromagnetically from on the inner surface of the jet pipe induced mirror currents accompanied. The resistive losses of the mirror currents burden thermally the exposed elements of the accelerator and influence over the The resulting electromagnetic interaction also affects the quality of the electron packets negative. Therefore, it is necessary to have these losses over the optimal design of a possible smooth and electrically very good conductive interior surface of the Minimize jet pipe. This is done by an inner coating, i.e. the application of an adherent, smooth and well-conducting Layer on the inner surface the jet pipe elements. So far, the inner surfaces of the Jet pipes galvanically copper-plated by known methods, wherein to such methods on which the preamble of claim 1, will be discussed further below. The so produced However, layers have disadvantages, e.g. do not reach the electrical conductivity of pure copper and usually have liability errors due to impurities and inclusions on.

Die Eindringtiefe der Spiegelströme in der Innenoberfläche der Vakuumröhre hängt von der Frequenz und damit von der Länge der Elektronenpakete ab. Bei einer Variation der Paketlänge von 5 cm bis 50 μm liegen die Frequenzen der Spiegelströme und deren Oberwellen oberhalb von 6 MHz bzw. entsprechend 6 THz. Der Variationsbereich der Frequenzen f lässt sich aus der Wellenlänge λ (5 bzw. 5·10–3 cm) und der Lichtgeschwindigkeit c = 3·1010 cm/s über die Beziehung f = c/λ berechnen.The penetration depth of the mirror currents in the inner surface of the vacuum tube depends on the frequency and thus on the length of the electron packets. In a variation of the packet length of 5 cm to 50 microns are the frequencies of the mirror currents and their harmonics above 6 MHz and corresponding to 6 THz. The range of variation of the frequencies f can be calculated from the wavelength λ (5 or 5 × 10 -3 cm) and the speed of light c = 3 × 10 10 cm / s via the relationship f = c / λ.

Die Eindringtiefe δ sowie die Verlustleistung N der Spiegelströme hängt von der Wurzel der Frequenz f der elektromagnetischen Welle und der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit σ des Oberflächenmaterials ab:

Figure 00010001
The penetration depth δ and the power loss N of the mirror currents depend on the root of the frequency f of the electromagnetic wave and the specific electrical conductivity σ of the surface material:
Figure 00010001

Nach Gleichung (1) beträgt die Eindringtiefe in Kupfer (σ = 58 m/Ω·mm2, entspricht 5,8·107 S/m) bei 6 THz nur 0,028 μm bzw. 28 nm. Danach muss die Rauhigkeit der Oberfläche besser als dieser Wert sein. Aus der Gleichungen (1) und (2) ist nunmehr ersichtlich, dass zur Re duktion der Oberflächenverluste neben einer hohen elektrischen Leitfähigkeit eine sehr glatte Innenoberfläche erforderlich ist.According to equation (1), the penetration depth into copper (σ = 58 m / Ω · mm 2 , corresponding to 5.8 · 10 7 S / m) at 6 THz is only 0.028 μm or 28 nm. Thereafter, the roughness of the surface must be better be as this value. It can now be seen from equations (1) and (2) that, in addition to a high electrical conductivity, a very smooth inner surface is required to reduce the surface losses.

In modernen Beschleunigern mit supraleitenden Komponenten, bei denen die Temperatur der Vakuumrohre meistens unterhalb 4°K liegt, verlangt man eine noch größere elektrische Oberflächenleitfähigkeit, um kostspielige Leistungsverluste unter kryogenischen Bedingungen zu vermeiden. Bei diesen Temperaturen wird meistens eine Oberflächenleitfähigkeit verlangt, die bis zu einem Faktor 300 größer als die Leitfähigkeit bei Zimmertemperatur ist. Dies lässt sich mit dem RRR-Wert 300 (residual resistivity ratio) spezifizieren. Der RRR-Wert beschreibt den Quotient der spezifischen Leitfähigkeiten des Materials bei Zimmertemperatur und 4°K. Solche hohen RRR-Werte mit gleichzeitiger hohen Leitfähigkeit von σ = 58 m/Ω·mm2 bei 300°K können nur mit extrem sauberen und spannungsfreien Kupferschichten erreicht werden. Es genügen schon Verunreinigungen im ppm-Bereich (F. Pawlek und K. Reichel, "Der Einfluss von Beimengungen auf die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer", Z. Metallkunde, Vol. 47, S. 347, 1956) oder kleine mechanische Spannungen innerhalb der Schicht, um das Erreichen dieser hohen Werte zu verhindern.In modern accelerators with superconducting components, where the temperature of the vacuum tubes is usually below 4 ° K, an even greater surface electrical conductivity is required to avoid costly power losses under cryogenic conditions. At these temperatures, a surface conductivity is usually required which is up to a factor of 300 greater than the conductivity at room temperature. This can be specified with the RRR value 300 (residual resistivity ratio). The RRR value describes the quotient of the specific conductivities of the material at room temperature and 4 ° K. Such high RRR values with simultaneous high conductivity of σ = 58 m / Ω · mm 2 at 300 ° K can only be achieved with extremely clean and stress-free copper layers. Even impurities in the ppm range are sufficient (F. Pawlek and K. Reichel, "The influence of admixtures on the electrical conductivity of copper", Z. Metallkunde, Vol. 47, p. 347, 1956) or small mechanical stresses within the Layer to prevent reaching these high levels.

Bisher hat man, wie oben bereits erwähnt, die Innenoberfläche der Strahlrohrelemente nach bekannten Verfahren galvanisch verkupfert. Da die Strahlrohrelemente meistens aus nichtrostendem Stahl bestehen, benötigte man nach der chemischen Oberflächenreinigung zuerst die galvanische Abscheidung einer Nickelhaftschicht (Strike-Nickel). Auf diese Nickelhaftschicht wird die Kupferschicht anschließend entweder aus einem cyanidischen Elektrolyten oder aus einem sauren Kupfersulfatbad abgeschieden. Die so hergestellten Schichten haben im Allgemeinen eine Dicke von etwa 10 μm und erreichen wegen Verunreinigungen und Einschlüssen von organischen Additiven des Elektrolyten eine elektrische Leitfähigkeit von maximal 40% der Reinkupferleitfähigkeit. Darüber hinaus gelingt es nicht immer, Kupferschichten ohne Blasen und Haftungsfehler nach diesem Verfahren herzustellen. Infolge dieser Fehler ist die Abgasung dieser Schichten unter Vakuum meistens zu hoch.So far, as already mentioned above, the inner surface of the jet tube elements has been electroplated by known methods. Since the jet tube elements are mostly made of stainless steel, after the chemical surface cleaning first required the galvanic deposition of a nickel adhesive layer (strike nickel). The copper layer is then deposited on this nickel adhesive layer either from a cyanide electrolyte or from an acidic copper sulfate bath. The so produced Layers generally have a thickness of about 10 microns and reach because of impurities and inclusions of organic additives of the electrolyte, an electrical conductivity of not more than 40% of pure copper conductivity. In addition, it is not always possible to produce copper layers without bubbles and adhesion defects according to this method. As a result of these errors, the exhaustion of these layers is usually too high under vacuum.

Ähnlich unzureichende Resultate werden ebenfalls mit Hilfe eines Pyrophosphat-Elektrolyten und einer Gold-Zwischenschicht erreicht (J. Ch. Puippe, W. Saxer, Electrodeposition of Copper on the Internal Walls of Colliders in Beam Tubes, XVth Intern. Conf. On High Energy Accelerators, S. 364, Hamburg Germany, July 20-24, 1992). In dieser Arbeit ist zwar der elektrische Widerstand der Kupferschicht mit 2 μΩ·cm bei 300°K und 0,025 μΩ·cm bei 4°K spezifiziert, er wurde jedoch experimentell nicht nachgewiesen. Es ist lediglich der RRR-Wert mit 94.2 angegeben. Die spezifizierten Widerstände lassen sich aber nicht nur aus diesem relativen RRR-Wert bestimmen. Normalerweise sollte eine Schicht aus Reinstkupfer einen spezifischen Widerstand von 1,7 μΩ·cm bei 300°K bzw. 0,0042 μΩ·cm bei 4°K und einen RRR-Wert von mindestens 400 haben. Ebenfalls ist hier zu vermuten, dass die galvanisch abgeschiedene Kupferschicht mit Additiven aus dem Elektrolyten und mit diffundierten Goldatomen aus der Zwischenschicht verunreinigt war.Similarly inadequate Results are also obtained using a pyrophosphate electrolyte and a gold intermediate layer (J.C.Puippe, W. Saxer, Electrodeposition of Copper on the Internal Walls of Colliders in Beam Tubes, XVth Intern. Conf. On High Energy Accelerators, p. 364, Hamburg Germany, July 20-24, 1992). In this work is indeed the electrical resistance of the copper layer with 2 μΩ · cm at 300 ° K and 0.025 μΩ · cm at 4 ° K specified, however, it has not been experimentally proven. It's just the RRR value with 94.2 indicated. The specified resistances are not possible determine only from this relative RRR value. Usually should a layer of pure copper a resistivity of 1.7 μΩ · cm at 300 ° K or 0.0042 μΩ · cm at 4 ° K and have a RRR value of at least 400. It is also to be assumed here that the electrodeposited copper layer made with additives the electrolyte and with diffused gold atoms from the intermediate layer was contaminated.

Für manche speziellen Anwendungen sind alle galvanischen Verkupferungen von nichtrostendem Stahl – der meistens zur Fertigung der Vakuumröhre benutzt wird – mit Nachteilen verbunden, da die Haftschicht aus "Strike-Nickel" über ihre magnetische Permeabilität die magnetischen Felder des Beschleunigers verzerren kann. Spätestens in diesem Fall braucht man ein Verkupferungsverfahren, das entweder ohne oder mit einer extrem dünnen Nickelhaftschicht auskommt, so daß die magnetischen Eigenschaften des Systems unverändert bleiben.For some Special applications are all galvanic copper plating of stainless steel - the Mostly used to manufacture the vacuum tube - with disadvantages connected because the adhesive layer of "strike-nickel" over their magnetic permeability can distort the magnetic fields of the accelerator. No later than in this case you need a copper plating process that either without or with an extremely thin one Nickel adhesive layer manages so that the magnetic properties the system unchanged stay.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur metallischen Innenbeschichtung von Hohlkörpern anzugeben, mit dem sehr gut leitfähige Schichten haftfest aufgebracht werden können.It Object of the present invention, a method for metallic Inner coating of hollow bodies specify adhered with the highly conductive layers adherent can be.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.to solution This object is achieved by the characterizing features of the claim 1 in conjunction with the preamble Advantageous embodiments are in the subclaims specified.

Alle genannten Nachteile des Standes der Technik können durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden. Erfindungsgemäß ist eine Kombinationen von zunächst einer Oberflächenbehandlung des Hohlkörpers vor der Innenbeschichtung durch eine Glühung bei einer Temperatur im Bereich von 600 – 1200°C, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Hohlkörperwerkstoffs in einem Vakuum < 10–3 mbar, und anschließend nach oder während der Aufbringung der metallischen Beschichtung eine thermische Behandlung bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur der metallischen Beschichtung und unterhalb der Schmelzpunktes des Hohlkörperwerkstoffes unter Vakuum oder einer nicht-oxidierenden Atmosphäre vorgesehen.All mentioned disadvantages of the prior art can be avoided by the method according to the invention. According to the invention, a combination of first a surface treatment of the hollow body before the inner coating by annealing at a temperature in the range of 600 - 1200 ° C, but below the melting point of the hollow body material in a vacuum <10 -3 mbar, and then after or during the application the metallic coating provided a thermal treatment at temperatures above the recrystallization temperature and below the melting temperature of the metallic coating and below the melting point of the hollow body material under vacuum or a non-oxidizing atmosphere.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der richtigen Kombination der genannten verschiedenen Verfahrensschritte, deren synergetische Verknüpfung eine optimale Herstellung einer haftfesten, glatten, hochleitfähigen und vakuumabgasarmen Beschichtung der Innenoberfläche eines Hohlkörpers ermöglicht. Dadurch, daß die Innenbeschichtung fest haftend auf den Hohlkörperinnenfläche aufgebracht werden kann, kann auf eine Zwischenschicht, wie sie im Stand der Technik üblich war, ganz verzichtet werden.Of the Advantage of the invention lies in the correct combination of said various process steps whose synergetic linking a optimal production of an adhesive, smooth, highly conductive and Vacuum exhaust gas-poor coating the inner surface of a hollow body allows. Due to the fact that the inner coating firmly adhered to the hollow body inner surface can be on an intermediate layer, as in the state of Technology usual was completely dispensed with.

Als Material für die metallische Beschichtung kann z.B. Kupfer, Silber oder Gold verwendet werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Innenfläche des Strahlrohrelements mit Hilfe einer mechanischen oder elektrochemischen Politur oder einer Polierbehandlung mit Laserstrahlung zur Reduzierung ihrer Rauhigkeit unterzogen, bevor sie gereinigt und beschichtet wird. Die Aufbringung der metallischen Beschichtung an den Innenflächen des Hohlkörpers kann durch PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) oder CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) durchgeführt werden.When Material for the metallic coating can e.g. Copper, silver or gold be used. In an advantageous embodiment, the inner surface of the Beam tube element by means of a mechanical or electrochemical Polish or a polishing treatment with laser radiation for reduction subjected to their roughness before being cleaned and coated becomes. The application of the metallic coating to the inner surfaces of the hollow body can by PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD method (Chemical Vapor Deposition).

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.in the Following are exemplary embodiments of the invention explained.

Es wird zuerst die Innenoberfläche des Strahlrohrhohlkörpers nach einem bekannten Verfahren mit Poliermitteln der Korngröße kleiner als 1 μm oder durch Elektropolieren bzw. durch eine Oberflächenbehandlung mit Laserstahl glanzpoliert. Anschließend wird die Innenoberfläche von den Resten der Politur nach bekannten Reinigungsverfahren über hintereinanderlaufende Behandlungen mit heißen, alkalischen Detergentien, Zitronensäurelösung, Hochdruckwasser usw. entfernt. Die vollständige Reinigung der Oberfläche zur Erhöhung der Haftung der anschließenden Beschichtung erfolgt durch thermische Behandlung (Glühung) des Strahlrohrelements in einem Vakuumofen oder in einer inerten Atmosphäre bei Temperaturen von 600-1200°C für einige Stunden. Für diese Prozedur wird immer die maximal erlaubte Behandlungstemperatur des Hohlkörpers angewandt.It is first the inner surface of the radiant tube hollow body according to a known method with polishers of grain size less than 1 micron or by electropolishing or by a surface treatment brightly polished with laser steel. Subsequently, the inner surface is removed from the remnants of the polish according to known cleaning methods via successive treatments with hot, alkaline detergents, citric acid solution, high-pressure water, etc. The complete cleaning of the surface to increase the adhesion of the subsequent coating is carried out by thermal treatment (annealing) of the jet tube element in a vacuum oven or in an inert atmosphere at temperatures of 600-1200 ° C for several hours. For this procedure, the maximum permitted treatment temperature of the hollow body is always applied.

Danach erfolgt die Beschichtung der Innenoberfläche mit einem hochleitendem Material, wie Kupfer, Silber oder Gold mit Hilfe an sich bekannter Verfahren: Entweder elektrochemisch oder über PVD (Physical Vapor Deposition) bzw. über CVD (Chemical Vapor Deposition).After that the coating of the inner surface takes place with a highly conductive Material such as copper, silver or gold with the help of known per se Method: either electrochemically or via PVD (Physical Vapor Deposition) or over CVD (Chemical Vapor Deposition).

Zum Erreichen einer guten Haftung und zur Maximierung der elektrischen Leitfähigkeit wird die aufgebrachte Schicht in einem Vakuumofen bzw. in einer inerten Atmosphäre, z.B. bei einer Temperatur im Bereich von 300-700°C, für einige Stunden thermisch nachbehandelt. Die Temperatur der Nachbehandlung muss natürlich unterhalb der Schmelztemperaturen der betroffenen Materialien liegen, sollte aber höher als die Rekristallisationstemperatur des Materials der Innenbeschichtung sein. Während dieser Behandlung erlangt die Beschichtung durch Entgasung und Rekristallisation ihre maximale elektrische Leitfähigkeit. Die Temperatur sowie die Behandlungsdauer soll so ausgewählt werden, um einerseits die Entgasung und Rekristallisation der Schicht zu fördern, anderseits jedoch die störende Diffusion von Elementen aus der Wand zu unterbinden.To the Achieving good adhesion and maximizing electrical conductivity is the applied layer in a vacuum oven or in a inert atmosphere, e.g. at a temperature in the range of 300-700 ° C, thermal for a few hours treated. The temperature of the aftertreatment must of course be below the melting temperatures of the affected materials should be but higher as the recrystallization temperature of the material of the inner coating be. While This treatment obtains the coating by degassing and recrystallization their maximum electrical conductivity. The temperature and the duration of treatment should be selected on the one hand the degassing and recrystallization of the layer promote, on the other hand, however, the disturbing Prevent diffusion of elements from the wall.

Zur Qualitätssicherung kann vorgesehen sein, die elektrische Leitfähigkeit der Schicht mit Hilfe eines zerstörungsfreien Verfahrens integral zu messen. Dabei wird das Strahlrohrelement wie ein HF-Resonator behandelt und seine Güte durch Anregung auf die Resonanzfrequenz des geeigneten Moden vermessen. Die gemessene Güte kann nunmehr mit der theoretisch errechneten bei der maximal möglichen elektrischen Leitfähigkeit verglichen werden. Aus diesem Vergleich kann dann die integrale Leitfähigkeit der Beschichtung ermittelt werden. Viel einfacher lässt sich jedoch die Leitfähigkeit der Schicht beim Vergleich der gemessenen Güte mit der Güte einer Attrappe aus Reinkupfer bestimmen. Da beide Resonatoren den gleichen geometrischen Faktor besitzen, verhält sich ihre Güte nur proportional zur Wurzel der elektrischen Leitfähigkeit.to quality control can be provided, the electrical conductivity of the layer with the help a non-destructive Method to measure integrally. In this case, the jet pipe element treated as an RF resonator and its quality by excitation to the resonant frequency of the appropriate mode. The measured quality can now with the theoretical calculated at the maximum possible electrical conductivity be compared. From this comparison can then be the integral conductivity the coating can be determined. Much easier can be however the conductivity the layer when comparing the measured quality with the quality of a Determine dummy from pure copper. Because both resonators are the same possess their geometric factor, their goodness behaves only proportionally to the root of electrical conductivity.

Letzteres lässt sich aus der Definition der Güte des Resonators Q0 als das Produkt der Winkelfrequenz ω und des elektromagnetischen Feldes U bezogen auf die Verlustleistung P herleiten. Alternativ kann man die Güte des Resonators als den Quotienten des Geometriefaktors G und des Oberflächenwiderstandes RS definieren:

Figure 00040001
The latter can be deduced from the definition of the quality of the resonator Q 0 as the product of the angular frequency ω and the electromagnetic field U with respect to the power loss P. Alternatively, one may define the quality of the resonator as the quotient of the geometry factor G and the surface resistance R S :
Figure 00040001

Der Oberflächenwiderstand RS ist umgekehrt proportional der Wurzel der elektrischen Leitfähigkeit σ, da das elektromagnetische Feld je nach magnetischer Permeabilität μ, Frequenz ω und Leitfähigkeit σ nur in der Tiefe δ in der Innenoberfläche des Resonators wirksam wird.The surface resistance R S is inversely proportional to the root of the electrical conductivity σ, since the electromagnetic field depending on the magnetic permeability μ, frequency ω and conductivity σ only in the depth δ in the inner surface of the resonator is effective.

Figure 00040002
Figure 00040002

In einem Ausführungsbeispiel wurden mehrere Rohre mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von etwa 1000 mm aus nichtrostendem Stahl der Werkstoffnummer 1.4435 nach einer Reinigung mit Detergentienlösung und anschließender Behandlung mit verdünnter Salpetersäure hauptsächlich an der Innenoberfläche mit den handelsüblichen Elektrolyten elektropoliert. Dabei erreichte die Oberflächenqualität einen Rauhigkeitswert Ra von 0,4 μm. Noch kleinere Rauhigkeitswerte konnte man mit gewöhnlichen Feinpoliermitteln über eine mechanische Politur erreichen. Nach einer Reinigung der Rohre von den Politurresten wurden sie in einem Vakuumofen bei etwa 1000°C für einige Stunden gründlich gereinigt und entgast. Zwei der Rohre wurden anschließend galvanisch verkupfert, sowohl in einem sauren als auch in einem cyanidischen Elektrolyten. Vor der eigentlichen galvanischen Verkupferung wurden die Rohre mit einer sehr dünnen (ca. 0,5 μm) Nickel-Strike-Haftschicht galvanisch überzogen. In beiden Fällen wurden handelsübliche Elektrolyte mit organischen Additiven zum Erreichen einer Glanzverkupferung mit einer Dicke von etwa 10 μm verwendet. Nach der Glanzverkupferung sank die Oberflächerauhigkeit auf einen Ra-Werten von etwa 150 nm. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Kupferschicht durch Beseitigung von Glanzzusätzen und Rekristallisation sowie zur Vergrößerung der Haftung der Schicht über Diffusionsprozesse wurden die Rohre 5 Stunden lang in einem Vakuumofen bei 600°C und unter einem Vakuum < 10–5 mbar behandelt. Danach erreichten die integralen elektrischen Leitfähigkeiten der so hergestellten Kupferschichten einem Wert von mindestens 95% der elektrischen Leitfähigkeit von Reinstkupfer, was gegenüber den im Stand der Technik erreichbaren Werten von 40 % einer erhebliche Verbesserung darstellt. Die Messung der integralen elektrischen Leitfähigkeit erfolgte nach dem oben beschriebenen Messverfahren der Güte eines Resonators.In one embodiment, a plurality of 100 mm diameter and about 1000 mm long stainless steel tubes of material number 1.4435, after cleaning with detergent solution and subsequent treatment with dilute nitric acid, were electropolished primarily on the inner surface with the commercially available electrolytes. The surface quality reached a roughness value R a of 0.4 μm. Even smaller roughness values could be achieved with ordinary polishing agents via a mechanical polish. After cleaning the tubes from the polish residues, they were thoroughly cleaned and degassed in a vacuum oven at about 1000 ° C for several hours. Two of the tubes were then electroplated, both in an acidic and in a cyanidic electrolyte. Before the actual galvanic copper plating, the tubes were electroplated with a very thin (about 0.5 μm) nickel-strike adhesive layer. In both cases, commercial electrolytes with organic additives were used to achieve a bright copper plating with a thickness of about 10 microns. After the bright copper plating, the surface roughness decreased to an R a value of about 150 nm. To increase the electrical conductivity of the copper layer by removing brighteners and recrystallization and increasing the adhesion of the layer via diffusion processes, the tubes were heated in a vacuum oven at 600 for 5 hours ° C and under a vacuum <10 -5 mbar treated. After that, the reached integral electrical conductivities of the copper layers thus produced to a value of at least 95% of the electrical conductivity of pure copper, which represents a considerable improvement over the achievable in the prior art values of 40%. The measurement of the integral electrical conductivity was carried out according to the method of measuring the quality of a resonator described above.

Der restlichen drei Rohre würden mit Hilfe einer koaxialen Magnetronanordnung beschichtet. Das zu beschichtende Rohr diente als Anode des Magnetrons. Die Kathode bestand aus einem Reinstkupferstab mit 20 mm Durchmesser. Das erforderliche. Magnetfeld von 150 G 1,2·10–2 T wurde mit Hilfe einer koaxialen Spule erzeugt. Zur Entladung wurde reines Argon bei einem Druck von etwa 6.10–2 mbar eingelassen. Entladungsspannung und Entladungsstrom betrugen 1000 V und 200 mA. Nach einer Beschichtungszeit von etwa 6 Stunden erreichte man die gewünschte Schichtdicke von etwa 10 μm. Anschließend wurden die so hergestellten Schichten genauso, wie oben im Falle der galvanischen Schichten beschrieben behandelt. Die gemessenen integralen elektrischen Leitfähigkeiten lagen ebenfalls oberhalb des 95%-igen Wertes der elektrischen Leitfähigkeit von Reinstkupfer.The remaining three tubes would be coated by means of a coaxial magnetron assembly. The tube to be coated served as the anode of the magnetron. The cathode consisted of a pure copper rod with 20 mm diameter. The required. Magnetic field of 150 G 1.2 · 10 -2 T was generated by means of a coaxial coil. For discharging pure argon was admitted at a pressure of about 6.10 -2 mbar. Discharge voltage and discharge current were 1000 V and 200 mA. After a coating time of about 6 hours, the desired layer thickness of about 10 μm was reached. Subsequently, the layers thus prepared were treated exactly as described above in the case of the galvanic layers. The measured integral electrical conductivities were also above the 95% value of the electrical conductivity of pure copper.

Alle beschichteten Rohre zeigten ebenfalls exzellente Vakuumeigenschaften. Nach der üblichen Pumpzeit von etwa 100 Stunden erreichten sie eine spezifische Abgasrate von nur 3.10–12 mbar·l·s–1·cm–2.All coated tubes also showed excellent vacuum properties. After the usual pumping time of about 100 hours, they reached a specific exhaust gas rate of only 3.10 -12 mbar · l · s -1 · cm -2 .

Claims (5)

Verfahren zur metallischen Innenbeschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Strahlrohrelementen, aus metallischen oder keramischen Werkstoffen mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 600°C, wobei die Innenflächen des Hohlkörpers gereinigt und dann metallisch beschichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtende Hohlkörperoberfläche nach dem Reinigen und vor der Innenbeschichtung durch eine Glühung bei einer Temperatur im Bereich von 600 –1200°C, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Hohlkörperwerkstoffs in einem Vakuum < 10–3 mbar behandelt wird und nach oder während der Aufbringung der metallischen Beschichtung eine thermische Behandlung bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur der metallischen Beschichtung unter Vakuum oder einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt.A process for the metallic inner coating of hollow bodies, in particular of jet pipe elements, of metallic or ceramic materials having a melting point above 600 ° C, wherein the inner surfaces of the hollow body are cleaned and then coated metallically, characterized in that the hollow body surface to be coated after cleaning and before the inner coating is treated by annealing at a temperature in the range of 600-1200 ° C, but below the melting point of the hollow body material in a vacuum <10 -3 mbar and after or during the application of the metallic coating, a thermal treatment at temperatures above the recrystallization temperature and below the melting temperature of the metallic coating under vacuum or a non-oxidizing atmosphere. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die metallische Beschichtung Kupfer, Silber oder Gold verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that that as Material for the metallic coating uses copper, silver or gold becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Hohlkörpers zur Vorbehandlung meiner mechanischen oder elektrochemischen Politur oder einer Polierbehandlung mit Laserstrahlung zur Reduzierung ihrer Rauhigkeit unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Inner surface of the hollow body for the pretreatment of my mechanical or electrochemical polish or a polishing treatment with laser radiation to reduce their Roughness is subjected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung der metallischen Beschichtung an den Innenflächen des Hohlkörpers galvanisch, durch PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) oder CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Application of the metallic coating on the inner surfaces of the hollow body galvanic, by PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD method (Chemical Vapor Deposition) is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Innenbeschichtung die elektromagnetische Güte bei der Resonanzfrequenz des aus dem innenbeschichteten Hohlkörper gebildeten Resonators bestimmt wird, um ein Maß für die Qualität der Innenbeschichtung zu erhalten.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Connection to the Internal coating the electromagnetic quality at the resonant frequency the resonator formed from the internally coated hollow body is determined to be a measure of the quality of the inner coating to obtain.
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