CN102560342A - 镀膜件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种镀膜件及其制备方法。该镀膜件包括铝合金基体及形成于铝合金基体表面的防腐蚀层，该防腐蚀层为一氮化钛硅的复合膜层。一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：提供一铝合金基体；采用真空溅镀法在该铝合金基体上溅镀防腐蚀层，该防腐蚀层为氮化钛硅的复合膜层；溅镀该防腐蚀层以钛硅复合靶为靶材，以氮气为反应气体。所述的镀膜件具有良好的耐腐蚀性能、高硬度及良好的耐磨性能。

Description

镀膜件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镀膜件及其制备方法，尤其涉及一种具有良好耐腐蚀性能的镀膜件及该镀膜件的制备方法。
背景技术
铝合金具有质量轻、散热性能好等诸多优点，在通讯、电子、交通运输、建筑以及航空航天等领域的应用非常广泛。在空气中铝合金表面会形成氧化铝的保护膜(厚度约10nm)，在一般的大气环境下，铝合金表面的这层氧化铝膜能够有效地保护铝合金基材。但在含有电解质的湿气中，例如海洋表面大气环境，铝合金表面会出现点蚀，严重破坏产品外观，同时导致产品使用寿命缩短。为了提高铝合金产品的耐腐蚀性能(或耐盐雾性能)，通常要对铝合金基材进行表面处理，如阳极氧化、烤漆等，但这些工艺都存在较大的环境污染。
真空镀膜技术(PVD)是一种较环保的镀膜技术。PVD膜层具有高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性等优点，因此在表面防护或装饰处理领域的应用越来越广。然而，PVD膜层不可避免地存在一些针孔、裂纹等缺陷，这些缺陷通常很容易成为腐蚀性介质的腐蚀“通道”。而对于铝合金基体来说，其标准电极电位很低，与许多PVD膜层的电极电位的差异较大，因此，在腐蚀性环境中，铝合金基体与PVD膜层之间极易形成腐蚀原电池，造成电偶腐蚀，使整个铝合金产品失效。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种具有良好的耐腐蚀性能的镀膜件。
另外，还有必要提供一种上述镀膜件的制备方法。
一种镀膜件，其包括铝合金基体及形成于铝合金基体表面的防腐蚀层，该防腐蚀层为一氮化钛硅的复合膜层。
一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：
提供一铝合金基体；
采用真空溅镀法在该铝合金基体上溅镀防腐蚀层，该防腐蚀层为氮化钛硅的复合膜层；溅镀该防腐蚀层以钛硅复合靶为靶材，以氮气为反应气体。
相较于现有技术，所述的防腐蚀层为氮化钛硅的复合膜层，在溅镀该氮化钛硅的复合膜层的过程中，钛晶粒与硅晶粒的生长可相互抑制，从而使该复合膜层中形成小晶粒的纳米晶，而氮的引入可使氮原子渗入所述纳米晶的晶格之中，形成间隙型固溶体，可进一步细化晶粒尺寸，提高了所述防腐蚀层的致密性。所述的防腐蚀层的致密性较传统的单金属或单金属氮化物膜层要致密得多，可有效阻滞腐蚀性介质的侵入，避免电偶腐蚀的发生，从而提高了所述镀膜件的耐腐蚀性能。
附图说明
图1是本发明一较佳实施方式的镀膜件的剖视示意图。
图2是本发明一较佳实施方式的真空溅镀机的俯视示意图。
主要元件符号说明
镀膜件            10
铝合金基体        11
防腐蚀层          13
真空溅镀机        20
镀膜室            21
钛硅复合靶        23
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施方式的镀膜件10包括铝合金基体11及形成于铝合金基体11上的防腐蚀层13。
防腐蚀层13为一氮化钛硅(SiTiN)的复合膜层，其可以真空溅镀法形成，如中频磁控溅射镀膜法。该SiTiN的复合膜层中Ti的原子百分含量(at.％)为30-40at.％，Si为30-40at.％，N为20-40at.％。该防腐蚀层13的厚度为200-400nm。
所述Si TiN的复合膜层中含有Si、Ti的纳米晶及N原子，该N原子嵌入在Si、Ti纳米晶的晶格之中，形成间隙型固溶体，可细化晶粒尺寸，提高所述防腐蚀层13的致密性。
可以理解的，还可在铝合金基体11与防腐蚀层13之间设置一金属钛的过渡层，以提高防腐蚀层13于铝合金基体11的附着力。
本发明较佳实施方式的镀膜件10的制备方法包括如下步骤：
提供一铝合金基体11，并对该铝合金基体11进行前处理。该前处理可包括以下步骤：
依次用去离子水及无水乙醇对铝合金基体11表面进行擦拭。
将铝合金基体11放入盛装有丙酮溶液的超声波清洗器中进行超声波清洗，以除去铝合金基体11表面的杂质和油污等。
对经超声波清洗后的铝合金基体11的表面进行等离子清洗，以进一步去除铝合金基体11表面的脏污，以及改善铝合金基体11表面与后续镀层的结合力。
请参阅图2，将铝合金基体11放入一真空溅镀机20的镀膜室21中，装入钛硅复合靶23，抽真空该镀膜室21至本底真空度为8.0×10-3Pa，然后通入流量为150-300sccm(标准毫升每分)的工作气体氩气(纯度为99.999％)，对铝合金基体11施加-300～-500V的偏压，使镀膜室21中产生高频电压，使所述氩气发生离子化而产生氩气等离子体对铝合金基体11的表面进行物理轰击，而达到对铝合金基体11表面等离子清洗的目的。所述等离子清洗的时间可为5-10分钟。
所述等离子清洗完成后，在所述镀膜室21中以真空溅镀法，如中频磁控溅射镀膜法，在铝合金基体11的表面溅镀防腐蚀层13。溅镀该防腐蚀层13时，使所述镀膜室21的温度在20-120℃之间(即溅镀温度为20-120℃)，调节氩气的流量为150-200sccm，通入流量为60-80sccm的反应气体氮气，调节铝合金基体11的偏压至-150～-500V，开启钛硅复合靶23的电源，于铝合金基体11的表面沉积防腐蚀层13。所述钛硅复合靶23由直流电源控制，其功率为5-7KW。该防腐蚀层13为氮化钛硅(SiTiN)的复合膜层，其厚度在200-400nm之间。沉积该防腐蚀层13的时间可为20-40分钟。
可以理解的，可在溅镀防腐蚀层13之前于铝合金基体11的表面溅镀一金属钛的过渡层，以提高防腐蚀层13于铝合金基体11的附着力。
以下结合具体实施例对镀膜件10的制备方法及镀膜件10进行说明：
实施例1
等离子清洗：氩气流量为280sccm，铝合金基体11的偏压为-300V，等离子清洗的时间为9分钟；
溅镀防腐蚀层13：氩气流量为160sccm，氮气流量为65sccm，铝合金基体11的偏压为-200V，钛硅复合靶23的功率为5.5KW，溅镀温度为30℃，溅镀时间为25分钟，防腐蚀层13的厚度为250nm，防腐蚀层13中Ti的原子百分含量为35at.％，Si为30at.％，N为35at.％。
实施例2
等离子清洗：氩气流量为230sccm，铝合金基体11的偏压为-480V，等离子清洗的时间为7分钟；
溅镀防腐蚀层13：氩气流量为180sccm，氮气流量为70sccm，铝合金基体11的偏压为-300V，钛硅复合靶23的功率为6KW，溅镀温度为70℃，溅镀时间为30分钟，防腐蚀层13的厚度为300nm，防腐蚀层13中Ti的原子百分含量为35at.％，Si为35at.％，N为30at.％。
实施例3
等离子清洗：氩气流量为160sccm，铝合金基体11的偏压为-400V，等离子清洗的时间为6分钟；
溅镀防腐蚀层13：氩气流量为190sccm，氮气流量为75sccm，铝合金基体11的偏压为-450V，钛硅复合靶23的功率为6.5KW，溅镀温度为100℃，溅镀时间为38分钟，防腐蚀层13的厚度为390nm，防腐蚀层13中Ti的原子百分含量为40at.％，Si为25at.％，N为35at.％。
对由实施例1-3所制得的镀膜件10进行了35℃中性盐雾测试，(NaCl浓度为5％)。结果表明，所述镀膜件10在24小时后才出现腐蚀现象，可见，该镀膜件10具有良好的耐腐蚀性能。
相较于现有技术，所述的防腐蚀层13为氮化钛硅的复合膜层，在溅镀该氮化钛硅的复合膜层的过程中，钛晶粒与硅晶粒的生长可相互抑制，从而使该复合膜层中形成小晶粒的纳米晶，而氮的引入可使氮原子渗入所述纳米晶的晶格之中，形成间隙型固溶体，可进一步细化晶粒尺寸，提高了所述防腐蚀层的致密性。所述的防腐蚀层的致密性较传统的单金属或单金属氮化物膜层要致密得多，可有效阻滞腐蚀性介质的侵入，避免电偶腐蚀的发生，从而提高了所述镀膜件10的耐腐蚀性能。
同时，由于防腐蚀层13中存在硬度较高的SiN相，使得该防腐蚀层13的显微硬度可达20GPa以上，提高了该防腐蚀层13的耐磨性。
另外，所述的防腐蚀层13的膜系结构简单，相较于四组分或四组分以上的复杂膜系，该防腐蚀层13更加容易制备，易于精确控制其微观晶格结构，产品良率高，还可降低生产成本。

Claims (9)

1.一种镀膜件，其包括铝合金基体及形成于铝合金基体上的防腐蚀层，其特征在于：该防腐蚀层为一氮化钛硅的复合膜层。
2.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述氮化钛硅的复合膜层中Ti的原子百分含量为30-40at.％，Si为30-40at.％，N为20-40at.％。
3.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述氮化钛硅的复合膜层中含有Si、Ti的纳米晶及N原子，该N原子嵌入在Si、Ti纳米晶的晶格之中，形成间隙型固溶体。
4.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述防腐蚀层的厚度为200-400nm。
5.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述镀膜件还包括一设置于铝合金基体与防腐蚀层之间的过渡层，该过渡层为一金属钛层。
6.一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：
提供一铝合金基体；
采用真空溅镀法在该铝合金基体上溅镀防腐蚀层，该防腐蚀层为氮化钛硅的复合膜层；溅镀该防腐蚀层以钛硅复合靶为靶材，以氮气为反应气体。
7.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：溅镀所述防腐蚀层采用中频磁控溅射镀膜法，钛硅复合靶的电源功率为5-7KW，氮气的流量为60-80sccm，以氩气为工作气体，氩气的流量为150-200sccm，对铝合金基体设置-150～-500V的偏压，溅镀温度为20-120℃，溅镀时间为20-40分钟。
8.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在溅镀防腐蚀层前于铝合金基体表面溅镀金属钛的过渡层的步骤。
9.如权利要求8所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在溅镀过渡层前对铝合金基体进行超声波清洗及等离子清洗的步骤。
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