CN102808160B - 壳体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种壳体，包括基材及形成于基材表面的类金刚石层，该类金刚石层中碳-碳以sp3杂化键的方式键合的比例为80%以上。本发明所述类金刚石层光亮致密，具有良好的外观装饰效果且其耐刮伤、抗磨损及耐腐蚀性能优异。本发明还提供一种上述壳体的制备方法。

Description

壳体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种壳体及其制备方法。
背景技术
类金刚石(Diamond-like Carbon，DLC)膜是一种非晶碳膜，碳原子主要以金刚石相(碳的键结形式为sp3)和石墨相(碳的键结形式为sp2)存在。当金刚石相多于石墨相时，DLC膜具有优异的耐磨性、高硬度及耐腐蚀性能，可被广泛应用于刀具及模具等领域。然而，目前应用在刀具及模具领域的DLC膜多采用多弧离子镀或者化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)方法形成，采用该类方法制得的DLC膜层表面往往不够光滑致密；且化学气相沉积工艺需采用600～1000℃的沉积温度，容易造成基材性能的改变及尺寸的变形，限制了其进一步应用。
发明内容
有鉴于此，提供一种具有光滑致密的DLC膜的壳体。
另外，还提供一种具有光滑致密的DLC膜的壳体的制备方法。
一种壳体，包括基材及形成于基材表面的类金刚石层，该类金刚石层中碳-碳以sp3杂化键的方式键合的比例为80%以上。
一种壳体的制备方法，其包括如下步骤：
提供基材；
采用离子束辅助磁控溅射法在该基材的表面形成类金刚石层，使用石墨靶，以甲烷为离子源反应气体，该类金刚石层中的碳-碳以sp3杂化键的方式键合的比例为80%以上，形成所述类金刚石层的步骤的具体工艺参数为：镀膜温度为150～200℃；以氩气为溅射气体，氩气的流量为120～150sccm，石墨靶的功率为15～18kw，施加于基材的偏压为150～200V，甲烷的流量为50～60sccm，离子源包括低能离子源及中能离子源，低能离子束流为60～80mA，中能离子束流为10～20mA；沉积时间为420～480min。
本发明所述DLC层光亮致密，具有良好的外观装饰效果且其耐刮伤、抗磨损性能及耐腐蚀效果优异，可有效改善壳体的外观效果并延长壳体的使用寿命。本发明所述壳体的制备方法在形成DLC层时，采用离子束辅助磁控溅射技术，并通过选取石墨靶和离子源反应气体甲烷作为两种不同的碳源，从而在基材上制备获得稳定的DLC层。所述制备方法可采用较低的镀膜温度，工艺简单且绿色环保。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例壳体的剖视图；
图2为本发明一较佳实施例真空镀膜机的俯视示意图。
主要元件符号说明
壳体        10
基材        11
DLC层       13
真空镀膜机  20
镀膜室      21
石墨靶      23
离子源      24
中能离子源  241
低能离子源  243
轨迹        25
气源通道    26
真空泵      30
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施方式的壳体10包括基材11及形成于基材11上的类金刚石(DLC)层13。所述壳体10可为3C产品的外壳。
该基材11的材质可为不锈钢、铝合金或钛合金，但不限于上述三种材质。
该DLC层13的厚度为2.2～2.8μm。该DLC层13中碳-碳以sp3杂化键的方式键合的比例为80%以上，使得该DLC层13光亮致密，具有良好的外观装饰效果、优异的耐刮伤、抗磨损及耐腐蚀效果。该DLC层13还存在少量的碳-氢键。
所述壳体10的制备方法包括如下步骤：
提供基材11，该基材11的材质为不锈钢、铝合金或钛合金，但不限于该三种材质。
对基材11的表面进行预处理。所述预处理可包括除油、除蜡、去离子水喷淋及烘干等步骤。
结合参阅图2，提供一真空镀膜机20，该真空镀膜机20包括一镀膜室21及连接于镀膜室21的一真空泵30，真空泵30用以对镀膜室21抽真空。该镀膜室21内设有转架(未图示)、相对设置的二石墨靶23(纯度为99.99%)、离子源24和若干气源通道26。转架带动基材11沿一圆形的轨迹25公转，且基材11在沿轨迹25公转时亦自转。离子源24包括一中能离子源241(离子能量为10～30KeV)和一低能离子源243(离子能量为100～750eV)。镀膜时，反应气体通入离子源24后将被离化，并通过离子源通道(未图示)进入到镀膜室21中。每一石墨靶23的两端均设有气源通道26，镀膜时，溅射气体经由该气源通道26进入所述镀膜室21。
采用离子束辅助磁控溅射法在经上述表面处理的基材11的表面形成DLC层13。将基材11固定于镀膜室21中的转架上，抽真空使该镀膜室21的本底真空度为6.0×10-3Pa，加热该镀膜室21至温度为150～200℃；向镀膜室21内通入溅射气体氩气，氩气的流量为120～150sccm，开启并设定石墨靶23的功率为15～18kw，设定施加于基材11的偏压为-150～-200V；向离子源24内通入反应气体甲烷，甲烷的流量为50～60sccm，开启低能和中能离子源，设定低能离子束流为60～80mA，设定中能离子束流为10～20mA；沉积所述DLC层13的时间为420～480min。所述DLC层13的厚度为2.2～2.8μm。低能离子源可提高甲烷气体的离化率，中能离子源可提高甲烷气体的轰击速度。
沉积过程中，氩气在镀膜室21内所形成的电磁场的作用下发生辉光放电，被离化成氩气等离子并轰击所述石墨靶23，石墨靶23中的碳原子被轰击出来沉积于基材11的表面；同时，离子源24中释放出的被离化的碳原子轰击基材11的表面，轰击的同时部分碳原子将沉积于所述基材11的表面，这两种不同来源的碳将主要以sp3杂化键的方式键合，且sp3杂化键占据80%以上，从而形成所述DLC层13。由于离子源24还将释放出离化的氢原子，因此该DLC层13还存在少量的碳-氢键。所述DLC层13光亮致密，具有良好的外观装饰效果、优异的耐刮伤、抗磨损及耐腐蚀效果。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
本实施例所使用的真空镀膜机20为中频磁控溅射镀膜机。
本实施例所使用的基材11的材质为不锈钢。
沉积DLC层：加热镀膜室21使基材11的温度为180～200℃，溅射气体氩气的流量为140sccm，石墨靶23的功率为15kw，施加于基材11的偏压为-150V，反应气体甲烷的流量为50sccm，低能离子束流为60mA，中能离子束流为10mA，沉积时间为480min。
实施例2
本实施例所使用的真空镀膜机20为中频磁控溅射镀膜机。
本实施例所使用的基材11的材质为不锈钢。
沉积DLC层：加热镀膜室21使基材11的温度为180～200℃，溅射气体氩气的流量为150sccm，石墨靶23的功率为17kw，施加于基材11的偏压为-150V，反应气体甲烷的流量为60sccm，低能离子束流为80mA，中能离子束流为15mA，沉积时间为420min。
性能测试：
1.耐磨性能测试
使用德国Rosler牌振动耐磨试验机(型号：Trough vibratorR180/530TE-30)对实施例1和2所制得的壳体10进行研磨测试，测试结果为：壳体10经过4h的研磨，DLC层13未出现脱落。测试结果说明实施例1和2所制得的壳体10具有良好的耐磨性。
2.维氏硬度测试
测试仪器为维氏硬度计。测试结果为：实施例1和2所制得的壳体10维氏硬度分别为469HV和500HV。
3.铅笔硬度测试：
使用铅笔硬度测试仪器，负载力为5N，测试标准参照ASTMD3363-00。测试结果为：实施例1和2所制得的壳体10的铅笔硬度均≧6H。
4.盐雾测试：
使用盐雾测试仪(型号：TMJ9701)，使用浓度为5%的氯化钠，pH值为7，测试结果为：经测试144小时后，实施例1和2所制得的壳体10用水清洗后外观良好，未见腐蚀。
本发明所述DLC层13具有良好的外观装饰效果且其耐刮伤、抗磨损性能及耐腐蚀效果优异，可有效改善壳体10的外观效果并延长壳体10的使用寿命。本发明所述壳体10的制备方法在形成DLC层13时，采用离子束辅助磁控溅射技术，并通过选取石墨靶23和离子源反应气体甲烷作为两种不同的碳源，以及其他制备工艺参数的整体配合，从而在基材11上制备获得光亮致密的DLC层13。所述制备方法采用较低的镀膜温度，工艺简单且绿色环保。

Claims (4)

1.一种壳体的制备方法，其包括如下步骤： 
提供基材； 
采用离子束辅助磁控溅射法在该基材的表面形成类金刚石层，使用石墨靶，以甲烷为离子源反应气体，该类金刚石层中的碳-碳以sp3杂化键的方式键合的比例为80%以上，形成所述类金刚石层的步骤的具体工艺参数为：镀膜温度为150～200℃；以氩气为溅射气体，氩气的流量为120～150sccm，石墨靶的功率为15～18kW，施加于基材的偏压为150～200V，甲烷的流量为50～60sccm，离子源包括低能离子源及中能离子源，低能离子束流为60～80mA，中能离子束流为10～20mA；沉积时间为420～480min。 
2.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：所述基材的材质为不锈钢、铝合金或钛合金。 
3.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：所述类金刚石层的厚度为2.3～2.8μm。 
4.如权利要求1所述的壳体的制备方法，其特征在于：该类金刚石层中含有碳-氢键。 
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