CN106987803B - 铝合金基材的镀膜 - Google Patents

铝合金基材的镀膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了铝合金基材的镀膜。该镀膜包括镀覆于铝合金基材的二氧化硅的隔绝层和镀覆于所述隔绝层的耐腐蚀功能性薄膜镀层。本发明的铝合金基材的镀膜，二氧化硅能作为电子隔绝层，其阻断了耐腐蚀功能性薄膜镀层和铝合金基材的金属铝之间的电子流传递，防止了电化学腐蚀，提高了镀膜的耐腐蚀性。另外，避免了现有技术因阳极氧化形成三氧化二铝的工序所导致的环境污染，更为环保。

Description

铝合金基材的镀膜
技术领域
本发明涉及装饰材料的技术领域，具体而言，涉及铝合金基材的镀膜。
背景技术
随著现代科技的发展，手机和其它智能产品电子电器等其他领域对于PVD(Physical Vapor Deposition)的需求不断的增长。产品的不锈钢、铝合金等金属结构件已经不可少。但是由于铝合金的特性决定了其耐摩擦、耐腐蚀存在问题，其应用范围受到了限制。对于不锈钢由于其化学稳定性较好可以直接进行PVD加工，而对于硬度高重量轻有着广泛应用的的铝合金来说由于其耐腐蚀性能差，就不能够直接进行PVD加工。因此几十年以来对于铝合金只能采用对环境污染严重的水电镀、阳极氧化方法打底。
目前通常存在着两种铝合金基材的表面防镀层的方式，第一种首先在铝合金表面进行阳极氧化生成一层厚厚的Al2O3膜层(50μm以上).然后再进行PVD；第二种方式是，采用电镀法进行一层Ni或铬镀层再进行PVD。
以上现有技术中，铝合金基材的镀膜，部分技术是先在铝合金上用硫酸和其他一些化学试剂对铝合金进行阳极氧化一层比较厚(≧40μm)的硬质Al2O3后再进行PVD阳极氧化因而严重污染环境。另外，由于起耐腐蚀功能性薄膜镀层通常能和氧化铝基材形成一定的化学原电池，导致耐腐蚀性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种铝合金基材的镀膜，该铝合金基材的镀膜具有较高的耐腐蚀性，较为环保。
一种铝合金基材的镀膜，包括镀覆于铝合金基材的二氧化硅的隔绝层和镀覆于所述隔绝层的耐腐蚀功能性薄膜镀层。
进一步地，所述隔绝层为PVD层。
进一步地，所述隔绝层和耐腐蚀功能性薄膜镀层均为多层，所述隔绝层和耐腐蚀功能性薄膜镀层交替间隔地叠加。
进一步地，所述隔绝层的层数为1～10层。
进一步地，所述隔绝层的厚度为1～4μm。
进一步地，所述耐腐蚀功能性薄膜镀层的材料为氮化铬、碳化钛、碳氮化铬和氮化钛的一种或多种。
进一步地，所述隔绝层采用中频磁控溅射所获得。
进一步地，所述耐腐蚀功能性薄膜镀层为PVD镀层。
进一步地，所述二氧化硅为无定型二氧化硅。
进一步地，还包括叠加设置于所述耐腐蚀功能性薄膜镀层表面的AF膜AF膜。
本发明的铝合金基材的镀膜，二氧化硅能作为电子隔绝层，其阻断了耐腐蚀功能性薄膜镀层和铝合金基材的金属铝之间的电子流传递，防止了电化学腐蚀，提高了镀膜的耐腐蚀性。另外，避免了现有技术因预镀三氧化二铝的工序所导致的环境污染，更为环保。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解地是，以下附图仅示出了本发明的铝合金基材的镀膜的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的铝合金基材的镀膜的结构示意图。
主要元件符号说明：
100—镀膜；20—隔绝层；30—耐腐蚀功能性薄膜镀层；40—AF膜。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对铝合金基材的镀膜进行更全面的描述。附图中给出了铝合金基材的镀膜的首选实施例。但是，铝合金基材的镀膜可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对铝合金基材的镀膜的公开内容更加透彻全面。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本文公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
此外，本文要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
请参阅图1。本发明实施例的铝合金基材的镀膜100，包括镀覆于铝合金基材的二氧化硅的隔绝层20和镀覆于所述隔绝层20的耐腐蚀功能性薄膜镀层30。
上述二氧化硅的隔绝层20的作用是阻隔电子流的传递。铝合金基材所含有的铝属于活泼金属，在铝合金表面直接镀非金属物的耐腐蚀功能性薄膜镀层30，会使耐腐蚀功能性薄膜镀层30中的金属元素产生原电池效应，因此铝合金表面很快就会出现腐蚀。本发明的隔绝层20阻绝了原电池中的电子流的传递，从根源上避免了原电池效应的发生，从而提高了镀膜100的耐腐蚀性。
隔绝层20的二氧化硅为酸性氧化物，是一种很稳定的硅化合物，不溶于水和酸(除HF)。二氧化硅可与多种金属氧化物在一定温度下结合形成不同组分的无间隙的玻璃体，由此达到了一定的耐腐蚀作用。
上述隔绝层20和耐腐蚀功能性薄膜镀层30可以为一层，但也可以均为多层，优选为多层。多层隔绝层20和耐腐蚀功能性薄膜镀层30所达到的作用是，能够使隔绝层20和耐腐蚀功能性薄膜镀层30中所存在的柱状结构的缺陷孔无法形成贯通状态，从而提高镀膜100的整体的耐腐蚀和耐冲击性。
这里，多层的隔绝层20的层数为1～10层，例如2层、5层等。
在隔绝层20和耐腐蚀功能性薄膜镀层30均为多层的实施方案中，隔绝层20和耐腐蚀功能性薄膜镀层30交替间隔地叠加设置。交替间隔设置能够释放隔绝层20的应力，增加镀膜100的整体牢固度。
此处，“叠加设置”可以理解的是指多个具有层结构的物件(例如薄膜等)采用一者贴合于另一者表面的堆叠方式。以A、B、C、D依次叠加设置为例，是指A的一个表面设置B、B的表面设置C、C的表面设置D，即按照某一方向(例如从上至下)，A、B、C、D依次排列。
上述交替间隔是指非A—B的排布形式，诸如A—B—A—B—A—……(间隔一个B)、A—B—B—A—B—B—A(间隔二个B)等间隔三个B，或者间隔多个A等，此处，A、B表示为隔绝层20和耐腐蚀功能性薄膜镀层30。于本发明中，交替间隔的较为优选的实施方式是A—B—A—B—A—……。
隔绝层20的厚度为1～4μm，例如1μm、1.2μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、3.8μm或4μm等。
隔绝层20的二氧化硅较为优选为无定型二氧化硅。无定型二氧化硅中的部分原子含有悬空键(dangling bond)，这些悬空键对硅作为导体的性质有很大的负面影响，即更好地阻滞电子的流动。此外，可以提高隔绝层20的层结构致密性，避免外界的湿气等杂质渗入隔绝层20中所导致其对电子的隔绝性降低。另外，无定型二氧化硅，相比于晶体形二氧化硅，由于其不存在结晶状态，因此避免了晶体状态通常难以避免地存在晶型缺陷或空穴所导致的绝缘性降低，具有更佳的对电子的阻隔性。
隔绝层20的二氧化硅的纯度较佳为纯度较高，其中不能混有SiO和Si。
本发明的镀膜100还可包括叠加设置于所述耐腐蚀功能性薄膜镀层30表面的AF膜40。AF膜40的作用是防指纹以及隔绝外界电解质，以增强镀膜100的耐腐蚀性。此处，AF膜40即高透防指纹AF膜。
上述，耐腐蚀功能性薄膜镀层30的材料可列举出氮化铬、碳化钛、碳氮化铬和氮化钛的一种或多种。
隔绝层20的镀的方式优选为PVD。
此处，PVD是指物理气相沉积，是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。它的作用是可以使某些有特殊性能(强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等)的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。
PVD可以为真空蒸发、溅射、离子镀(空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀)，优选为磁控溅射。
此处，磁控溅射是指在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。
本发明的隔绝层20获得优选为中频双回转孪生靶磁控溅射。这里，中频双回转孪生靶磁控溅射是采用中频电源并且双回转方式的靶转的孪生靶磁控溅射。孪生靶磁控溅射是指将双向交变电压施加于磁控溅射两个相邻的靶上的磁控溅射。中频孪生靶溅射技术有以下作用：1)有高的沉积速率。中频溅射时靶功率密度是直流时的三倍情况下可以得到十倍的沉积速率；2)膜内缺陷低。由于消除了打火现象膜内缺陷比直流溅射时低几个数量级；3)膜内应力低，与基体结合力强。由于中频溅射时到达基体的原子能量高于直流溅射，因此沉积时基体温升高，形成的膜较致密；4)连接简单。中频溅射时电源与靶的连接比射频(13.56MHz)溅射容易，后者需要复杂的阻抗匹配。
可列举出一种中频双回转孪生靶磁控溅射的具体实现形式：中频双回转孪生靶磁控溅射可采用本领域熟知的操作方式进行，较好地，当抽真空度抽到0.08Pa时，通入工作气体氩气(Ar)，在0.5Pa状态下开启Si靶进行溅射，这时靶材原子或离子被溅射出来，与同时通入的反应气体氧气(O2)进行反应，生成氧化物(即：SiO2)沉积到工件表面而形成膜层。
对于耐腐蚀功能性薄膜镀层30其可优选为PVD法。可提供一种PVD法的具体工艺参数：当抽真空度抽到0.08Pa时，通入工作气体氩气(Ar)，在0.3Pa状态下开启Cr弧靶进行离子镀，这时靶材以离子状态被蒸发出来，通过一定的能量及运动轨迹而最终沉积到工件表面形成膜层。
为了进一步地提高隔绝层20同铝合金基材的结合力，可对基材进行以超声波碳氢清洗。碳氢清洗指采用碳氢清洗剂饱和链烃进行清洗能力采取超声波方法进行清洗的时间可为10min，功率为20KW。
实施例1
以玻璃为基材，从最靠近基材的那一层编号为1，依次对层数进行编号。
实施例2
以玻璃为基材，从最靠近基材的那一层编号为1，依次对层数进行编号。
层号 镀层材料
1 二氧化硅
2 碳化钛
3 二氧化硅
4 碳化钛
5 二氧化硅
6 氮化钛
7 二氧化硅
8 氮化钛
9 二氧化硅
实施例3
以玻璃为基材，从最靠近基材的那一层编号为1，依次对层数进行编号。
对比例
以玻璃为基材，从最靠近基材的那一层编号为1，依次对层数进行编号。
层号 镀层材料
1 碳化钛
2 氮化铬
3 氮化铬
4 碳化钛
5 氮化钛
6 AF膜
对以上实施例和对比例使用公知的方法进行耐摩擦测试、盐雾测试和人工汗测试，测试结果如下：
本发明的铝合金基材的镀膜具有以下优势：
1、不采用污染环境严重的阳极氧化和水电镀，直接在铝合金基底上进行PVD，可以有效地防腐蚀耐盐雾和人工汗等。
2、采用无定型二氧化硅薄膜作为隔离层，阻断铝和其他膜层中的金属元素的电子迁移，防止了原电池效应的发生。从而实现了铝合金基底上直接进行PVD。
3、采用SiO2多层间隔隔离的结构，杜绝原电池效应发生。
4、采用弧源在铝合金基材表面沉积化学稳定性好的铬层，同时保证了与SiO2层的良好的结合力。
5、间隔制作多层SiO2，使得应力大的SiO2的应力得以释放空间，增加了膜层的牢固度。
上述未述及之处，适用于现有技术。
尽管以上较多使用了表示结构的术语，例如“隔绝层”、“耐腐蚀功能性薄膜镀层”、等，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种铝合金基材的镀膜，其特征在于，包括镀覆于铝合金基材的二氧化硅的隔绝层和镀覆于所述隔绝层的耐腐蚀功能性薄膜镀层，所述二氧化硅为无定型二氧化硅，所述隔绝层用于阻断所述耐腐蚀功能性薄膜镀层和所述铝合金基材的金属铝之间的电子流传递；
所述耐腐蚀功能性薄膜镀层的材料为氮化铬、碳化钛、碳氮化铬和氮化钛的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的铝合金基材的镀膜，其特征在于，所述隔绝层为PVD层。
3.根据权利要求1所述的铝合金基材的镀膜，其特征在于，所述隔绝层和耐腐蚀功能性薄膜镀层均为多层，所述隔绝层和耐腐蚀功能性薄膜镀层交替间隔地叠加。
4.根据权利要求1所述的铝合金基材的镀膜，其特征在于，所述隔绝层的层数为1～10层。
5.根据权利要求1所述的铝合金基材的镀膜，其特征在于，所述隔绝层的厚度为1～4μm。
6.根据权利要求1所述的铝合金基材的镀膜，其特征在于，所述隔绝层采用中频磁控溅射所获得。
7.根据权利要求1所述的铝合金基材的镀膜，其特征在于，所述耐腐蚀功能性薄膜镀层为PVD镀层。
8.根据权利要求1所述的铝合金基材的镀膜，其特征在于，还包括叠加设置于所述耐腐蚀功能性薄膜镀层表面的AF膜。
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