CN110760798A - 电子产品壳体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料表面镀膜领域，公开了一种电子产品壳体及其制备方法。所述电子产品壳体包括基材、设于基材表面的铝铬过渡层和设于铝铬过渡层表面的类金刚石层。通过上述技术方案，本发明可降低DLC应力，改善其物理力学性能，并保持DLC本身良好的耐腐蚀，高硬度特性，进而提高了DLC与含硅基材之间的结合力。

Description

电子产品壳体及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料表面镀膜领域，具体涉及一种电子产品壳体及其制备方法。
背景技术
类金刚石(DLC)是近来兴起的一种以sp3和sp2键的形式结合生成的亚稳态材料，兼具了金刚石和石墨的优良特性，具有高硬度、高电阻率。良好抗腐蚀能力以及优秀的摩擦学特性。因此，类金刚石膜(DLC)可以用来改善工件表面的硬度，但是DLC本身应力比较大，与含硅工件(例如，玻璃、陶瓷等)结合效果不好。
例如，现有技术CN104294230A中公开一种高硬度、低应力的多元复合类金刚石涂层，位于基体表面，由类金刚石、第一掺杂元素以及第二掺杂元素组成，所述的第一掺杂元素为铝元素或Cu元素，第二掺杂元素为铬元素或W元素；并且，在所述的多元复合类金刚石涂层中，第一掺杂元素的原子百分比含量为1.56％～4.69％，第二掺杂元素的原子百分比含量为1.56％～4.69％。该发明同时形成的镀掺杂有Al、Cr元素的DLC，而且基体为硬质合金、各类钢材、铝合金、镁合金等特殊基体，对界面匹配性要求较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的DLC与含硅基材的结合力差的问题，提供一种电子产品壳体及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种电子产品壳体，该壳体包括基材、设于基材表面的铝铬过渡层和设于铝铬过渡层表面的类金刚石层。
本发明第二方面提供一种电子产品壳体的制备方法，包括以下步骤：
(1)在真空条件下通入氩气，将铝铬靶材沉积在基材表面，以在基材表面形成铝铬过渡层；
(2)在真空条件下通入氩气，将碳源沉积在铝铬过渡层表面，以在铝铬过渡层表面形成类金刚石层。
本发明第三方面提供一种上述方法制备的电子产品壳体。
通过上述技术方案，本发明可降低DLC应力，改善其物理力学性能，并保持DLC本身良好的高硬度特性，进而提高了DLC与含硅基材之间的结合力。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种电子产品壳体，该壳体包括基材、设于基材表面的铝铬过渡层和设于铝铬过渡层表面的类金刚石层。
在本发明中，发明人发现如果单独用铝作为过渡层，由于铝的本身的性质比较软，使得铬跟基材(例如玻璃)结合效果不好，而选用铝铬合金，铝铬合金的物理性能介于铝与铬之间，硬度也介于铬和铝之间，因此，铝铬合金更适合做过渡层。
在发明中，所述铝铬过渡层中铝和铬元素的原子含量比为3∶7-5∶5，可以进一步提高DLC与含硅基材之间的结合力。
本发明中，铝铬合金的厚度可以在较宽的范围内进行选择，优选的，综合考虑基材与铝铬合金层以及铝铬合金与DLC层之间的结合以及DLC层的硬度，所述铝铬合金层的厚度为10-40nm。
在本发明中，类金刚石层可以为本领域中各种常规的类金刚石层。例如，所述类金刚石层可以由甲烷和石墨形成。优选情况下，所述类金刚石层的厚度为1-2μm。
在本发明中，基材可以为本领域中各种常规的基材。例如，所述基材可以为含硅基材。优选情况下，所述含硅基材可以为玻璃或陶瓷。
本发明还提供了一种电子产品壳体的制备方法，包括以下步骤：
(1)在真空条件下通入氩气，将铝铬靶材沉积在基材表面，以在基材表面形成铝铬过渡层；
(2)在真空条件下通入氩气，将碳源沉积在铝铬过渡层表面，以在铝铬过渡层表面形成类金刚石层。
本发明的一种优选实施方式，在步骤(1)之前，还包括基材的有机溶剂清洗步骤。优选情况下，所述基材为含硅基材；更优选地，所述含硅基材为玻璃或陶瓷。
本发明的一种优选实施方式，在步骤(1)之前，还包括在真空条件下通入氩气，对基材表面和铝铬靶材表面分别进行离子清洗，实现基材表面轰击清洗，表面粗糙化以及铝铬靶材表面的轰击清洗。优选情况下，该实施方式可以在基材的有机溶剂清洗步骤，经干燥后进行。
优选情况下，所述清洗镀底层膜条件为：温度为70-110℃，离子清洗的压力为1×10-3-10×10-3Pa，时间为5-50min。
在本发明中，离子源可以为本领域中各种常规的离子源。例如，所述离子源可以为射频离子源或线性离子源，其工作电压为2.0-5.0kv，离子束流为60-80mA。
在本发明中，步骤(1)中，将铝铬靶材溅射到所述基材表面以进行铝铬过渡层的沉积镀膜，实现铝铬过渡层与含硅基材表面之间的良好结合。
在本发明中，影响溅射成膜速度和质量的因素包括温度、真空度、氩气流量、溅射气压、溅射功率和沉积时间等。优选情况下，所述铝铬靶材的溅射镀膜条件为：温度为70-110℃，氩气流量为400-500sccm，溅射气压为1×10-3-10×10-3Pa，溅射功率8-9kw，沉积时间为5-50min。
在本发明，所述铝铬过渡层中铝和铬元素的原子含量比为3∶7-5∶5，可以进一步提高DLC与含硅基材之间的结合力。
本发明中，铝铬合金的厚度可以在较宽的范围内进行选择，优选的，综合考虑基材与铝铬合金层以及铝铬合金与DLC层之间的结合以及DLC层的硬度，所述铝铬合金层的厚度为10-40nm。
在本发明中，为实现铝铬过渡层与类金刚石层之间良好的结合，步骤(2)中，将碳源沉积在铝铬过渡层表面的条件为：温度为70-110℃，沉积的压力为0.1-0.5Pa，沉积时间为5-50min。
在本发明中，碳源可以为本领域中各种常规的碳源。例如，所述碳源可以为甲烷和石墨。
本发明还提供一种上述方法制备的电子产品壳体。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中：
在没有特别说明的情况下，所用原料均采用市售产品。
实施例1
电子产品壳体的制备方法，工件所用的基材为玻璃手机后壳，所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为5∶5)，包括以下步骤：
(1)将玻璃手机后壳采用乙醇进行超声波清洗，然后用去离子水洗去玻璃手机后壳表面的残留，并在真空环境下烘干；
(2)将玻璃手机后壳放到工件转架上，对机台进行抽真空，压力应低于3.0×10- 3Pa；
(3)将氩气充入机台中，打开转架，在气体稳定后，打开射频离子源，以工作电压为3.0kv，离子束流为70mA，工作时间为20min，温度为80℃，对玻璃手机后壳表面和铝铬靶材表面进行离子清洗；
(4)气源持续供气，氩气流量为400sccm，保持充气稳定，开启铝铬靶材的中频溅射电源，以溅射压力为0.008Pa，溅射功率为9kw，采用中频溅射镀膜对玻璃手机后壳表面进行铝铬膜的沉积，温度为80℃，沉积时间15min，得到铝铬合金膜厚为25nm；
(5)通入CH4气体，调节氩气环境压力为0.3Pa，关闭铝铬靶材溅射电源，只保留石墨靶作为碳源，开始沉积类金刚石膜(DLC)镀膜，温度为80℃，沉积时间为30min，关闭石墨靶，完成掺杂铝铬合金的DLC复合膜的沉积，停止通入氩气，停止转架转动，关闭气路，封闭工作腔，等待工件降温到45℃后取出，制得电子产品壳体，其中掺杂铝铬合金的DLC复合膜厚度为2μm。
实施例2
电子产品壳体的制备方法，工件所用的基材为玻璃手机后壳，所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为5∶5)，包括以下步骤：
(1)将玻璃手机后壳采用乙醇进行超声波清洗，然后用去离子水洗去玻璃手机后壳表面的残留，并在真空环境下烘干；
(2)将玻璃手机后壳放到工件转架上，对机台进行抽真空，压力应低于3.0×10- 3pa；
(3)将氩气充入机台中，打开转架，在气体稳定后，打开射频离子源，以工作电压为2.0kv，离子束流为65mA，工作时间为25min，温度为100℃，对玻璃手机后壳表面和铝铬靶材表面进行离子清洗；
(4)气源持续供气，氩气流量为450sccm，保持充气稳定，开启铝铬靶材的中频溅射电源，以溅射压力为0.005Pa，溅射功率为8kw，采用中频溅射镀膜对玻璃手机后壳表面进行铝铬膜的沉积，温度为100℃，沉积时间30min，得到铝铬合金膜厚为35nm；
(5)通入CH4气体，调节氩气环境压力为0.3Pa，关闭铝铬靶材溅射电源，只保留石墨靶作为碳源，开始沉积类金刚石膜(DLC)镀膜，温度为100℃，沉积时间为20min，关闭石墨靶，完成掺杂铝铬合金的DLC复合膜的沉积，停止通入氩气，停止转架转动，关闭气路，封闭工作腔，等待工件降温到45℃后取出，制得电子产品壳体，其中掺杂铝铬合金的DLC复合膜厚度为2μm。
实施例3
电子产品壳体的制备方法，工件所用的基材为玻璃手机后壳，所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为5∶5)，包括以下步骤：
(1)将玻璃手机后壳采用乙醇进行超声波清洗，然后用去离子水洗去玻璃手机后壳表面的残留，并在真空环境下烘干；
(2)将玻璃手机后壳放到工件转架上，对机台进行抽真空，压力应低于3.0×10- 3pa；
(3)将氩气充入机台中，打开转架，在气体稳定后，打开射频离子源，以工作电压为5.0kv，离子束流为80mA，工作时间为10min，温度为90℃，对玻璃手机后壳表面和铝铬靶材表面进行离子清洗；
(4)气源持续供气，氩气流量为500sccm，保持充气稳定，开启铝铬靶材的中频溅射电源，以溅射压力为0.003Pa，溅射功率为8kw，采用中频溅射镀膜对玻璃手机后壳表面进行铝铬膜的沉积，温度为90℃，沉积时间45min，得到铝铬合金膜厚为40nm；
(5)通入CH4气体，调节氩气环境压力为0.3Pa，关闭铝铬靶材溅射电源，只保留石墨靶作为碳源，开始沉积类金刚石膜(DLC)镀膜，温度为90℃，沉积时间为10min，关闭石墨靶，完成掺杂铝铬合金的DLC复合膜的沉积，停止通入氩气，停止转架转动，关闭气路，封闭工作腔，等待工件降温到45℃后取出，制得电子产品壳体，其中掺杂铝铬合金的DLC复合膜厚度为1μm。
实施例4
按照实施例1的方法制备电子产品壳体，不同的是，所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为3∶7)，制得电子产品壳体，其中铝铬合金膜厚为35nm，掺杂铝铬合金的DLC复合膜厚度为1μm。
实施例5
按照实施例1的方法制备电子产品壳体，不同的是，所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为5∶7)，制得电子产品壳体，其中铝铬合金膜厚为35nm，掺杂铝铬合金的DLC复合膜厚度为1μm。
实施例6
按照实施例1的方法制备电子产品壳体，不同的是，缺少将玻璃手机后壳采用乙醇进行超声波清洗，然后用去离子水洗去玻璃手机后壳表面的残留，并在真空环境下烘干的步骤，制得电子产品壳体，其中铝铬合金膜厚为35nm，掺杂铝铬合金的DLC复合膜厚度为2μm。
对比例1
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体，不同的是，所用靶材为铝靶材，制得电子产品壳体，其中铝铬合金膜厚为15nm,，类金刚石复合膜厚度为2μm。
对比例2
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体，不同的是，铝铬合金膜厚为8nm，制得电子产品壳体。
对比例3
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体，不同的是，铝铬合金膜厚为55nm，制得电子产品壳体。
对比例4
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体，不同的是，碳源为甲烷和乙炔，制得电子产品壳体，其中铝铬合金膜厚为15nm,，类金刚石复合膜厚度为1μm。
对比例5
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体，不同的是，开启铝铬靶材的中频溅射电源，同时通入CH4气体，获得Cr/Al多元复合类金刚石涂层，制得电子产品壳体，其中Cr/Al多元复合类金刚石涂层厚度为10nm。
测试例
1、振动摩擦测试
设备型号：振动耐磨试验机R180/530TE-30；
设备频率：50±0.5HZ；
设备振幅:P1～P6点振幅均值1.65±0.1mm。
具体测试步骤如下：
A、准备3份RKF 10K(黄色圆锥体)和1份RKK15P(绿色棱锥体)，共约15L，加入到振动摩擦设备(ROSLER)研磨槽内；
B、用移液管吸取FC120 10ml，并加水到500ml,加入研磨槽内；
C、加入0.5L水到研磨槽内；测试过程中每隔30min加水0.5L,FC12010ml；
D、实施例1-6的样品和对比例1-5的样品分别安装在整机上，放入振动摩擦测试设备进行测试，测试2小时。
经测试，实施例1的测试结果为：无明显划伤；
实施例2的测试结果为：无明显划伤；
实施例3的测试结果为：无明显划伤；
实施例4的测试结果为：无明显划伤；
实施例5的测试结果为：无明显划伤；
实施例6的测试结果为：无明显划伤；
对比例1的测试结果为：有一点点划伤；
对比例2的测试结果为：有一点点划伤；
对比例3的测试结果为：有一点点划伤；
对比例4的测试结果为：有一点点划伤；
对比例5的测试结果为：有一点点划伤。
实验说明，单独镀铝和镀铝铬合金膜的厚度可使膜层附着和强度受到影响。
2、摩擦系数测试
测试方法：GB 10006-88；
测试仪器：摩擦系数仪MXD-02，载荷200g+/-20g(原有载荷固体重量+固体下方垫聚氨酯人造皮+天平用纸)；天平用纸型号：Parapin(中)，编号：1-4560-02。
评价标准：动摩擦系数基本标准≤0.05，优秀标准≤0.03。
经测试，实施例1的测试结果为：0.022；
实施例2的测试结果为：0.025；
实施例3的测试结果为：0.023；
实施例4的测试结果为：0.026；
实施例5的测试结果为：0.028；
实施例6的测试结果为：0.030；
对比例1的测试结果为：0.041；
对比例2的测试结果为：0.045；
对比例3的测试结果为：0.043；
对比例4的测试结果为：0.048；
对比例5的测试结果为：0.065；
实验结果说明，实施例1-6的摩擦系数测试结果明显比对比例1-5的结果更好。
3、维氏硬度测试
测试仪器：显微维氏硬度计，选择金刚石正四棱锥压头，压力F＝0.3Kgf，保压10s，测试金属表面。具体测试步骤如下：
A、试验前检查外观无异常，无变色、气泡、裂口、脱落等，并用无尘布将样品表面擦拭干净；
B、将样品平放在维氏硬度计载物台上，调整高度，在400x显微镜下聚焦，直至清晰看到样品表面，选择测试参数压力F＝0.3Kgf，保压10s进行测试，在400x-500x倍数下测试压痕对角长度L1和L2；
C、每个样品测试3个位置，计算平均值L1和L2，带入公式计算HV值HV＝0.1891×0.3×9.8/((L1+L2)/2)^2；
经测试，实施例1的测试结果为：1935hv0.05；
实施例2的测试结果为：1935hv0.05；
实施例3的测试结果为：1860hv0.05；
实施例4的测试结果为：1890hv0.05；
实施例5的测试结果为：1900hv0.05；
实施例6的测试结果为：1900hv0.05；
对比例1的测试结果为：1705hv0.05；
对比例2的测试结果为：1850hv0.05；
对比例3的测试结果为：1800hv0.05；
对比例4的测试结果为：1700hv0.05；
对比例5的测试结果为：1553hv0.05。
实验结果说明，实施例1-6的维氏硬度测试结果明显比对比例1-5的结果更好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子产品壳体，其特征在于，该壳体包括基材、设于基材表面的铝铬过渡层和设于铝铬过渡层表面的类金刚石层。
2.根据权利要求1所述的电子产品壳体，其中，所述铝铬过渡层中铝和铬元素的原子含量比为3∶7-5∶5；
优选地，所述铝铬过渡层的厚度为10-40nm。
3.根据权利要求1所述的电子产品壳体，其中，所述类金刚石层由甲烷和石墨形成；
优选地，所述类金刚石层的厚度为1-2μm。
4.根据权利要求1所述的电子产品壳体，其中，所述基材为含硅基材；
优选地，所述含硅基材为玻璃或陶瓷。
5.一种电子产品壳体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在真空条件下通入氩气，将铝铬靶材沉积在基材表面，以在基材表面形成铝铬过渡层；
(2)在真空条件下通入氩气，将碳源沉积在铝铬过渡层表面，以在铝铬过渡层表面形成类金刚石层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在步骤(1)之前，还包括基材的有机溶剂清洗步骤；
优选地，所述基材为含硅基材；更优选地，所述含硅基材为玻璃或陶瓷。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在步骤(1)之前，还包括在真空条件下通入氩气，对基材表面和铝铬靶材表面分别进行离子清洗；
优选地，所述离子清洗条件为：温度为70-110℃，离子清洗的压力为1×10-3-10×10- 3Pa，时间为5-50min；
优选地，所述离子源为射频离子源或线性离子源。
8.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(1)中，将铝铬靶材溅射到所述基材表面以进行铝铬过渡层的沉积镀膜；
优选地，所述铝铬靶材的溅射镀膜条件为：温度为70-110℃，氩气流量为400-500sccm，溅射气压为1×10-3-10×10-3Pa，溅射功率8-9kw，沉积时间为5-50min；
优选地，所述铝铬过渡层中铝和铬元素的原子含量比为3∶7-5∶5；
优选地，所述铝铬过渡层的厚度为10-40nm。
9.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(2)中，将碳源沉积在铝铬过渡层表面的条件为：温度为70-110℃，沉积的压力为0.1-0.5Pa，沉积时间为5-50min；
优选地，所述碳源为甲烷和石墨。
10.权利要求5-9中任意一项所述的方法制备的电子产品壳体。
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