CN112899625A - 一种3c铝制件表面处理的pvd真空镀膜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，包含以下步骤：将铝制件清洗后放入真空室内加热烘干，随后向真空室内通入氩气，对铝制件进行离子清洗；离子清洗后，关闭氩气、辅助偏压，调整真空室的真空度；向真空室内通入氩气使真空度维持在10‑1 Pa数量级的动态平衡压强；依次为铝制件镀上Cr基层镀层、CrN第一过渡层、CrSiN第二过渡层和Cr第三过渡层；完成铝制件表面处理，此时铝制件的颜色为银色；换真空室，采用中频电源作为溅射电源，以多弧离子镀或真空平面磁控溅射镀工艺为铝制件镀上颜色层。本发明采用物理气相沉积原理对铝制件表面处理，该工艺过制程短，生产无污染，环保安全，且能耗水耗低，良品率高。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜技术领域，具体涉及一种3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺。
背景技术
现有技术中的型材CNC加工3C铝制件和压铸加工3C铝制件，其表面处理模式主要以阳极氧化及无镍盐封孔为主，再进行表面涂装，而阳极氧化及涂装表面处理在生产过程中需要添加大量的酸性、碱性化学品和染色剂、油漆等涂装化学品，工艺制程长，需控制的参数多，对环境污染大，能耗水耗高。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件清洗后放入真空室内加热烘干，随后向真空室内通入氩气使其内真空度达到(5.0-8.0)*10-1Pa，对铝制件进行离子清洗；通入氩气的目的在于使真空室内通电后能够形成等离子体，
步骤2、离子清洗后，关闭氩气、辅助偏压，调整真空室的真空度至(1.0-3.0)*10- 3Pa；
再次向真空室内通入氩气使真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强，以保证粒子的自由程适中，所带的能量不会因自由程变短而减小；
采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，使粒子的能量变强、聚拢，进而提高整个真空室内产品膜层质量的均匀性；溅射电源采用中频电源，使粒子在等离子体内充分被离化，提高溅射的效率；依次为铝制件镀上Cr基层镀层、CrN第一过渡层、CrSiN第二过渡层和Cr第三过渡层；
其中Cr基层镀层用于改善铝制件的表面性能，减少不同产品之间的差异性；CrN第一过渡层用于增加膜层的硬度，提高膜层的耐磨性能；CrSiN第二过渡层用于降低膜层的摩擦系数并提升膜层的致密性，提升膜层的耐腐蚀性；Cr第三过渡层用于为后续镀颜色层做准备，同时增加膜层厚度；
完成铝制件表面处理，此时铝制件的颜色为银色；
步骤3、随后换真空室，采用中频电源作为溅射电源，以多弧离子镀或者真空平面磁控溅射镀的方式，为铝制件镀上颜色层。
进一步地，步骤1中铝制件清洗后的烘干条件为：真空度为(3.0-6.0)*10-3Pa，加热温度为100-200℃，加热时间为30-60min；离子清洗的条件为：辅助偏压电压为200-600V，离子清洗时间为20-60min。
进一步地，步骤2中基层镀膜Cr镀膜过程中，铬靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，镀膜时间为10-30min，辅助偏压电压为50-100V，真空室温度为100-150℃。
进一步地，步骤2中第一过渡层CrN层数为1-4层，单层的时间控制在10-30min，铬靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，真空室温度为100-150℃。
进一步地，步骤2中第二过渡层CrSiN层数为1-3层，单层的时间控制在10-30min，铬靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，硅靶靶电流为10-30A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，真空室温度为100-150℃。
进一步地，步骤2中第三镀层Cr层时间为15-35min，铬靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，真空室温度为100-150℃。
进一步地，步骤3中以TiC黑色镀层将铝制件镀成黑色，TiC层数为10-30层，单层时间控制在5-10min；其中钛靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，碳氢气体流量为20-200SCCM。
进一步地，步骤3中以TiN颜色镀层将铝制件镀成金色，TiN层数控制在5-20层，单层时间控制在5-10min；其中钛靶靶电流20-40A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，氮气流量为10-100SCCM。
进一步地，步骤3中采用硅靶+钛(或锆或铌)靶为铝制件镀上渐变颜色层，硅靶+钛(或锆或铌)靶层数控制在5-20层，单层时间控制在5-30min；预先向真空室内通入氧气，使靶材与氧气反应形成氧化物以实现不同颜色的镀膜，氧气量为20-200SCCM，控制硅靶和钛(或锆或铌)靶的靶电流15-40A，辅助偏压电压为0-20V。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：本发明的一种3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，采用物理气相沉积(即PVD)的原理，以真空平面磁控溅射镀膜的方式对铝制件进行表面处理，该工艺过程制程短，原材料以惰性气体和固体金属靶材为主，生产过程无污染，环保安全，且能耗水耗低，良品率高。
附图说明
图1为本发明实施例的剖面结构示意图。
图中：1—铝制件、2—基层镀层、3—第一过渡层、4—第二过渡层、5—第三过渡层、6—颜色层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的多个实施例和附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
实施例1：
一种银色3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件1清洗进炉后，放入真空度为3*10-3Pa的真空室内烘干，烘干温度为200℃，时间为30min；随后向真空室内通入氩气使其真空度达到8*10-1Pa，对铝制件1进行离子清洗，离子清洗的辅助偏压电压为200V，离子清洗时间为60min；
步骤2、离子清洗后，关闭氩气和辅助偏压，抽真空至真空室的真空度达到1.0*10- 3Pa；通入氩气使真空室真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强，采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，溅射电源采用中频电源，为铝制件1镀膜；
首先，基层镀层2Cr层，其中铬靶靶电流为40A，靶电压为300V，镀膜时间为30min，辅助偏压电压为50V，真空室温度为150℃；
其次，第一过渡层3CrN层，CrN层为单层，单层镀膜时间为30min，铬靶靶电流为20A，铬靶靶电压600V，辅助偏压电压为10V，真空室温度为150℃；
再次，第二过渡层4CrSiN层，CrSiN层数为3层，单层镀膜时间为10min，铬靶靶电流为40A，铬靶靶电压为300V，硅靶靶电流为30A，硅靶靶电压为300，辅助偏压电压为100V，真空室温度为100℃；
最后，第三镀层5Cr层，镀膜时间为15min，铬靶靶电流为40A，铬靶电压为300V，辅助偏压电压为100V，真空室温度为100℃；
完成铝制件1表面镀膜处理，此时铝制件1的颜色为银色。
实施例2：
一种黑色3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件1清洗进炉后，放入真空度为5.5*10-3Pa的真空室内烘干，烘干温度为120℃，时间为55min；随后向真空室内通入氩气使其真空度达到5.8*10-1Pa，对铝制件1进行离子清洗，离子清洗的辅助偏压电压为500V，离子清洗时间为28min；
步骤2、离子清洗后，关闭氩气和辅助偏压，抽真空至真空室的真空度达到2.8*10- 3Pa；通入氩气使真空室真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强，采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，溅射电源采用中频电源，为铝制件1镀膜；
首先，基层镀层2Cr层，其中铬靶靶电流为25A，靶电压为483V，镀膜时间为16min，辅助偏压电压为90V，真空室温度为120℃；
其次，第一过渡层3CrN层，CrN层数为4层，单层镀膜时间为16min，铬靶靶电流为38A，铬靶靶电压350V，辅助偏压电压为80V，真空室温度为120℃；
再次，第二过渡层4CrSiN层，CrSiN层数为3层，单层镀膜时间为16min，铬靶靶电流为38A，铬靶靶电压为350V，硅靶靶电流为28A，硅靶靶电压为350，辅助偏压电压为80V，真空室温度为120℃；
最后，第三镀层5Cr层，镀膜时间为32min，铬靶靶电流为25A，铬靶电压为483V，辅助偏压电压为30V，真空室温度为142℃；
完成铝制件1表面镀膜处理，此时铝制件1的颜色为银色,；
步骤3、随后换真空室，采用真空平面磁控溅射镀工艺，中频电源作为溅射电源，以TiC镀层为黑色颜色层6将铝制件1镀色成黑色；TiC层数为10层，单层镀膜时间为10min，钛靶靶电流为20A，靶电压为600V，辅助偏压电压为20V，碳氢气体流量为200SCCM，即形成如图1所示的铝制件1镀层结构。
实施例3
一种黑色3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件1清洗进炉后，放入真空度为6*10-3Pa的真空室内烘干，烘干温度为100℃，时间为60min；随后向真空室内通入氩气使其真空度达到5*10-1Pa，对铝制件1进行离子清洗，离子清洗的辅助偏压电压为600V，离子清洗时间为20min；
步骤2、离子清洗后，关闭氩气和辅助偏压，抽真空至真空室的真空度达到3*10- 3Pa；通入氩气使真空室真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强，采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，溅射电源采用中频电源，为铝制件1镀膜；
首先，基层镀层2Cr层，其中铬靶靶电流为20A，靶电压为600V，镀膜时间为10min，辅助偏压电压为100V，真空室温度为100℃；
其次，第一过渡层3CrN层，CrN层数为4层，单层镀膜时间为10min，铬靶靶电流为40A，铬靶靶电压300V，辅助偏压电压为100V，真空室温度为100℃；
再次，第二过渡层4CrSiN层，CrSiN层为单层，单层镀膜时间为30min，铬靶靶电流为20A，铬靶靶电压为600V，硅靶靶电流为10A，硅靶靶电压为600，辅助偏压电压为10V，真空室温度为150℃；
最后，第三镀层5Cr层，镀膜时间为35min，铬靶靶电流为20A，铬靶电压为600V，辅助偏压电压为10V，真空室温度为150℃；
完成铝制件1表面镀膜处理，此时铝制件1的颜色为银色；
步骤3、随后换真空室，采用多弧离子镀工艺，中频电源作为溅射电源，以TiC镀层为黑色颜色层6将铝制件1镀色成黑色；TiC层数为30层，单层镀膜时间为5min，钛靶靶电流为40A，靶电压为300V，辅助偏压电压为90V，碳氢气体流量为20SCCM。
实施例4
一种金色3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件1清洗进炉后，放入真空度为3.5*10-3Pa的真空室内烘干，烘干温度为180℃，时间为35min；随后向真空室内通入氩气使其真空度达到7.5*10-1Pa，对铝制件1进行离子清洗，离子清洗的辅助偏压电压为240V，离子清洗时间为53min；
步骤2、离子清洗后，关闭氩气和辅助偏压，抽真空至真空室的真空度达到1.2*10- 3Pa；通入氩气使真空室真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强，采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，溅射电源采用中频电源，为铝制件1镀膜；
首先，基层镀层2Cr层，其中铬靶靶电流为38A，靶电压为341V，镀膜时间为28min，辅助偏压电压为58V，真空室温度为146℃；
其次，第一过渡层3CrN层，CrN层单层，单层镀膜时间为28min，铬靶靶电流为25A，铬靶靶电压500V，辅助偏压电压为23V，真空室温度为146℃；
再次，第二过渡层4CrSiN层，CrSiN层数为2层，单层镀膜时间为25min，铬靶靶电流为28A，铬靶靶电压为460V，硅靶靶电流为18A，硅靶靶电压为460，辅助偏压电压为40V，真空室温度为135℃；
最后，第三镀层5Cr层，镀膜时间为18min，铬靶靶电流为38A，铬靶电压为341V，辅助偏压电压为90V，真空室温度为110℃；
完成铝制件1表面镀膜处理，此时铝制件1的颜色为银色；
步骤3、随后换真空室，采用真空平面磁控溅射镀工艺，中频电源作为溅射电源，以TiN颜色镀层为颜色层6将铝制件1镀成金色，TiN层数为5层，单层时间控制在10min；其中钛靶靶电流20A，靶电压为600V，辅助偏压电压为10V，氮气流量为100SCCM。
实施例5
一种金色3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件1清洗进炉后，放入真空度为4*10-3Pa的真空室内烘干，烘干温度为170℃，时间为40min；随后向真空室内通入氩气使其真空度达到7*10-1Pa，对铝制件1进行离子清洗，离子清洗的辅助偏压电压为300V，离子清洗时间为48min；
步骤2、离子清洗后，关闭氩气和辅助偏压，抽真空至真空室的真空度达到1.6*10- 3Pa；通入氩气使真空室真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强，采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，溅射电源采用中频电源，为铝制件1镀膜；
首先，基层镀层2Cr层，其中铬靶靶电流为34A，靶电压为375V，镀膜时间为25min，辅助偏压电压为67V，真空室温度为135℃；
其次，第一过渡层3CrN层，CrN层数为2层，单层镀膜时间为25min，铬靶靶电流为28A，铬靶靶电压460V，辅助偏压电压为40V，真空室温度为135℃；
再次，第二过渡层4CrSiN层，CrSiN层为单层，单层镀膜时间为28min，铬靶靶电流为25A，铬靶靶电压为500V，硅靶靶电流为16A，硅靶靶电压为500，辅助偏压电压为23V，真空室温度为146℃；
最后，第三镀层5Cr层，镀膜时间为22min，铬靶靶电流为34A，铬靶电压为375V，辅助偏压电压为79V，真空室温度为120℃；
完成铝制件1表面镀膜处理，此时铝制件1的颜色为银色；
步骤3、随后换真空室，采用多弧离子镀工艺，中频电源作为溅射电源，以TiN颜色镀层为颜色层6将铝制件1镀成金色，TiN层数为20层，单层时间控制在5min；其中钛靶靶电流40A，靶电压为300V，辅助偏压电压为100V，氮气流量为10SCCM。
实施例6
一种渐变色3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件1清洗进炉后，放入真空度为4.5*10-3Pa的真空室内烘干，烘干温度为150℃，时间为45min；随后向真空室内通入氩气使其真空度达到6.7*10-1Pa，对铝制件1进行离子清洗，离子清洗的辅助偏压电压为360V，离子清洗时间为42min；
步骤2、离子清洗后，关闭氩气和辅助偏压，抽真空至真空室的真空度达到1.9*10- 3Pa；通入氩气使真空室真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强，采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，溅射电源采用中频电源，为铝制件1镀膜；
首先，基层镀层2Cr层，其中铬靶靶电流为30A，靶电压为400V，镀膜时间为20min，辅助偏压电压为74V，真空室温度为130℃；
其次，第一过渡层3CrN层，CrN层数为3层，单层镀膜时间为20min，铬靶靶电流为30A，铬靶靶电压421V，辅助偏压电压为57V，真空室温度为130℃；
再次，第二过渡层4CrSiN层，CrSiN层数为2层，单层镀膜时间为20min，铬靶靶电流为30A，铬靶靶电压为421V，硅靶靶电流为20A，硅靶靶电压为430，辅助偏压电压为57V，真空室温度为130℃；
最后，第三镀层5Cr层，镀膜时间为27min，铬靶靶电流为30A，铬靶电压为400V，辅助偏压电压为65V，真空室温度为128℃；
完成铝制件1表面镀膜处理，此时铝制件1的颜色为银色；
步骤3、随后换真空室，采用真空平面磁控溅射镀工艺，中频电源作为溅射电源，采用硅靶+钛(或锆或铌)靶为铝制件1镀上渐变颜色层6，硅靶+钛(或锆或铌)靶层数为5层，单层时间控制在30min；预先向真空室内通入氧气，氧气量为20SCCM，控制硅靶和钛(或锆或铌)靶的靶电流40A，辅助偏压电压为1V。
实施例7
一种渐变色3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件1清洗进炉后，放入真空度为5*10-3Pa的真空室内烘干，烘干温度为140℃，时间为50min；随后向真空室内通入氩气使其真空度达到6.2*10-1Pa，对铝制件1进行离子清洗，离子清洗的辅助偏压电压为400V，离子清洗时间为35min；
步骤2、离子清洗后，关闭氩气和辅助偏压，抽真空至真空室的真空度达到2.3*10- 3Pa；通入氩气使真空室真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强，采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，溅射电源采用中频电源，为铝制件1镀膜；
首先，基层镀层2Cr层，其中铬靶靶电流为28A，靶电压为438V，镀膜时间为18min，辅助偏压电压为80V，真空室温度为127℃；
其次，第一过渡层3CrN层，CrN层数为3层，单层镀膜时间为18min，铬靶靶电流为34A，铬靶靶电压398V，辅助偏压电压为62V，真空室温度为127℃；
再次，第二过渡层4CrSiN层，CrSiN层数为3层，单层镀膜时间为18min，铬靶靶电流为34A，铬靶靶电压为387V，硅靶靶电流为25A，硅靶靶电压为379，辅助偏压电压为62V，真空室温度为127℃；
最后，第三镀层5Cr层，镀膜时间为30min，铬靶靶电流为28A，铬靶电压为426V，辅助偏压电压为50V，真空室温度为135℃；
完成铝制件1表面镀膜处理，此时铝制件1的颜色为银色；
步骤3、随后换真空室，采用多弧离子镀工艺，中频电源作为溅射电源，采用硅靶+钛(或锆或铌)靶为铝制件1镀上渐变颜色层6，硅靶+钛(或锆或铌)靶层数为20层，单层时间控制在5min；预先向真空室内通入氧气，氧气量为200SCCM，控制硅靶和钛(或锆或铌)靶的靶电流15A，辅助偏压电压为20V。
本发明的一种3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，采用物理气相沉积(即PVD)的原理，以真空平面磁控溅射镀膜的方式对铝制件进行表面处理，该工艺过程制程短，原材料以惰性气体和固体金属靶材为主，生产过程无污染，环保安全，且能耗水耗低，良品率高。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、将铝制件清洗后放入真空室内加热烘干，随后向真空室内通入氩气使其内真空度达到(5.0-8.0)*10-1Pa，对铝制件进行离子清洗；
步骤2、离子清洗后，关闭氩气、辅助偏压，调整真空室的真空度至(1.0-3.0)*10-3Pa；
再次向真空室内通入氩气使真空度维持在10-1Pa数量级的动态平衡压强；
采用真空平面磁控溅射镀膜工艺，溅射电源采用中频电源，依次为铝制件镀上Cr基层镀层、CrN第一过渡层、CrSiN第二过渡层和Cr第三过渡层；
完成铝制件表面处理，此时铝制件的颜色为银色；
步骤3、随后换真空室，采用中频电源作为溅射电源，以多弧离子镀或者真空平面磁控溅射镀的方式，为铝制件镀上颜色层。
2.根据权利要求1所述的3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，步骤1中铝制件清洗后的烘干条件为：真空度为(3.0-6.0)*10-3Pa，加热温度为100-200℃，加热时间为30-60min；离子清洗的条件为：辅助偏压电压为200-600V，离子清洗时间为20-60min。
3.根据权利要求1所述的3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，步骤2中基层镀膜Cr镀膜过程中，铬靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，镀膜时间为10-30min，辅助偏压电压为50-100V，真空室温度为100-150℃。
4.根据权利要求1所述的3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，步骤2中第一过渡层CrN层数为1-4层，单层的时间控制在10-30min，铬靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，真空室温度为100-150℃。
5.根据权利要求1所述的3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，步骤2中第二过渡层CrSiN层数为1-3层，单层的时间控制在10-30min，铬靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，硅靶靶电流为10-30A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，真空室温度为100-150℃。
6.根据权利要求1所述的3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，步骤2中第三镀层Cr层时间为15-35min，铬靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，真空室温度为100-150℃。
7.根据权利要求1所述的3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，步骤3中以TiC黑色镀层将铝制件镀成黑色，TiC层数为10-30层，单层时间控制在5-10min；其中钛靶靶电流为20-40A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，碳氢气体流量为20-200SCCM。
8.根据权利要求1所述的3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，步骤3中以TiN颜色镀层将铝制件镀成金色，TiN层数控制在5-20层，单层时间控制在5-10min；其中钛靶靶电流20-40A，靶电压为300-600V，辅助偏压电压为10-100V，氮气流量为10-100SCCM。
9.根据权利要求1所述的3C铝制件表面处理的PVD真空镀膜工艺，其特征在于，步骤3中采用硅靶+钛(或锆或铌)靶为铝制件镀上其他颜色镀层，硅靶+钛(或锆或铌)靶层数控制在5-20层，单层时间控制在5-30min；预先向真空室内通入氧气，氧气量为20-200SCCM，控制硅靶和钛(或锆或铌)靶的靶电流15-40A，辅助偏压电压为0-20V。
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