CN1742110B - 表面具有a1n区域的铝材料及其制造方法 - Google Patents

表面具有a1n区域的铝材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种A1N区域的膜厚大、在区域内均匀、与基底金属的密合性高、表面具有A1N区域的铝材料及其制造方法。本发明提供一种表面具有A1N区域的铝材料制造方法，该方法包括：准备具有CuAl2的铝材料工序以及对该铝材料进行等离子体氮化的工序，由此在铝材表面生成氮化铝(A1N)区域。

Description

表面具有A1N区域的铝材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及采用短时间在铝材料表面制造厚的氮化铝膜的方法，及通过该法得到的其表面具有氮化铝厚膜区域的铝材料。
背景技术
此前，有多种方案提出在铝材料或铝合金表面形成氮化铝，提高耐磨性的方法。例如，特开昭60-211061号公报(文献1)公开了一种具有氮化铝层的铝材料制造方法，该法具有：使铝等被处理材料表面活化的工序；以及，使发生辉光放电，把该被处理材料表面离子氮化，在表面形成氮化铝层的工序。
另外，特开平5-179420号公报(文献2)公开了一种改进特开昭60-211061号公报的缺点，即AlN的膜厚小、耐磨性不均匀、AlN与基底金属的密合性不充分等的方法。即，特开平5-179420号公报公开了一种铝等基底金属、在该基底金属表面上具有Al-Ag的金属间化合物层、及在该金属间化合物层上具有AlN层的耐磨性优良的铝材。
然而，文献1如同文献2所记载的那样，能形成的AlN层的膜厚，充其量为十几μm，实际上局限于几μm左右，不能形成足够的膜厚。另外，为形成几μm～十几μm的AlN层，需要长时间例如24小时以上，从成本方面考虑也是不理想的方法。由于所得到的AlN层也不均匀，故得不到所希望的耐磨性。另外，与作为被处理材料的铝的密合性也不好，可观察到剥离现象等，从这点看也得不到所希望的材料。
另外，文献2解决了文献1的部分缺点，但当AlN的膜厚大于10μm时，则产生裂缝等问题(文献2[0036])。另外，由于用Ag作中间层，在成本方面也是不理想的方法。还有，如下所述，在文献2中从选择材料方面看也受到限制。即，(1)铝材料必须含银；(2)含银的中间层必须以“膜状”析出。另外，如这些局限不克服，由于通过该中间层形成AlN，故作为基底金属的铝材料和AlN层的密合强度依赖于该中间层，从而产生丧失机械强度的选择性等问题。
发明内容
本发明的目的是解决表面具有AlN层的铝材料的现有制造方法中产生的问题。
本发明的具体目的是提供一种用短时间来制造表面具有氮化铝区域厚膜的方法。特别是与上述目的不同或除上述目的外，本发明的目的是提供一种AlN区域的膜厚大、在区域内均匀、与基底金属的密合性高、表面具有AlN区域的铝材料制造方法。
另外，与上述目的不同或除上述目的外，本发明又一目的是提供一种表面具有厚膜的AlN区域的铝材料，特别是AlN区域的膜厚大、在区域内均匀、与基底金属的密合性高、表面具有AlN区域的铝材料。
本发明人发现以CuAl2作为AlN的生成及成长核是有效的。即，本发明人提供一种采用具有CuAl2的铝材作为基底金属，在其表面的规定区域内具有AlN区域的铝材。即，本发明人发现下列具体的发明。
一种表面具有AlN区域的铝材料制造方法，该法包括：准备含有CuAl2的铝材料工序以及对该铝材料进行等离子体氮化的工序，通过这些工序在上述铝材表面生成氮化铝(AlN)区域。
在上述[1]中，优选等离子体氮化工序前还具有对铝材料进行溅射处理，除去铝材料表面存在的Al2O3的工序。
在上述[1]或[2]中，优选等离子体氮化工序于-167～630℃，优选-167～550℃，更优选-167～450℃进行。
在上述[1]～[3]的任何一项中，等离子体氮化工序优选包括以下处理工序：在经过活化的第1氮化性气体氛围下，对上述铝材料施加-50V～-50kV的脉冲电压0.1μs～10ms的施加工序以及后续的0.1μs～100ms的施加中止工序构成的处理工序；或者包括施加-50V～-800V的连续直流电压的处理工序。
在上述[4]中，第1氮化性气体优选含有由氮和氢构成的气体的气体，及/或具有氮气和氢气的气体。当为含有由氮和氢构成的气体的气体时，优选NH3、或NH3与惰性气体的混合气体。当为具有氮气和氢气的气体时，优选氮气分压为0.01～40托及氢气分压为0.01～100托。第1氮化性气体更优选的是，氮气∶氢气的分压比为1∶3，及/或氮与氢的摩尔比(N∶H)为1∶3。
在上述[1]～[5]任何一项中，在等离子体氮化工序中，以0.05μm/小时或0.05μm/小时以上的速度，优选以0.5～50μm/小时的速度生成AlN。
在上述[2]～[6]任何一项中，溅射处理工序，优选在经过化学反应活化的第2氮化性气体氛围气下，以上述铝材料作阴极，施加直流电压-50V～-4000V来进行，在第2氮化性气体为氮时，其分压为0.01～20托。
在上述[1]～[7]任何一项中，优选在所得到的铝材料的AlN区域中具有CuAl2。
一种表面具有AlN区域的铝材料，上述AlN区域具有CuAl2。
一种表面具有AlN区域的铝材料，CuAl2在上述AlN区域内细微分散而构成。
在上述[9]或[10]中，AlN区域的厚度为0.1μm或0.1μm以上，优选2～2000μm，更优选4～200μm。
在上述[9]～[11]任何一项中，AlN区域的生成速度为0.05μm/小时或0.05μm/小时以上，优选0.5～50μm/小时。
在上述[9]～[12]任何一项中，AlN区域的维氏硬度(Hv)为4GPa或4GPa以上、优选7～15GPa、更优选7～14GPa。
在上述[9]～[13]任何一项中，AlN区域的导热率为100W/mK或100W/mK以上，优选100～340W/mK。
在上述[9]～[14]任何一项中，AlN区域和铝材料的拉伸断裂强度，为该铝材料的拉伸断裂强度或以上至15GPa或15GPa以下，优选7～11GPa。
一种表面具有AlN区域的铝材料制造方法，其中包括：把含Cu的Al合金在溶化温度下进行因溶化处理的溶化工序；把上述工序得到的合金，在比上述溶化温度更低的时效析出温度下进行加热处理，使CuAl2析出，得到具有CuAl2的铝材料的时效析出工序；以及，对该铝材料进行等离子体氮化的等离子体氮化工序，通过这些工序，在上述铝材料表面生成氮化铝(AlN)区域。
在上述[16]中，等离子体氮化工序可以通过控制其温度而兼作溶化工序和时效析出工序中的任何一种工序或两种工序，特别是可兼作时效析出工序。
在上述[16]或[17]中，在等离子体氮化工序前，优选还具有对铝材料进行溅射处理，除去铝材料表面存在的Al2O3的溅射处理工序。
在上述[18]中，溅射处理工序可通过控制其温度而兼作溶化工序和时效析出工序中的任何一种工序或两种工序，特别是可兼作时效析出工序。
在上述[18]或[19]中，溅射处理工序的温度最好比时效析出温度至少低10℃的温度，优选比时效析出温度低10～50℃的温度，借此，可以使时效析出工序中的CuAl2析出形态几乎无变化。
在上述[16]～[20]任何一项中，等离子体氮化工序于-167～630℃，优选-167～550℃，更优选-167～450℃进行。
在上述[16]～[21]任何一项中，等离子体氮化工序的温度比时效析出温度至少低10℃的温度，优选比时效析出温度低10～50℃的温度。借此，可以使时效析出工序中的CuAl2析出形态几乎无变化。
在上述[16]～[22]任何一项中，等离子体氮化工序优选具有以下处理工序：在经过活化的第1氮化性气体氛围下，对铝材料施加-50V～-50kV的脉冲电压0.1μs～10ms的施加工序和，其后的0.1μs～100ms的施加中止工序的处理工序；或者施加-50V～-800V的连续直流电压的处理工序。
在上述[23]中，第1氮化性气体是优选含有由氮和氢构成的气体的气体，及/或具有氮气和氢气的气体。当为含有由氮和氢构成的气体的气体时，优选NH3或NH3与惰性气体的混合气体。当为具有氮气和氢气的气体时，优选氮气分压为0.01～40托及氢气分压为0.01～100托。更优选第1氮化性气体的氮气∶氢气的分压比为1∶3，及/或氮与氢的摩尔比(N∶H)为1∶3。
在上述[16]～[24]任何一项中，在等离子体氮化工序中AlN以0.05μm/小时或0.05μm/小时以上的速度生成，优选0.5～50μm/小时的速度生成。
在上述[18]～[25]的任何一项中，溅射处理工序，在经过化学反应活化的第2氮化性气体氛围下，以上述铝材料作为阴极施加直流电压-50V～-4000V来进行，而第2氮化性气体优选为氮气，其分压为0.01～20托。
在上述[16]～[26]的任何一项中，在所得到的铝材料的AlN区域中优选具有CuAl2。
附图的简单说明
图1是表示CuAl2存在的Al-6Cu的SEM图像。
图2是表示CuAl2存在的Al-6Cu-0.5Mg的SEM图像。
图3是表示CuAl2存在的Al-6Cu-2Mg的SEM图像。
图4是采用Al-6Cu-0.5Mg合金作为基底金属而制备的B-2(溅射时间：0.5小时)及B-5(溅射时间：2小时)的X线衍射结果(入射角：1°)图。
图5是采用Al-6Cu-0.5Mg合金作为基底金属而制备的B-3及采用Al-6Cu合金而制备的B-6的X线衍射结果(入射角：1°)图。
图6是采用Al-6Cu-0.5Mg合金作为基底金属而制备的B-5及采用Al-6Cu合金而制备的B-7及采用Al-6Cu-2Mg合金而制备的B-8的X线衍射结果(入射角：1°)图。
图7是采用Al-6Cu-0.5Mg合金作为基底金属，通过改变等离子体氮化处理时间而制备的B-1～B-4(时间：2、4、6、8小时)的X线衍射结果(入射角：1°)图。
图8是采用Al-6Cu-0.5Mg合金作为基底金属而制备的B-2(等离子体氮化处理时间：4小时)的SEM截面图。
图9是采用Al-6Cu-0.5Mg合金作为基底金属而制备的B-3(等离子体氮化处理时间：6小时)的SEM截面图。
图10是表示B-2及B-3截面硬度(维氏硬度)的测定结果图。
具体实施方式
下面详细地说明本发明。
本发明提供一种其表面具有AlN区域的铝材料制造方法，该法包括：具有CuAl2的铝材料的准备工序，以及对该铝材料进行等离子体氮化的工序，通过这些工序在上述铝材料表面生成氮化铝(AlN)区域。
本发明人发现，当CuAl2作为AlN的生成及成长核存在于作为基底金属的铝材料上时，可在短时间内有效形成厚的AlN层，并有效形成与基底金属具有密合性的AlN层。
用作基底金属的铝材料，具有CuAl2。铝材料(基底金属)中含有的CuAl2的量，依赖于铝材料表面上形成的所希望的AlN区域面积、等离子体氮化处理条件(例如，处理时间、处理温度)等。用作基底金属的铝材料，把全部铝材料作为100质量％时，其Cu量在55质量％或55质量％以下，优选0.5～6质量％，或者，把全部铝材料作为100体积％时，CuAl2的体积％为10体积％或10体积％以下，优选0.5～6.5体积％的CuAl2。
如上所述，本发明人发现以CuAl2为核使AlN成长。因此，作为AlN成长核的CuAl2，在铝材料(基底金属)中，例如通过均匀分散，AlN以该均匀分散的CuAl2作为核进行成长，因此，通过一定时间的等离子体氮化处理，在铝材料表面的一面可形成均匀厚度的AlN层。另外，作为AlN成长核的CuAl2，在铝材料(基底金属)表面，例如以直线状配置，则在铝材料表面形成直线状或带状AlN层(AlN区域)。
在“具有CuAl2的铝材料的准备工序”中，还可以包含下述工序：当作为基底金属的铝材不含有CuAl2时，为了使之具有CuAl2，对该铝基底金属处理的工序。作为此时所用的不含有CuAl2的铝基底金属，可以举出含铜的铝合金、及含铜和除铜以外的合金元素的铝合金等。另外，“具有CuAl2的铝材料的准备工序”，还包括直接采用具有CuAl2的铝合金工序。
作为含有CuAl2的铝材料，可以举出Al-6Cu、Al-6Cu-0.5Mg、Al-6Cu-2Mg、Al-(0.2-55)Cu-(0.05-1)Ti、Al-(0.2-55)Cu-(0.1-10)Mg-(0.05-1)Ti等，但又不限这些。另外，如上所述，通过处理铝基底金属的工序使之具有CuAl2，也可以设计为把CuAl2配置成各种形状。
还有，当所用的材料不含有CuAl2时，所述“含有CuAl2的铝材料的准备工序”，优选通过下列工序(1)～(4)进行“含有CuAl2的铝材料的准备工序”。即，(1)含Cu的Al合金(Al-Cu合金)的溶制(溶化制造)工序；(2)锻造轧制工序；(3)溶化处理工序；及(4)时效析出处理工序。
在这里，溶化制造工序(1)，是当所用的材料为Al单体、Cu单体等时所用的工序，是获得含Cu的Al合金例如Al-Cu合金的工序。锻造·轧制工序(2)，是把得到的Al合金进行锻造及/或轧制的工序。
另外，溶化处理工序(3)，是把Al合金加热到元素(除Al之外)(例如，Al-Cu合金中的Cu)溶解度或溶解度以上的温度(溶化温度)，使该元素(除Al之外)过饱和地溶解进去，充分固溶终止后，通过骤然冷却，该冷却速度不会产生该元素(除Al之外)或含该元素(除Al之外)的结晶等，常温下制备过饱和的固溶状态的工序。还有，当为Al-Cu等合金时，不经过时效析出处理工序(4)，而通过缓慢降低溶化工序的冷却速度(缓慢冷却)，也可以准备具有CuAl2的铝材料。
另外，时效析出处理工序(4)，是在比溶化工序(3)的溶化温度低的温度下，通过加热保持使CuAl2析出的工序。一般情况下，通过该时效析出处理工序(4)，可以准备具有CuAl2的铝材料。还有，通过下述溅射工序及/或等离子体氮化工序的温度及/或时间等条件，在该工序进行时可使CuAl2析出。因此，下述溅射工序及/或等离子体氮化工序，有时该工序本身，也可作为时效析出处理工序，即“准备具有CuAl2的铝材料的工序”。
还有，铝材料既可以是块状也可以是粉末状。其中，所谓粉末状，意指从平均粒径为1mm左右的片状至平均粒径为1μm的粉末。因此，按照本发明，既可以提供在表面的规定区城有AlN区域的铝粉末状材料，也可以提供在表面的规定区城有AlN区域的铝块状材料。
在铝材料的准备工序之后，接着对该铝进行等离子体氮化的工序。但是，在等离子体氮化前，最好设置有除去铝材料表面存在的Al2O3的工序，例如溅射处理工序。
Al2O3的除去工序，可以采用现有技术中使用的工序。例如，可以举出用氯离子还原、氩离子溅射等，对此工序未作特别限定。但是，在本发明中，从与后面进行的等离子体氮化处理工序的关系考虑，Al2O3的除去工序，优选的是把作为基底金属的铝材料放置在容器内，将该容器抽成真空，然后，在氮化性气体中，优选在1托氮下，用该铝材料作阴极，施加-50V～-4000V的直流电压，时间为1分钟～数小时，对铝材料进行溅射处理。
溅射处理工序，优选在经过化学活化的第2氮化性气体氛围中进行。这里，所谓“第2氮化性气体”，最好是仅为N2气，或N2气和惰性气体(例如Ar气)的混合气体。
还有，如上所述，溅射处理工序，取决于其温度及/或时间等，有时可兼作“时效析出处理工序”，即有时也可兼作“准备具有CuAl2的铝材料工序”。
接着，把铝材料供给等离子体氮化工序。通过该工序在铝材料表面形成氮化铝(AlN)区域。
等离子体氮化工序，也可按下列条件进行。即，温度条件为-167～630℃，优选-167～550℃，更优选-167～450℃下进行。另外，除了温度以外的条件，等离子体氮化工序包括下列工序：在经过活化的第1氮化性气体氛围下，以铝材料作阴极，施加-50V～-50kV(优选-50V～-1000V)的脉冲电压0.1μs～10ms(优选0.1μs～1ms)的施加工序以及后续的施加0.1μs～100ms(优选10μs～100ms)的施加中止工序构成的处理工序；或者施加-50V～-800V的连续直流电压的处理工序。还有，在采用施加工序和施加中止工序的处理工序时，将施加工序和施加中止工序作为一组优选多组进行。处理工序，依赖AlN所希望的厚度，其处理时间不同，但一般处理工序进行0.5小时或0.5小时以上，例如0.5～100小时。
还有，如上所述，等离子体氮化工序，取决于其温度及/或时间等条件，有时可兼作“时效析出处理工序”，即也可兼作“准备具有CuAl2的铝材料工序”。
根据溅射工序及/或等离子体氮化工序的温度，铝材料中的CuAl2可改变其析出状态。即，溅射工序及/或等离子体氮化工序的温度，处于上述时效析出处理工序(4)的温度附近(假定为Tj)，或者，例如比(Tj-10)℃高时，铝材料中的CuAl2可改变其析出状态。因此，在溅射工序及/或等离子体氮化工序中，在不试图改变铝材料中的CuAl2析出状态时，溅射工序及/或等离子体氮化工序的温度，比时效析出处理工序(4)的温度至少低10℃，优选低10～50℃((Tj-10)～(Tj-50)℃)。另一方面，在溅射工序及/或等离子体氮化工序中，为使铝材料中的CuAl2析出状态改变，可以选择依赖于所希望的析出状态的温度。
另外，等离子体氮化工序的氛围气体，优选是第1氮化性气体的氛围。这里，第1氮化性气体优选是具有由氮和氢构成的气体的气体，及/或具有氮气和氢气的气体。所谓“由氮和氢构成的气体”，例如，意指像NH3气等元素N和元素H构成的气体，所谓“具有由氮和氢构成的气体的气体”，例如，意指NH3气和惰性气体(例如Ar气)的混合气体。另外，所谓“具有氮气和氢气的气体”，既可以是仅由H2气及N2气构成的气体，也可以是其中再含有例如惰性气体(例如Ar气)的气体。“具有由氮和氢构成的气体的气体”，优选NH3气，或NH3气和Ar气的混合气。“具有氮气和氢气的气体”，优选氮气分压为0.01～40托及氢气分压为0.01～100托的气体。第1氮化性气体，也可以是例如具有NH3气、H2气及N2气的气体。优选的是，第1氮化性气体的氮气和氢气的分压比为1∶3，或氮和氢的摩尔比为1∶3。
本发明的等离子体氮化工序，在AlN达到0.05μm/小时或0.05μm/小时以上的速度，优选0.5～100μm/小时速度生成。
特别是在等离子体氮化工序的初期阶段(从氮化工序开始至4小时)，AlN的形成速度为10～13μm/小时，但其后阶段(氮化工序后4～6小时)，AlN的形成速度为10～30μm/小时。
通过上述方法，本发明可以提供其表面具有AlN区域的铝材料。
AlN区域的厚度，通过改变上述方法中的各种参数，特别是通过改变等离子体氮化工序的参数，例如通过改变等离子体氮化时间等，可以加以控制。例如，可使AlN区域的厚度例如在0.01μm或0.01μm以上，优选2～2000μm，更优选4～200um。
通过本发明得到的铝材料，其表面具有AlN区域。该AlN区域具有CuAl2。CuAl2在AlN区域内以下述状态存在：与基底金属的铝材料表面呈垂直的柱状状态及/或细微的粒状状态，及/或在形成的AlN区域与作为基底金属的铝材料表面的界面上，呈膜状状态。CuAl2的形态依赖于AlN的形成条件，特别是温度条件。另外，还认为由于CuAl2的存在，可以促进AlN的成长·形成。
在形成的AlN区域和作为基底金属的铝材料表面的界面上CuAl2形成为膜状的物质，可用作散热基板即铝材料层、CuAl2层及AlN层依次形成的物质。即，AlN具有电绝缘性及优良的导热性，且内部的CuAl2及铝材料，由于具有高强度且优良的导热性，故这些层组合的物质可用作散热基板。
另外，本发明提供一种该AlN区域的维氏硬度(Hv)在4GPa或4GPa以上，优选8～15GPa的铝材料。特别是本发明中得到的铝材料，由于AlN区域的厚度大，故不仅AlN表面，而且可以对AlN截面测定维氏硬度。
本发明中得到的AlN区域，与作为基底金属的铝材料的密合性高。例如，AlN区域与作为基底金属的铝材料的拉伸断裂强度，等于或大于该铝材料的拉伸断裂强度，达到15GPa或15GPa以下，优选8～11GPa。还有，在本说明书中，除特别说明外，所谓“AlN区域与作为基底金属的铝材料的拉伸断裂强度”，意指作为基底金属的铝材料的维氏硬度(Hv)和AlN区域的维氏硬度(Hv)之差，并显示出AlN区域从作为基底金属的铝材料上，剥离所必要的强度。
由于AlN的导热率为100～340W/mK，故本发明得到的铝材料，可用作规定区域有AlN区域的散热板。
另外，本发明得到的其表面有AlN区域的铝材料可以用作滑动机械部件、汽车发动机部件、树脂成型试验用模具、半导体用散热基板等。
实施例
下面通过实施例更详细地说明本发明，但本发明又不受这些实施例的限定。
实施例1
准备表1所示铝合金A-1～A-3各约1.3g(尺寸：厚约10mm×约8mm×约6mm)作为基底金属。在进行下述处理前，观察铝合金A-1～A-3的SEM图像的结果如图1～图3所示，均确认有CuAl2。
表1
  铝合金   组成
  A-1   Al-6Cu
  A-2   Al-6Cu-0.5Mg
  A-3   Al-6Cu-2Mg
把各种铝合金放置在密闭容器内，将容器抽至真空后在400℃、1托氮下对铝合金表面进行溅射工序。溅射工序的条件是，铝合金作阴极，直流电压为-250～-270V，0.1～0.2A；时间为0.5小时或2小时。然后，在1托氮(N2)及3托氢(H2)下，把得到的铝合金作阴极，脉冲电压为-200V；0.2A；及在673K条件下进行2小时、4小时、6小时或8小时等离子体氮化处理，得到表面有氮化铝层(AlN)的铝合金B-1～B-8。还有，脉冲电压反复施加16ms和中止施加32ms。铝合金B-1～B-8、所用基底金属的组成、所用溅射时间及等离子体氮化时间示于表2。
表2
  基底金属  溅射时间(h)  等离子体氮化时间(h)   备考
  B-1   Al-6Cu-0.5Mg  0.5  2   图7
  B-2   Al-6Cu-0.5Mg  0.5  4   图4、7
  B-3   Al-6Cu-0.5Mg  0.5  6   图5、7
  B-4   Al-6Cu-0.5Mg   0.5   8   图7
  B-5   Al-6Cu-0.5Mg   2   4   图4
  B-6   Al-6Cu   0.5   6   图5
  B-7   Al-6Cu   2   4   图6
  B-8   Al-6Cu-2Mg   2   4   图6
图4示出采用Al-6Cu-0.5Mg合金制备的B-2(溅射时间：0.5小时)及B-5(溅射时间：2小时)作为基底金属的X线衍射结果(入射角：1°)。B-2、B-5均可以确认AlN的存在。由此可见，除去Al2O3的前处理的溅射时间即使很短，其表面仍可形成AlN。
图5示出采用Al-6Cu合金及Al-6Cu-0.5Mg合金分别制备的B-6(Al-6Cu)及B-3(Al-6Cu-0.5Mg)作为基底金属的X线衍射结果(入射角：1°)。B-3、B-6均可以确认AlN的存在。
图6示出采用Al-6Cu合金、Al-6Cu-0.5Mg合金及Al-6Cu-2Mg合金分别制备的B-7(Al-6Cu)、B-5(Al-6Cu-0.5Mg)及B-8(Al-6Cu-2Mg)作为基底金属的X线衍射结果(入射角：1°)。B-5、B-7、B-8均可以确认AlN的存在。
从图5及图6可知，采用存在CuAl2的铝或铝合金且采用本实施例的方法，可以制备表面具有AlN的材料。
图7示出采用Al-6Cu-0.5Mg合金，等离子体氮化处理时间分别为2小时、4小时、6小时及8小时，制备的B-1～B-4作为基底金属的X线衍射结果(入射角：1°)。从图7可知，当延长处理时间时，Al峰相对变小，AlN峰相对变大。由此可见，在基底金属表面形成了AlN。另外，CuAl2峰在任何处理时间都被确认。被认为是由于不依赖于等离子体氮化处理时间，CuAl2在表面及其附近存在，该CuAl2促进了AlN的形成。
图8及图9分别表示B-2及B-3截面的SEM图像。另外，图10表示测定B-2及B-3截面的硬度(维氏硬度)的结果。图10中横轴表示B-2及B-3离开表面的距离(μm)，纵轴表示维氏硬度(单位GPa)。
从图8、图9及图10可知，B-2(4小时氮化处理)其AlN层的厚度为约40μm，B-3(6小时氮化处理)其AlN层的厚度为约80μm。另外，从图8、图9可知，基底金属与AlN层发生粘接。另外，在图8、图9中可以观察到AlN层中存在白色区域。通过能量分散型X线分析，该白色区域确认为CuAl2。
从上述分析可知，通过本实施例，在短时间内具有密合性的AlN层较厚并在铝合金表面形成。另外，可以认为CuAl2的存在促进了AlN层的形成。

Claims (4)

1.一种表面具有AlN区域的铝材料的制造方法，该方法包括：准备含有CuAl2的铝材料的工序，对所述铝材料进行溅射处理除去上述铝材料表面存在的Al2O3的工序以及对该铝材料进行等离子体氮化的工序，由此在上述铝材料的表面生成氮化铝即AlN区域，
上述等离子体氮化工序包括在经过活化的第1氮化性气体氛围中，由对上述铝材料施加-50V～-50kV的脉冲电压0.1μs～10ms的施加工序和其后续的0.1μs～100ms的施加中止工序构成的处理工序或者施加-50V～-800V的连续直流电压的处理工序，
上述第1氮化性气体是具有氮和氢构成的气体的气体及/或含有氮气和氢气的气体，
上述溅射处理工序，是在经过化学反应活化的第2氮化性气体氛围下，以上述铝材料作阴极，施加-50V～-4000V的直流电压来进行，所述第2氮化性气体仅为N2气体。
2.按照权利要求1中记载的方法，上述等离子体氮化工序于-167～630℃进行。
3.按照权利要求1记载的方法，在上述等离子体氮化工序中，以0.05μm/小时以上的速度生成AlN。
4.按照权利要求1记载的方法，在所得到的铝材料的AlN区域中具有CuAl2。
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