TW201305386A - 殼體及其製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種殼體，包括一基體，依次形成於該基體表面的Al層和防腐蝕層，該基體為鋁、鋁合金或鎂合金，所述防腐蝕層為Al-Ce層或Al-Ce-O層。本發明還提供該種殼體的製備方法。該方法為通過在鋁、鋁合金或鎂合金基體上依次形成Al層和防腐蝕層，提高殼體的耐腐蝕性能。

Description

殼體及其製作方法

本發明涉及一種殼體及其製造方法。

真空鍍膜技術（PVD）是一種非常環保的成膜技術。以真空鍍膜的方式所形成的膜層具有高硬度、高耐磨性、良好的化學穩定性、與基體結合牢固以及亮麗的金屬外觀等優點，因此真空鍍膜在鋁、鋁合金、鎂、鎂合金及不銹鋼等金屬基材表面裝飾性處理領域的應用越來越廣。

然而，由於鋁、鋁合金或鎂合金基體的標準電極電位很低，且磁控濺射裝飾性塗層本身不可避免的會存在微小的孔隙，使得鋁、鋁合金或鎂合金基體會形成微電池腐蝕，形成很大的膜-基電位差，加快了微電池的腐蝕速率，因此，直接於鋁、鋁合金或鎂合金基體表面鍍覆膜層，則要求在外部膜層及基體之間加入過渡層，以阻擋原電池的形成，從而達到抗腐蝕的目的。稀土元素具有一系列優良的性能，其腐蝕電位大幅提高，電流密度減小，在膜層中添加純鈰可明顯提高其抗腐蝕性能。但稀土成本高，且不易加工。

鑒於此，有必要提供一種耐腐蝕的殼體。

另外，還有必要提供一種上述殼體的製造方法。

一種殼體，包括一基體，依次形成於該基體表面的Al層和防腐蝕層，所述防腐蝕層為Al-Ce層或Al-Ce-O層。

一種殼體的製備方法，其包括如下步驟：

提供一基體；

在該基體上依次形成Al層和防腐蝕層，該防腐蝕層為Al-Ce層或Al-Ce-O層；

形成上述防腐蝕層使用一鋁鈰合金靶。

本發明所述殼體處於腐蝕性介質中時，由於所述鋁層與鋁、鋁合金或鎂合金基體之間的電位差小，減緩了殼體發生微電池腐蝕的速率，從而該鋁層可以起到減緩殼體耐腐的作用。另外，在該鋁層起到一定減緩腐蝕速率的作用同時，因鋁層本身與該鋁、鋁合金或鎂合金基體金屬性質相同或相似，其可以在鋁、鋁合金或鎂合金基體與防腐蝕層之間形成一很好的結合作用，可以使得位於基體最外層的防腐蝕層結合更加穩定。

本發明在鋁、鋁合金或鎂合金基體之上形成鋁層後，又利用Al-Ce合金靶材，通過磁控濺射在該鋁層上又形成一防腐蝕層，該防腐蝕層可為Al-Ce層或Al-Ce-O層。由於稀土合金及其氧化物熱穩定性好，且原子直徑較大，易於在位錯和晶界等缺陷部位佔有更多的吸附點，屏障腐蝕產物的擴散通道和阻止各種原子及離子以及水分子的滲入，因此抑制了腐蝕反應的發生，在本發明中的稀土金屬合金為含有稀土金屬鈰的Al-Ce層或Al-Ce-O層，使得形成有該稀土合金的殼體的腐蝕電位大幅提高，電流密度減小，導致其陰極反應和陽極反應被抑制，同時該稀土合金膜層限制了鋁、鋁合金或鎂合金表面的釋出的電子和金屬離子的遷移，減低了腐蝕速率，從而增強了殼體的抗腐蝕性能。

請參閱圖1，本發明一較佳實施方式的殼體10，其包括基體11及依次形成於基體11表面上的Al層13和防腐蝕層15，該防腐蝕層15為Al-Ce層或Al-Ce-O層。

基體11的材質可為鋁、鋁合金或鎂合金。

所述防腐蝕層15為Al-Ce層時，該Al-Ce層中Al與Ce的原子百分比為50~98：50~2。

所述防腐蝕層15為Al-Ce-O層時，該Al-Ce-O層中Al、Ce和O的原子百分比為50~98：50~2：50~2。

本發明一較佳實施方式的殼體10的製備方法，其包括如下步驟：

提供一基體11。

該基體為鋁、鋁合金或鎂合金。

基體11放入無水乙醇中進行超聲波清洗，以去除鋁、鋁合金或鎂合金基體11表面的污漬，清洗時間可為5～10min。

對經上述處理後的鋁、鋁合金或鎂合金基體11的表面進行氬氣電漿清洗，以改善鋁、鋁合金或鎂合金基體11表面與後續鍍層的結合力。

結合參閱圖2，提供一真空鍍膜機20，該真空鍍膜機20包括一鍍膜室21及連接於鍍膜室21的一真空泵30，真空泵30用以對鍍膜室21抽真空。該鍍膜室21內設有轉架(未圖示)和相對設置的二鋁靶22和二合金靶23。轉架帶動鋁、鋁合金或鎂合金基體11沿圓形的軌跡25公轉，且基體11在沿軌跡25公轉時亦自轉。

該電漿清洗的具體操作及工藝參數可為：基體11固定於轉架上，將該鍍膜室21抽真空至3.0～5.0×10^-8Pa，然後向鍍膜室21內通入流量為200～400sccm(標準狀態毫升/分鐘)的氬氣，並施加-200～-300V的偏壓於鋁、鋁合金或鎂合金基體11，對基體11的表面進行氬氣電漿清洗，清洗時間為10～20min。

在對鋁、鋁合金或鎂合金基體11進行電漿清洗後，首先在該鋁、鋁合金或鎂合金基體11上形成鋁層13。製備鋁層13。形成Al層13工藝參數如下：以氬氣為工作氣體，調節氬氣流量為100~300sccm，於鋁、鋁合金或鎂合金基體11上施加-50~-200V的偏壓，設置偏壓的佔空比為30%~80%，並加熱鍍膜室21至100~150℃，開啟鋁靶22，設置其功率為8~13kw，沉積Al層13的時間為10~30min。

首先，製備防腐蝕層15，該防腐蝕層15為Al-Ce層或Al-Ce-O層。

製備一鋁鈰合金靶23，該鋁鈰合金靶23中的金屬鋁原子百分含量為50%～98%，金屬鈰原子百分含量為2～50%。該鋁鈰合金靶23的製備採用常規的粉末冶金的方法為：按上述配比將金屬Al粉體、金屬Ce粉體混合均勻，熱壓製成一坯體，採用冷等靜壓進行預壓；成型壓力100~300MPa，保壓時間1~10min，將上述等靜壓壓製後的壓坯放入放電等離子（SPS）燒結爐中，升溫速率在90~100℃/min,當溫度升高到300~400℃時進行預壓，預壓壓力在20~40Ma之間，當溫度上升到500~700℃時，將壓力加到40~80Ma，保壓3~10min。降溫後取出得到Al-Ce合金靶23。

製備Al-Ce層的方法為：設定所述合金靶23的功率為2.5～3.5kw，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為300~400sccm，對鋁、鋁合金或鎂合金基體11施加的偏壓為-80~-200V，加熱使所述鍍膜室21至溫度為100～300℃，鍍膜時間可為10～30min。

本發明的另一實施例中，該防腐蝕層15可為Al-Ce-O層。

製備Al-Ce-O層的方法為：採用上述Al-Ce靶23，也可通入反應氣體氧氣，在該Al膜層13上濺射一Al-Ce-O層，其方法為：設置Al-Ce靶23的功率為8～13kw，以氧氣為反應氣體，氧氣的流量為50~200sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為100~300sccm，對鋁、鋁合金或鎂合金基體11施加的偏壓為-50~-200V，加熱鍍膜室的溫度為50～150℃，鍍膜時間為30～90min。

可以理解，上述靶材的製作方法還可以是熱壓、熱等靜壓及放電電漿燒結（SPS）等製備靶材的方法。

下面通過實施例來對本發明進行具體說明。

實施例1

本實施例所使用的真空鍍膜機20為中頻磁控濺射鍍膜機，為深圳南方創新真空技術有限公司生產，型號為SM-1100H。

本實施例所使用的基體11的材質為鋁、鋁合金或鎂合金。

電漿清洗：氬氣流量為300sccm，基體11的偏壓為-80V，電漿清洗時間為15min。

製備鋁層13：氬氣流量為150sccm，鋁靶22的功率為3kw，基體11的偏壓為-80V，濺鍍溫度為100℃，鍍膜時間為10min。該鋁層13的厚度為0.3μm。

製備鋁鈰合金靶23：將原子百分含量分別為70%的鋁、30%的鈰粉體混合均勻，熱壓製成一坯體，經1200℃燒結3h。

製備防腐蝕層15，該防腐蝕層15為Al-Ce層：合金靶23的功率為12kw，氬氣的流量為300sccm，偏壓為-80V，鍍膜溫度為100℃，鍍膜時間為60min；該防腐蝕層15中鋁：鈰原子百分比為72：28。

實施例2

本實施例所使用的真空鍍膜機20與實施例1中的相同。

本實施例所使用的基體11的材質為鋁鎂合金。

電漿清洗：氬氣流量為300sccm，基體11的偏壓為-80V，電漿清洗時間為15min。

製備鋁層13：氬氣流量為150sccm，鋁靶22的功率為3kw，基體11的偏壓為-80V，濺鍍溫度為100℃，鍍膜時間為30min。該鋁層13的厚度為0.4μm。

製備合金靶23：將原子百分含量分別為70%的鋁、30%的鈰、粉體混合均勻，熱壓製成一坯體，經1000℃燒結4h。

製備防腐蝕層15,該防腐蝕層15為Al-Ce-O層：合金靶23的功率為12kw，氧氣的流量為100sccm，氬氣的流量為150sccm，偏壓為-80V，鍍膜溫度為100℃，鍍膜時間為90min；該防腐蝕層15中鋁：鈰：氧原子百分比為：73：27:150。

10．．．殼體

11．．．基體

13．．．鋁層

15．．．防腐蝕層

20．．．真空鍍膜機

21．．．鍍膜室

22．．．鋁靶

23．．．鋁鈰合金靶

25．．．軌跡

30．．．真空泵

圖1為本發明較佳實施方式殼體的剖視示意圖。

圖2為本發明較佳實施例真空鍍膜機的俯視示意圖。

10．．．殼體

11．．．基體

13．．．鋁層

15．．．防腐蝕層

Claims (12)

1. 一種殼體，包括基體及依次形成於基體表面的Al層和防腐蝕 層，其改良在於：所述防腐蝕層為Al-Ce層或Al-Ce-O層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之殼體，其中所述Al-Ce層中Al與Ce的原子百分比為50~98：50~2。
3. 如申請專利範圍第1項所述之殼體，其中所述Al-Ce-O層中Al、Ce和O的原子百分比為50~98：50~2：50~2。
4. 如申請專利範圍第1項所述之殼體，其中所述防腐蝕層以磁控濺射的方式形成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之殼體，其中所述防腐蝕層的厚度為500～1000nm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之殼體，其中所述基體為鋁、鋁合金或鎂合金。
7. 一種殼體的製造方法，其包括如下步驟：
   提供基體；
   在該基體上依次形成Al層和防腐蝕層，該防腐蝕層為Al-Ce層或Al-Ce-O層；
   形成上述防腐蝕層使用一鋁鈰合金靶。
8. 如申請專利範圍第7項所述之殼體的製造方法，其中所述合金靶中含有金屬Al和金屬Ce，金屬Al的原子百分含量為50～98%，金屬Ce的原子百分含量為2～50%。
9. 如申請專利範圍第7項所述之殼體的製造方法，其中形成所述Al層的方法如下：以氬氣為工作氣體，調節氬氣流量為100~300sccm，於鋁、鋁合金或鎂合金基體上施加-50~-200V的偏壓，設置偏壓的佔空比為30%~80%，並加熱鍍膜室至100~150℃，開啟Al靶，設置其功率為8~13kw，沉積時間為10~30min。
10. 如申請專利範圍第7項所述之殼體的製造方法，其中形成所述Al-Ce層的方法為：開啟Al-Ce合金靶，設定其功率為2.5～3.5kw，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為300~400sccm，於鋁、鋁合金或鎂合金基體施加偏壓為-80~-200V，加熱鍍膜室溫度為100～300℃，鍍膜時間為10～30min。
11. 如申請專利範圍第7項所述之殼體的製造方法，其中形成所述Al-Ce-O層的方法為：設置Al-Ce合金靶的功率為8～13kw，以氧氣為反應氣體，氧氣的流量為50~200sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為100~300sccm，對鋁、鋁合金或鎂合金基體施加的偏壓為-50~-200V，加熱鍍膜室的溫度為50～150℃，鍍膜時間為30。
12. 如申請專利範圍第7項所述之殼體的製造方法，其中形成所述鋁鈰合金靶的製備方式為：採用粉末冶金法，將原子百分含量為50%～98%的金屬鋁，原子百分含量為2～50%的金屬鈰粉體混合均勻，熱壓製成一坯體，在1000～1200℃燒結3～4h。