TWI448570B - 被覆件及其製造方法 - Google Patents

Description

被覆件及其製造方法

本發明涉及一種被覆件及其製造方法，特別涉及一種鎂或鎂合金的被覆件及其製造方法。

鎂及鎂合金由於質量輕、散熱性佳、電磁遮罩性好等優點，廣泛應用於3C產品的被覆件、汽車及航空等領域。但鎂及鎂合金最明顯的缺點係耐腐蝕差，暴露於自然環境中會引起表面快速腐蝕。

提高鎂及鎂合金被覆件耐腐蝕性的方法通常係在其表面形成保護性的塗層。傳統的陽極氧化、鉻酸鹽轉化膜技術及電鍍等在鎂及鎂合金表面形成保護性塗層的方法存在生產工藝複雜、效率低、環境污染嚴重等缺點。而真空鍍膜(PVD)技術雖係一種非常環保的鍍膜工藝，且可鍍製的膜層種類豐富、耐磨性能優異，但PVD工藝沉積的膜層往往以柱狀晶形態生長，因此膜層存在大量的晶間間隙，導致膜層緻密性不夠而對鋁合金的耐腐蝕性能的提高有限。

鑒於此，提供一種具有較好的耐腐蝕性的鎂或鎂合金的被覆件。

另外，還提供一種上述被覆件的製造方法。

一種被覆件，包括鎂或鎂合金基體、依次形成於該鎂或鎂合金基體上的第一鎂錫合金層、錫層、第二鎂錫合金層、鎂層及Mg-N層。

一種被覆件的製造方法，其包括如下步驟：

提供鎂或鎂合金基體；

以錫靶為靶材，於所述鎂或鎂合金基體表面磁控濺射錫層，濺射溫度為100~150℃，濺射時間為10~60min；在該錫層的濺射過程中，該錫層與鎂或鎂合金基體介面處的金屬錫向鎂或鎂合金基體擴散，於鎂或鎂合金基體與錫層之間形成第一鎂錫合金層；

以鎂靶為靶材，於所述錫層上磁控濺射鎂層，濺射溫度為100~150℃；在該鎂層的濺射過程中，所述錫層與鎂層介面處的金屬錫向鎂層擴散，於錫層與鎂層之間形成第二鎂錫合金層；

以鎂靶為靶材，氮氣為反應氣體，於該鎂層上磁控濺射Mg-N層。

經上述製造方法製得的被覆件具有良好的耐腐蝕性，其原因有如下三點：（1）所述第一鎂錫合金層及第二鎂錫合金層的形成可提高被覆件的電化學電位，使被覆件不易發生電化學腐蝕；（2）在濺射所述錫層及鎂層的過程中，金屬錫向鎂或鎂合金基體及鎂層擴散，可減少鎂或鎂合金基體的空隙缺陷，同時增強被覆件表面膜層的緻密性，如此可延緩耐腐蝕性氣體和\或液體向膜層內的擴散；（3）所述Mg-N層具有良好的耐腐蝕性，對所述被覆件具有良好的防護作用。

由於金屬鎂及錫之間具有較好的相容性及結合力，所述錫層及鎂層的形成可有效增強所述被覆件的各膜層之間的結合力，如此使得所述被覆件具有較好的耐磨性。

請參閱圖1，本發明一較佳實施例的被覆件10包括鎂或鎂合金基體11、依次形成於該鎂或鎂合金基體11表面的第一鎂錫合金層12、錫層13、第二鎂錫合金層14、鎂層15及鎂氮化合物（Mg-N）層17。

所述錫層13、鎂層15及Mg-N層17均藉由磁控濺射鍍膜法形成。所述錫層13及鎂層15的形成可提高所述被覆件10的各膜層之間的結合力。所述鎂層15的厚度為0.2~0.5μm。所述Mg-N層17的厚度為0.2~2.0μm。

所述第一鎂錫合金層12係在所述錫層13的形成過程中，錫層13與鎂或鎂合金基體11介面處的金屬錫向鎂或鎂合金基體11中擴散而形成。

所述第二鎂錫合金層14係在所述錫層13的形成過程中，錫層13與鎂層15介面處的金屬錫向鎂層15中擴散而形成。

所述被覆件10的製造方法主要包括如下步驟：

提供鎂或鎂合金基體11，該鎂或鎂合金基體11可以藉由沖壓成型得到，其具有待製得的被覆件10的結構。

將所述鎂或鎂合金基體11放入盛裝有乙醇或丙酮溶液的超聲波清洗器中進行震動清洗，以除去鎂或鎂合金基體11表面的雜質和油污。清洗完畢後烘乾備用。

再對鎂或鎂合金基體11的表面進行電漿清洗，進一步去除鎂或鎂合金基體11表面的油污，以改善鎂或鎂合金基體11表面與後續塗層的結合力。對鎂或鎂合金基體11的表面進行電漿清洗的方法包括如下步驟：採用一真空鍍膜機（圖未示），將鎂或鎂合金基體11放入該鍍膜機的鍍膜室內的工件架上，抽真空該鍍膜室至真空度為8.0×10^-3 Pa，以300~600sccm（標準狀態毫升/分鐘）的流量向鍍膜室內通入純度為99.999%的氬氣（工作氣體），於鎂或鎂合金基體11上施加-300~-800V的偏壓，對鎂或鎂合金基體11表面進行電漿清洗，清洗時間為3~10min。

完成所述電漿清洗後，調節氬氣流量至100~300sccm，設置佔空比為30~50%，設置所述工件架的公轉速度為0.5~3.0r/min（revolution per minute，轉/分鐘），加熱所述鍍膜室至100~150℃（即濺射溫度為100~150℃）；開啟已置於所述真空鍍膜機中的錫靶的電源，並設定其功率為5~10kw，於鎂或鎂合金基體11上施加-50~-300V的偏壓，沉積所述錫層13。沉積該錫層13的時間為10~60min。

由於金屬錫具有低溫快速擴散的特點，在形成所述錫層13的過程中，錫層13與鎂或鎂合金基體11介面處的金屬錫向鎂或鎂合金基體11擴散，並在所述介面處形成所述第一鎂錫合金層12。

完成所述錫層13的沉積後，關閉所述錫靶的電源，保持所述氬氣流量、佔空比及濺射溫度不變，開啟已安裝於所述鍍膜室內的鎂靶的電源，設置其功率為5~10kw，沉積所述鎂層15，沉積該鎂層15的時間為10~30min。

同理，由於金屬錫的低溫快速擴散性，在形成所述鎂層15的過程中，錫層13與鎂層15介面處的金屬錫亦會向鎂層15擴散，並在所述介面處形成所述第二鎂錫合金層14。

於該鎂層15上形成Mg-N層17。製備該Mg-N層17時，保持所述氬氣流量、佔空比、濺射溫度、鎂靶的電源功率及施加於鎂或鎂合金基體11的偏壓不變，向鍍膜室中通入流量為30~80sccm的反應氣體氮氣，沉積Mg-N層17。沉積該Mg-N層17的時間為30~120min。

經上述製造方法製得的被覆件10具有良好的耐腐蝕性，其原因有如下三點：（1）所述第一鎂錫合金層12及第二鎂錫合金層14的形成，可提高被覆件10的電化學電位，使被覆件10不易發生電化學腐蝕；（2）在濺射形成所述錫層13及鎂層15的過程中，金屬錫向鎂或鎂合金基體11及鎂層15擴散，可減少鎂或鎂合金基體11的空隙缺陷，同時增強被覆件10表面膜層的緻密性，如此可延緩耐腐蝕性氣體和\或液體向膜層內的擴散；（3）所述Mg-N層17具有良好的耐腐蝕性，對所述被覆件10具有良好的防護作用。

由於金屬鎂及錫之間具有較好的相容性及結合力，所述錫層13及鎂層15的形成可有效增強所述被覆件10的各膜層之間的結合力，如此使得所述被覆件10具有較好的耐磨性。

10．．．被覆件

11．．．鎂或鎂合金基體

12．．．第一鎂錫合金層

13．．．錫層

14．．．第二鎂錫合金層

15．．．鎂層

17．．．Mg-N層

圖1係本發明較佳實施方式被覆件的剖視示意圖。

10．．．被覆件

11．．．鎂或鎂合金基體

12．．．第一鎂錫合金層

13．．．錫層

14．．．第二鎂錫合金層

15．．．鎂層

17．．．Mg-N層

Claims (9)

1. 一種被覆件，包括鎂或鎂合金基體，其改良在於：該被覆件還包括依次形成於該鎂或鎂合金基體上的第一鎂錫合金層、錫層、第二鎂錫合金層、鎂層及Mg-N層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之被覆件，其中所述錫層、鎂層及Mg-N層均藉由磁控濺射鍍膜法形成。
3. 如申請專利範圍第2項所述之被覆件，其中所述第一鎂錫合金層由錫層與鎂或鎂合金基體介面處的金屬錫向鎂或鎂合金基體擴散而形成，所述第二鎂錫合金層由錫層與鎂層介面處的金屬錫向鎂層擴散而形成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之被覆件，其中所述鎂層的厚度為0.2~0.5μm，所述Mg-N層的厚度為0.2~2.0μm。
5. 一種被覆件的製造方法，其包括如下步驟：
   提供鎂或鎂合金基體；
   以錫靶為靶材，於所述鎂或鎂合金基體表面磁控濺射錫層，濺射溫度為100~150℃，濺射時間為10~60min；在該錫層的濺射過程中，該錫層與鎂或鎂合金基體介面處的金屬錫向鎂或鎂合金基體擴散，於鎂或鎂合金基體與錫層之間形成第一鎂錫合金層；
   以鎂靶為靶材，於所述錫層上磁控濺射鎂層，濺射溫度為100~150℃；在該鎂層的濺射過程中，所述錫層與鎂層介面處的金屬錫向鎂層擴散，於錫層與鎂層之間形成第二鎂錫合金層；
   以鎂靶為靶材，氮氣為反應氣體，於該鎂層上磁控濺射Mg-N層。
6. 如申請專利範圍第5項所述之被覆件的製造方法，其中濺射所述錫層的工藝參數為：以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為100~300sccm，設置錫靶的電源功率為5~10kw，於鎂或鎂合金基體上施加-50~-300V的偏壓，濺射溫度為100~150℃，濺射時間為10~60min。
7. 如申請專利範圍第5項所述之被覆件的製造方法，其中濺射所述鎂層的工藝參數為：以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為100~300sccm，於鎂或鎂合金基體上施加-50~-300V的偏壓，以鎂靶為靶材，其電源功率為5~10kw，濺射溫度為100~150℃，濺射時間為10~30min。
8. 如申請專利範圍第5項所述之被覆件的製造方法，其中濺射所述Mg-N層的工藝參數為：氮氣的流量為10~120sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為100~300sccm，於鎂或鎂合金基體上施加-50~-300V的偏壓，以鎂靶為靶材，其電源功率為5~10kw，濺射溫度為100~150℃，濺射時間為30~120min。
9. 如申請專利範圍第5項所述之被覆件的製造方法，其中所述被覆件的製造方法還包括在進行磁控濺射所述錫層前對所述鎂或鎂合金基體進行超聲波清洗及電漿清洗的步驟。