TWI471434B

TWI471434B - 鍍膜件及其製備方法

Info

Publication number: TWI471434B
Application number: TW100104364A
Authority: TW
Inventors: Hsin Pei Chang; wen rong Chen; Huann Wu Chiang; Cheng Shi Chen; Ying-Ying Wang
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2015-02-01
Also published as: TW201233821A

Description

鍍膜件及其製備方法

本發明涉及一種鍍膜件及其製備方法。

鎂合金具有質量輕、散熱性能好等優點，在通訊、電子、交通運輸、建築及航天航空等領域應用廣泛。然而由於鎂合金的化學活性較高，在空氣中很容易氧化，生成疏鬆、保護能力差的氧化膜，導致鎂合金在含有電解質的濕氣中，例如海洋表面大氣環境，表面容易出現嚴重的腐蝕，從而破環鎂合金製品的外觀，同時導致製品使用壽命縮短。

耐鹽霧侵蝕性能係鎂合金耐腐蝕性能的一個重要參數，為了提高鎂合金的耐鹽霧侵蝕性能，通常需要對鎂合金表面進行表面鍍膜處理。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工藝沉積的薄膜往往係以柱狀晶形態生長，因此膜層存在大量的晶間間隙，導致薄膜緻密性不夠而無法有效地延緩鹽霧的侵蝕。

有鑒於此，有必要提供一種可有效提高鎂合金耐鹽霧侵蝕性能的鍍膜件。

另外，還有必要提供一種上述鍍膜件的製備方法。

一種鍍膜件，其包括鎂合金基體、形成於鎂合金基體表面的鎂層、形成於鎂層表面的氮氧化鎂層及形成於氮氧化鎂層表面的氮化鈦層。

一種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟：

提供一鎂合金基體；

以鎂靶為靶材，採用磁控濺射法在鎂合金基體表面形成一鎂層；

以鎂靶為靶材，以氧氣和氮氣為反應氣體，採用磁控濺射法在該鎂層表面形成一氮氧化鎂層；

以鈦靶為靶材，採用磁控濺射法在該氮氧化鎂層表面形成一氮化鈦層。

本發明鍍膜件所鍍膜層逐層過渡良好，膜層與鎂合金基體的附著牢固；所述鎂層可有效降低鎂合金基體的電偶腐蝕速率；所述氮氧化鎂層由比較細小的晶粒組成，晶間間隙比較小，膜層非常緻密，可有效延緩鹽霧對鎂合金基體的侵蝕，進一步提高鎂合金基體的抗腐蝕性能；同時所述氮化鈦層具有較高的硬度和耐磨性，可有效避免所述氮氧化鎂層的磨損刮擦，有效提高鍍膜件的使用壽命。

請參閱圖1，本發明一較佳實施方式的鍍膜件10包括鎂合金基體11、形成於鎂合金基體11表面的鎂層13、形成於鎂層13表面的氮氧化鎂(MgON)層15及形成於氮氧化鎂層15表面的氮化鈦(TiN)層17。

該鎂層13可以磁控濺射的方式形成，其厚度為20～50nm。所述鎂層13可充當打底層的作用，使膜層與鎂合金基體11附著更牢固。

該氮氧化鎂層15可以磁控濺射的方式形成，其厚度為200～300nm。該氮氧化鎂層15由細小的奈米晶粒組成，晶間間隙比較小，膜層非常緻密。該氮氧化鎂層15中鎂的原子百分含量為25%~40%，氧的原子百分含量為25%~40%，氮的原子百分含量為20%~35%。

該氮化鈦層17可以磁控濺射的方式形成，其厚度可為100～200nm。氮化鈦層17具有較高的硬度和耐磨性，可有效保護氮氧化鎂層15，使其免受磨損、刮擦。所述氮化鈦層17也可根據實際需要替換成其他的具有較高的硬度和耐磨性的膜層。

本發明一較佳實施方式的鍍膜件10的製備方法，其包括以下步驟：

(a)提供鎂合金基體11。

(b)將鎂合金基體11放入無水乙醇中進行超聲波清洗，以去除鎂合金基體11表面的污漬，清洗時間可為5～20min。

(c)對經上述處理後的鎂合金基體11的表面進行氬氣電漿清洗，以進一步去除鎂合金基體11表面的油污，以及改善鎂合金基體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)、相對設置的二鎂靶23及相對設置的二鈦靶24。轉架帶動鎂合金基體11沿圓形的軌跡25公轉，且鎂合金基體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：如圖2所示，將鎂合金基體11固定於真空鍍膜機20的鍍膜室21的轉架上，將該鍍膜室21抽真空至3×10^-3 Pa，然後向鍍膜室21內通入流量為500sccm(標準狀態毫升/分鐘)的氬氣(純度為99.999%)，並施加-200～-500V的偏壓於鎂合金基體11，對鎂合金基體11表面進行氬氣電漿清洗，清洗時間為3～10min。

(d)採用磁控濺射法在經氬氣電漿清洗後的鎂合金基體11上濺鍍鎂層13。濺鍍該鎂層13在所述真空鍍膜機20中進行，抽真空使該鍍膜室21的本底真空度為3×10^-3 Pa，加熱該鍍膜室21至溫度為80~200℃；開啟二鎂靶23，設置鎂靶23的功率為3~10kW，設定施加於鎂合金基體11的偏壓為-100~-300V；通入工作氣體氬氣，氬氣的流量為100~300sccm，鍍膜時間為10～30min。該鎂層13的厚度為20～50nm。

(e)繼續採用磁控濺射法在所述鎂層13的表面濺鍍氮氧化鎂層15。濺鍍該氮氧化鎂層15時通入氧氣和氮氣為反應氣體，氧氣流量為80～120sccm，氮氣流量為50～80sccm，其他工藝參數與沉積所述鎂層13的相同，鍍膜時間為60～90min。該氮氧化鎂層15的厚度為200～300nm。

(f)繼續採用磁控濺射法在所述氮氧化鎂層15的表面形成一氮化鈦層17。關閉二鎂靶23，開啟二鈦靶24，設置鈦靶24的功率為3~10kW，設定施加於鎂合金基體11的偏壓為-100~-300V；通入氮氣為反應氣體，氮氣流量為50～80sccm，通入工作氣體氬氣，氬氣的流量為100～300sccm，鍍膜時間為30～60min。該氮化鈦層17的厚度為100～200nm。

下面藉由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。

電漿清洗：氬氣流量為500sccm，鎂合金基體11的偏壓為-500V，電漿清洗時間為5min。

濺鍍鎂層13：氬氣流量為100sccm，鎂靶23的功率為3kW，鎂合金基體11的偏壓為-100V，鍍膜溫度為80℃，鍍膜時間為10min；該鎂層13的厚度為20nm。

濺鍍氮氧化鎂層15：氧氣流量為80sccm，氮氣流量為50sccm，其他工藝參數與沉積所述鎂層13的相同，鍍膜時間為60min，該氮氧化鎂層15的厚度為200nm。

濺鍍氮化鈦層17：氮氣流量為50sccm，氬氣流量為100sccm，鈦靶24的功率為3kW，鎂合金基體11的偏壓為-100V，鍍膜時間為30min，該氮化鈦層17的厚度為100nm。

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。

濺鍍鎂層13：氬氣流量為300sccm，鎂靶23的功率為10kW，鎂合金基體11的偏壓為-300V，鍍膜溫度為200℃，鍍膜時間為30min；該鎂層13的厚度為50nm。

濺鍍氮氧化鎂層15：氧氣流量為120sccm，氮氣流量為80sccm，其他工藝參數與沉積所述鎂層13的相同，鍍膜時間為90min，該氮氧化鎂層15的厚度為300nm。

濺鍍氮化鈦層17：氮氣流量為80sccm，氬氣流量為300sccm，鈦靶24的功率為10kW，鎂合金基體11的偏壓為-300V，鍍膜時間為60min，該氮化鈦層17的厚度為200nm。

鹽霧測試

對由本發明的方法所製備的鍍膜件10進行35℃中性鹽霧(NaCl濃度為5%)測試。結果發現，由本發明實施例1、2的方法所製備的鍍膜件10均在72小時後才出現有腐蝕現象。

本發明鍍膜件10在所述鎂合金基體11的表面依次沉積鎂層13、氮氧化鎂層15及氮化鈦層17，所鍍膜層逐層過渡良好，膜層與鎂合金基體11的附著牢固；所述氮氧化鎂層15由比較細小的晶粒組成，晶間間隙比較小，膜層非常緻密，可有效延緩鹽霧對鎂合金基體11的侵蝕，進一步提高鎂合金基體11的抗腐蝕性能；同時所述氮化鈦層17具有較高的硬度和耐磨性，可有效避免所述氮氧化鎂層15的磨損刮擦，有效提高鍍膜件10的使用壽命。

10．．．鍍膜件

11．．．鎂合金基體

13．．．鎂層

15．．．氮氧化鎂層

17．．．氮化鈦層

20．．．真空鍍膜機

21．．．鍍膜室

23．．．鎂靶

24．．．鈦靶

25．．．軌跡

30．．．真空泵

圖1為本發明一較佳實施例鍍膜件的剖視圖；

圖2為本發明一較佳實施例真空鍍膜機的示意圖。

10．．．鍍膜件

11．．．鎂合金基體

13．．．鎂層

15．．．氮氧化鎂層

17．．．氮化鈦層

Claims

一種鍍膜件，其包括鎂合金基體，其改良在於：該鍍膜件還包括形成於鎂合金基體表面的鎂層、形成於鎂層表面的氮氧化鎂層及形成於氮氧化鎂層表面的氮化鈦層。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮氧化鎂層中鎂的原子百分含量為25%~40%，氧的原子百分含量為25%~40%，氮的原子百分含量為20%~35%。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述鎂層以磁控濺射的方式形成，其厚度為20～50nm。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮氧化鎂層以磁控濺射的方式形成，其厚度為200～300nm。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮化鈦層以磁控濺射的方式形成，其厚度為100～200nm。
一種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟：
提供一鎂合金基體；
以鎂靶為靶材，採用磁控濺射法在鎂合金基體表面形成一鎂層；
以鎂靶為靶材，以氧氣和氮氣為反應氣體，採用磁控濺射法在該鎂層表面形成一氮氧化鎂層；
以鈦靶為靶材，採用磁控濺射法在該氮氧化鎂層表面形成一氮化鈦層。
如申請專利範圍第6項所述之鍍膜件的製備方法，其中所述形成鎂層的步驟的具體工藝參數為：鎂靶的功率為3~10kW，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為100~300sccm，鎂合金基體的偏壓為-100~-300V，鍍膜溫度為80~200℃，鍍膜時間為10～30min。
如申請專利範圍第6項所述之鍍膜件的製備方法，其中所述形成氮氧化鎂層的步驟的具體工藝參數為：鎂靶的功率為3~10kW，氧氣流量為80～120sccm，氮氣流量為50～80sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為100~300sccm，鎂合金基體的偏壓為-100~-300V，鍍膜溫度為80~200℃，鍍膜時間為60～90min。
如申請專利範圍第6項所述之鍍膜件的製備方法，其中所述形成氮化鈦層的步驟的具體工藝參數為：鈦靶的功率為3~10kW，氮氣流量為50～80sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為100~300sccm，鎂合金基體的偏壓為-100~-300V，鍍膜溫度為80~200℃，鍍膜時間為30～60min。