TWI472632B

TWI472632B - 鍍膜件及其製備方法

Info

Publication number: TWI472632B
Application number: TW100101320A
Authority: TW
Inventors: Hsin Pei Chang; wen rong Chen; Huann Wu Chiang; Cheng Shi Chen; xiao-qing Xiong
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2015-02-11
Also published as: TW201229264A

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。

鋁合金具有質量輕、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。在空氣中鋁合金表面會形成氧化鋁保護膜，在一般的大氣環境下，鋁合金表面的氧化鋁膜能夠有效地對鋁合金基體進行保護，但在含有電解質的濕氣中，例如海洋表面大氣環境，鋁合金表面容易出現點蝕，嚴重破環鋁合金製品的外觀，同時導致製品使用壽命縮短。

耐鹽霧侵蝕性能係鋁合金耐腐蝕性能的一個重要參數，為了提高鋁合金的耐鹽霧侵蝕性能，通常需要對鋁合金表面進行表面成膜處理，常見的處理手段有陽極氧化處理、烤漆等，但這些工藝都存在較大的環境污染問題。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防止鹽霧的侵蝕。

有鑒於此，有必要提供一種可有效提高鋁及鋁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，其包括鋁基基體及依次形成於鋁基基體表面的矽層、氮氧化矽層及氮氧化鉻層。

一種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟：

提供一鋁基基體；

在鋁基基體表面形成一矽層；

在該矽層表面形成一氮氧化矽層；

在該氮氧化矽層表面形成一氮氧化鉻層。

本發明鍍膜件在所述鋁基基體的表面依次沉積矽層、氮氧化矽層及氮氧化鉻層，所鍍膜系逐層過渡良好，膜層與鋁基基體的附著牢固；所述矽層為絕緣層，可有效避免鋁基基體的微電池腐蝕，而降低鋁基基體被鹽霧腐蝕的速率；所述氮氧化鉻層由比較細小的晶粒組成，晶間間隙比較小，膜層非常緻密，可有效防止鹽霧對鋁基基體的侵蝕，進一步提高鋁基基體的抗腐蝕性能。

請參閱圖1，本發明一較佳實施方式的鍍膜件10包括鋁基基體11、形成於鋁基基體11表面的矽層13、形成於矽層13表面的氮氧化矽(SiON)層15及形成於氮氧化矽層15表面的氮氧化鉻(CrON)層17。

該鋁基基體11的材質可為可為純鋁或鋁合金。

該矽層13可以磁控濺射的方式形成。該矽層13的厚度可為100～200nm。該矽層13為絕緣層，其與鋁基基體11不會存在微電池加速腐蝕的問題，可大大降低鋁基基體11被鹽霧腐蝕的速率。

該氮氧化矽層15可以磁控濺射的方式形成。該氮氧化矽層15中矽原子個數百分比為40%~55%，氧原子個數百分比為35%~50%，氮原子個數百分比為5%~15%。該氮氧化矽層15的厚度可為200～400nm。該氮氧化矽層15位於該鋁基基體11與氮氧化鉻層17之間，用以提高氮氧化鉻層17的附著力。

該氮氧化鉻層17可以磁控濺射的方式形成，其厚度可為500～1000nm。該氮氧化鉻層17中鉻原子個數百分比為50%~70%，氧原子個數百分比為20%~45%，氮原子個數百分比為5%~10%。請參閱圖2，該氮氧化鉻層17中的晶粒的直徑大小約為5~8nm，且晶間間隙比較小，使得該氮氧化矽層17非常緻密。

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)提供一鋁基基體11。

(b)將鋁基基體11放入無水乙醇中進行超聲波清洗，以去除鋁基基體11表面的污漬，清洗時間可為20～30min。

(c)對經上述處理後的鋁基基體11的表面進行氬氣電漿清洗，以進一步去除鋁基基體11表面的油污，以及改善鋁基基體11表面與後續鍍層的結合力。結合參閱圖3，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)、相對設置的二矽靶23和相對設置的二鉻靶24。轉架帶動鋁基基體11沿圓形的軌跡25公轉，且鋁基基體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3所示，將鋁基基體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3.0×10^-5 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的偏壓於鋁基基體11，對鋁基基體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鋁基基體11上濺鍍一矽層13。濺鍍該矽層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8×10^-3 Pa，加熱該鍍膜室21至溫度為60~100℃；開啟二矽靶23，設置矽靶23的功率為4~6kW，設定施加於鋁基基體11的偏壓為-30~-50V，佔空比為50%；通入工作氣體氬氣，氬氣的流量可為150~300sccm，鍍膜時間可為10～20min。該矽層13的厚度可為100～200nm。

(e)繼續採用磁控濺射法在所述矽層13的表面濺鍍一氮氧化矽層15。濺鍍該氮氧化矽層15時通入氧氣和氮氣為反應氣體，氧氣流量可為60～100sccm，氮氣流量可為40～80sccm，其他工藝參數與沉積所述矽層13的相同，鍍膜時間可為20～40min。該氮氧化鉻層15的厚度可為200～400nm。

(f)繼續採用磁控濺射法在所述氮氧化矽層15的表面形成一氮氧化鉻層17。關閉二矽靶23，開啟二鉻靶24，設置鉻靶24的功率為8~10kW，設定施加於鋁基基體11的偏壓為-150~-250V，佔空比為50%；通入氧氣和氮氣為反應氣體，氧氣流量可為40～80sccm，氮氣流量可為30～60sccm，通入工作氣體氬氣，氬氣的流量可為150~300sccm，鍍膜時間可為30～60min。該氮化矽層17的厚度可為500～1000nm。

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，為深圳南方創新真空技術有限公司生產，型號為SM-1100H。

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

濺鍍矽層13：氬氣流量為150sccm，矽靶的功率為4kw，鋁基基體11的偏壓為-50V，佔空比為50%，濺鍍溫度為100℃，鍍膜時間為20min。該矽層13的厚度為200nm。

濺鍍氮氧化矽層15：氧氣流量為80sccm，氮氣流量為60sccm，其他工藝參數與沉積所述矽層13的相同，鍍膜時間為20min，該氮氧化鉻層15的厚度為200nm。

濺鍍氮氧化鉻層17：氧氣流量為40sccm，氮氣流量為30sccm，氬氣流量為150sccm，鉻靶的功率為8kw，鋁基基體11的偏壓為-200V，鍍膜時間為60min，該氮氧化鉻層17的厚度為1000nm。

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。

濺鍍矽層13：氬氣流量為150sccm，矽靶的功率為6kw，鋁基基體11的偏壓為-30V，佔空比為50%，濺鍍溫度為60℃，鍍膜時間為10min。該矽層13的厚度為100nm。

濺鍍氮氧化矽層15：氧氣流量為60sccm，氮氣流量為40sccm，其他工藝參數與沉積所述矽層13的相同，鍍膜時間為40min，該氮氧化矽層15的厚度為400nm。

濺鍍氮氧化鉻層17：鉻靶的功率為8kw，氬氣流量為150sccm，氧氣流量為80sccm，氮氣流量為60sccm，鋁基基體11的偏壓為-200V，鍍膜時間為30min，該氮氧化鉻層17的厚度為500nm。

對比例

採用與實施例1相同的中頻磁控濺射鍍膜機對鋁基基體11進行濺射，以鉻靶為靶材，鉻靶功率為8kw，反應氣體為氮氣，氮氣流量為50sccm，施加於鋁基基體11的偏壓為-200V，佔空比為50%，濺射時間為30min，在鋁基基體11表面濺鍍單組分氮化鉻(CrN)層。

對由本發明的方法所製備的鍍膜件10和對比例所製得的鍍覆氮化鉻(CrN)薄膜的試樣進行35℃中性鹽霧(NaCl濃度為5%)測試。結果發現，對比例所製得的試樣在4小時後就發生明顯腐蝕；而由本發明實施例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在所述鋁基基體11的表面依次沉積矽層13、氮氧化矽層15及氮氧化鉻層17，所鍍膜系逐層過渡良好，膜層與鋁基基體11的附著牢固；所述矽層13為絕緣層，可有效避免鋁基基體11的微電池腐蝕，降低鋁基基體11被鹽霧腐蝕的速率；所述氮氧化鉻層17由比較細小的晶粒組成，晶間間隙比較小，膜層非常緻密，可有效防止鹽霧對鋁基基體11的侵蝕，進一步提高鋁基基體11的抗腐蝕性能。

10．．．鍍膜件

11．．．鋁基基體

13．．．矽層

15．．．氮氧化矽層

17．．．氮氧化鉻層

20．．．真空鍍膜機

21．．．鍍膜室

23．．．矽靶

24．．．鉻靶

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製備的氮氧化鉻層的放大30萬倍的掃描電鏡圖；

圖3為本發明一較佳實施例真空鍍膜機的示意圖。

10．．．鍍膜件

11．．．鋁基基體

13．．．矽層

15．．．氮氧化矽層

17．．．氮氧化鉻層

Claims

一種鍍膜件，其包括鋁基基體，其改良在於：該鍍膜件還包括依次形成於鋁基基體表面的矽層、氮氧化矽層及氮氧化鉻層。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮氧化矽層中矽原子個數百分比為40%~55%，氧原子個數百分比為35%~50%，氮原子個數百分比為5%~15%。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮氧化鉻層中鉻原子個數百分比為50%~70%，氧原子個數百分比為20%~45%，氮原子個數百分比為5%~10%。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述矽層以磁控濺射的方式形成，其厚度為100～200nm。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮氧化矽層以磁控濺射的方式形成，其厚度為200～400nm。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮氧化鉻層以磁控濺射的方式形成，其厚度為500～1000nm。
如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述鋁基基體的材質為純鋁或鋁合金。
一種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟：
提供一鋁基基體；
在鋁基基體表面形成一矽層；
在該矽層表面形成一氮氧化矽層；
在該氮氧化矽層表面形成一氮氧化鉻層。
如申請專利範圍第8項所述之鍍膜件的製備方法，其中所述形成矽層的步驟採用如下方式實現：採用磁控濺射法，矽靶的功率為4~6kW，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150~300sccm，鋁基基體的偏壓為-30~-50V，佔空比為50%，鍍膜溫度為60~100℃，鍍膜時間為10～20min。
如申請專利範圍第8項所述之鍍膜件的製備方法，其中所述形成氮氧化矽層的步驟採用如下方式實現：採用磁控濺射法，矽靶的功率為4~6kW，以氧氣和氮氣為反應氣體，氧氣流量為60～100sccm，氮氣流量為40～80sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150~300sccm，鋁基基體的偏壓為-30~-50V，佔空比為50%，鍍膜溫度為60~100℃，鍍膜時間為20～40min。
如申請專利範圍第8項所述之鍍膜件的製備方法，其中所述形成氮氧化鉻層的步驟採用如下方式實現：採用磁控濺射法，鉻靶的功率為8~10kW，以氧氣和氮氣為反應氣體，氧氣流量為40～80sccm，氮氣流量為30～60sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150~300sccm，鋁基基體的偏壓為-150~-250V，佔空比為50%；鍍膜溫度為60~100℃，鍍膜時間為30～60min。