TWI476283B - 鋁或鋁合金的表面處理方法及由鋁或鋁合金製得的殼體 - Google Patents

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鋁或鋁合金的表面處理方法及由鋁或鋁合金製得的殼體
本發明涉及一種鋁或鋁合金的表面處理方法及由鋁或鋁合金製得的殼體。
鋁或鋁合金目前被廣泛應用於航空、航天、汽車及微電子等工業領域。但鋁或鋁合金的標準電極電位很低，耐腐蝕差，暴露於自然環境中會引起表面快速腐蝕。
提高鋁或鋁合金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、電沉積、化學轉化膜技術及電鍍等鋁或鋁合金的表面處理方法存在生產工藝複雜、效率低、環境污染嚴重等缺點。
真空鍍膜(PVD)為一清潔的成膜技術。然而，由於鋁或鋁合金的標準電極電位很低，且PVD塗層本身不可避免的會存在微小的孔隙，因此形成於鋁或鋁合金表面的PVD塗層容易發生電化學腐蝕，導致該PVD塗層的耐腐蝕性能降低，對鋁或鋁合金的耐腐蝕能力的提高有限。
鑒於此，有必要提供一種可有效提高鋁或鋁合金的耐腐蝕性能的 表面處理方法。
另外，還有必要提供一種由上述鋁或鋁合金製得的殼體。
一種鋁或鋁合金的表面處理方法，其包括如下步驟：提供一鋁或鋁合金基體；於該鋁或鋁合金基體的表面注入氮離子、氧離子、硼離子及氮氧雙離子中的一種或者任意兩種的組合離子，形成一離子注入膜；於該離子注入膜上沉積一磁控濺射膜，所述磁控濺射膜為一AlON層。
一種由所述鋁或鋁合金製得的殼體，該殼體包括一鋁或鋁合金基體、依次形成於鋁或鋁合金基體上的一離子注入膜及一磁控濺射膜。所述離子注入膜中主要含有AlN、Al2O3及AlBn過飽和相化合物中的一種或任意兩種的組合，所述磁控濺射膜為一AlON層。
本發明鋁或鋁合金的表面處理方法在鋁或鋁合金基體上先形成一離子注入膜，再於該離子注入膜上形成一磁控濺射膜。該離子注入膜與磁控濺射膜組成的複合膜層顯著地提高了該鋁或鋁合金基體的耐腐蝕性，且該製作工藝簡單、幾乎無環境污染。
10‧‧‧殼體
11‧‧‧鋁或鋁合金基體
13‧‧‧離子注入膜
15‧‧‧磁控濺射膜
圖1係本發明較佳實施方式鋁或鋁合金表面處理方法的流程圖；圖2係本發明較佳實施方式殼體的剖視示意圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖與實施例對本發明進行進一步詳細說明。
請同時參閱圖1與圖2，本發明一較佳實施例的鋁或鋁合金的表面處理方法包括如下步驟：
S101：提供一鋁或鋁合金基體11。
該鋁或鋁合金基體11可藉由沖壓成型得到。
S102：對該鋁或鋁合金基體11進行前處理。該前處理包括：對鋁或鋁合金基體11進行拋光處理，以去除該鋁或鋁合金基體11表面的氧化膜。拋光後該鋁或鋁合金基體11的表面粗糙度Rz<1.2μm。
將拋光處理後的鋁或鋁合金基體11依次置於去離子水及純度大於99.9%的丙酮中進行超聲波清洗，以去除表面的油污。清洗後將該鋁或鋁合金基體11乾燥備用。
S103：採用離子注入工藝，於該鋁或鋁合金基體11表面注入離子，形成一離子注入膜13。
所述的離子注入過程為：採用一離子注入機(圖未示)，將鋁或鋁合金基體11置於該離子注入機的真空室中；離子注入機的離子源將含有所需注入離子的氣體進行電離，並經高壓電場加速成具有幾萬甚至幾百萬電子伏特能量的離子束，射入鋁或鋁合金基體11的表面，與鋁或鋁合金基體11表層中及其表面的原子或分子發生一系列的物理、化學反應，最終於該鋁或鋁合金基體11的表面沉積形成一新的膜層。
本實施例中，於該鋁或鋁合金基體11表面注入的離子為氮離子、氧離子、硼離子及氮氧雙離子中的任一種或者任意兩種的組合， 優選為氮離子。所述注入的離子與鋁或鋁合金基體11表面的原子或分子發生一系列的物理、化學作用後，得到一主要含AlN、Al2O3及AlBn過飽和相化合物中的一種或任意兩種的組合的離子注入膜13。
所述離子注入膜13的形成一方面填充了鋁或鋁合金基體11表面的孔洞，從而提高了所述鋁或鋁合金基體11表面的緻密性；另一方面，該離子注入膜13為一呈均相體系的非晶態層，其具有各向同性、表面無晶界、無錯位與無偏析的特點，因而使具有該離子注入膜13的鋁或鋁合金基體11在腐蝕性介質中不易形成腐蝕微電池及發生電化學腐蝕，從而顯著提高了鋁或鋁合金基體11的耐腐蝕性。此外，該離子注入膜13的形成還有利於提高鋁或鋁合金基體11與後續膜層的結合力。
本實施例中注入所述氮離子的參數為：真空室的真空度為1×10-4Pa，氮氣的純度為99.99%，離子源電壓為30~100kV，工作氣壓為0.1~0.5Pa，離子流束流強度為1~5mA。注入該鋁或鋁合金基體11表面的氮離子的劑量在1×1016ions/cm2(離子數/平方釐米)到1×1018ions/cm2之間。
注入所述氧離子的參數為：真空室的真空度為1×10-4Pa，氧氣純度為99.99%，離子源電壓為30~100kV，工作氣壓為0.1~0.5Pa，離子流束流強度為1~5mA，注入該鋁或鋁合金基體11表面的氧離子的劑量在1×1016ions/cm2到1×1018ions/cm2之間。
注入所述硼離子的參數為：真空室的真空度為1×10-4Pa，氣源為純度為99.99%的乙硼烷(B2H6)，離子源電壓為30~100kV，工作氣壓為0.1~0.5Pa，離子流束流強度為1~5mA，注入該鋁或鋁合金基 體11表面的氧離子的劑量在1×1016ions/cm2到1×1018ions/cm2之間。
注入所述氮氧雙離子的參數為：真空室的真空度為1×10-4Pa，同時通入純度均為99.99%的氮氣和氧氣，離子源電壓為30~100kV，工作氣壓為0.1~0.5Pa，離子流束流強度為1~5mA，注入該鋁或鋁合金基體11表面的氧離子、氮離子的劑量均在1×1016ions/cm2到1×1018ions/cm2之間。
在上述離子注入過程中，保持離子注入機的真空室的溫度為室溫狀態，在達到所需的離子注入劑量後，再將鋁或鋁合金基體11於真空室內放置30min，然後取出即可。
S104：於該離子注入膜13上形成一磁控濺射膜15。所述磁控濺射膜15為一AlON層。
形成該磁控濺射膜15的具體操作方法及工藝參數為：將形成有離子注入膜13的鋁或鋁合金基體11置於一磁控濺射鍍膜機(圖未示)的腔體內，抽真空該腔體至真空度為8.0×10-3~5.0×10-2Pa，於鋁或鋁合金基體11上施加-50~-200V的偏壓，加熱該腔體至50~150℃，通入流量為100~250sccm(標準狀態毫升/分鐘)的氬氣、流量為5~60sccm的氮氣及5~40sccm的氧氣，開啟一鋁靶的電源，沉積該磁控濺射膜15。沉積該磁控濺射膜15的時間為20~60min。其中，氬氣及氮氣的純度均為99.999%，氧氣的純度為99.99%。
關閉偏壓及鋁靶電流，停止通入氬氣、氮氣及氧氣，待所述磁控濺射膜15冷卻後，向腔體內通入空氣，打開腔體門，取出鍍覆好 的鋁或鋁合金基體11。
可以理解，上述鋁或鋁合金基體11表面處理方法還可包括在形成離子注入膜13前，在磁離子注入機內對鋁或鋁合金基體11進行電漿清洗的步驟。
請參閱圖2，一種由經上述表面處理後的鋁或鋁合金基體11製得的殼體10包括一鋁或鋁合金基體11、依次形成於鋁或鋁合金基體11上的一離子注入膜13及一磁控濺射膜15。
所述離子注入膜13中主要含有AlN、Al2O3及AlBn過飽和相化合物中的一種或任意兩種的組合。
所述磁控濺射膜15為一AlON層。該磁控濺射膜15的厚度可為1~2.7μm。
本發明較佳實施方式鋁或鋁合金的表面處理方法，在鋁或鋁合金基體11上先形成一離子注入膜13，再於該離子注入膜13上形成一磁控濺射膜15。該離子注入膜13的形成顯著地提高了所述磁控濺射膜15的耐腐蝕性能，從而對所述殼體10起到了較好的抗腐蝕性保護。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
10‧‧‧殼體
11‧‧‧鋁或鋁合金基體
13‧‧‧離子注入膜
15‧‧‧磁控濺射膜

Claims (6)

  1. 一種鋁或鋁合金的表面處理方法，其包括如下步驟：提供一鋁或鋁合金基體；於該鋁或鋁合金基體的表面注入氮離子、氧離子、硼離子及氮氧雙離子中的一種或者任意兩種的組合離子，形成一離子注入膜；於該離子注入膜上沉積一磁控濺射膜，所述磁控濺射膜為一AlON層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的表面處理方法，其中形成所述離子注入膜在一離子注入機中進行，抽真空該離子注入機的真空室至真空度為1×10-4Pa，設置離子源電壓為30~100kV、離子流束流強度為1~5mA，控制離子注入劑量為1×1016ions/cm2~1×1018ions/cm2。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的表面處理方法，其中沉積所述磁控濺射膜採用鋁靶為靶材，於基體上施加-50~-200V的偏壓，通入流量為100~250sccm的氬氣、流量為5~60sccm的氮氣及流量為5~40sccm的氧氣，沉積溫度為50~150℃，沉積時間為20~60min。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的表面處理方法，其中該表面處理方法還包括在進行離子注入前對所述鋁或鋁合金基體進行前處理的步驟，所述前處理包括拋光及超聲波清洗。
  5. 一種由鋁或鋁合金製得的殼體，該殼體包括一鋁或鋁合金基體及一磁控濺射膜，其改良在於：該殼體還包括一形成於鋁或鋁合金基體與磁控濺射膜之間的離子注入膜，所述離子注入膜中主要含有AlN、Al2O3及AlBn過飽和相化合物中的一種或任意兩種的組合，所述磁控濺射膜為一AlON層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的殼體，其中所述磁控濺射膜的厚度為1~2.7 μm。
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