TWI496917B - 殼體及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種殼體及其製造方法。
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塗層存在微小的孔隙及由於晶格失配或塑性變形而形成的位錯缺陷,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,提供一種具有良好的耐腐蝕性的殼體。
另外,還提供一種上述殼體的製造方法。
一種殼體,該殼體包括鋁或鋁合金基體及形成於該鋁或鋁合金基體上的複合防護層,所述複合防護層包括二晶態薄膜層及一非晶態薄膜層,所述非晶態薄膜層形成於二晶態薄膜層之間,所述晶態薄膜層直接與鋁或鋁合金基體結合。
一種殼體的製造方法,其包括如下步驟:
提供鋁或鋁合金基體;
藉由真空鍍膜的方式,於該鋁或鋁合金基體的表面形成複合防護層,所述複合防護層包括二晶態薄膜層及一非晶態薄膜層,所述非晶態薄膜層形成於二晶態薄膜層之間,所述晶態薄膜層直接與鋁或鋁合金基體結合。
經上述方式形成的晶態薄膜層以柱狀晶形態生長,而非晶態薄膜層係以無序形態生長。由於晶態薄膜層與非晶態薄膜層膜層生長方式不同,形成於二所述晶態薄膜層之間的一非晶態薄膜層可隔斷二所述晶態薄膜層之間連通的柱狀晶間孔隙及位錯等缺陷,即隔斷了鋁或鋁合金基體與晶態薄膜層的通道,使腐蝕性氣體或液體難以由外界滲入到達鋁或鋁合金基體,進而使所述鋁或鋁合金基體與所述晶態薄膜層或/和非晶態薄膜層之間不易發生電偶腐蝕,如此,大大提高了所述鋁或鋁合金基體的耐腐蝕性。
請參閱圖1,本發明一較佳實施例的殼體10包括鋁或鋁合金基體11及形成於該鋁或鋁合金基體11上的複合防護層13。該殼體10可為3C電子產品的殼體,亦可為眼鏡邊框、建築用件及汽車等交通工具的零部件等。
該複合防護層13包括二晶態薄膜層131及一非晶態薄膜層133,所述非晶態薄膜層133形成於二晶態薄膜層131之間。其中,與鋁或鋁合金基體11直接結合的為一晶態薄膜層131。
所述晶態薄膜層131可為氮氧化鉻(CrON)層或氮氧化鋁(AlON)層,其厚度為300~800nm。所述晶態薄膜層131具有良好的緻密性。所述晶態薄膜層131優選為CrON層。
所述非晶態薄膜層133為硬質薄膜層,其可為二氧化矽(SiO2
)層或氧化鋁(Al2
O3
)層,其厚度為300~500μm。所述非晶態薄膜層133優選為SiO2
層。
所述晶態薄膜層131及非晶態薄膜層133均可藉由真空鍍膜的方式形成。所述真空鍍膜可為真空濺鍍、真空蒸鍍等。
請同時參閱圖1與圖2,本發明一較佳實施例的製造所述殼體10的方法主要包括如下步驟:
提供鋁或鋁合金基體11,該鋁或鋁合金基體11可以藉由沖壓成型得到。
對該鋁或鋁合金基體11進行清潔前處理。該前處理包括:採用去離子水和無水乙醇依次對所述鋁或鋁合金基體11的表面進行擦拭,然後將該鋁或鋁合金基體11置於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。
對經上述清潔前處理後的鋁或鋁合金基體11的表面進行電漿清洗,以進一步去除鋁或鋁合金基體11表面的油污,以及改善鋁或鋁合金基體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)、相對設置的二第一靶材23及相對設置的二第二靶材24。轉架帶動鋁或鋁合金基體11沿圓形的軌跡25公轉,且鋁或鋁合金基體11在沿軌跡25公轉時亦自轉。其中,所述第一靶材23為鉻靶或鋁靶;所述第二靶材24為矽靶或鋁靶。
該電漿清洗的具體操作及工藝參數可為:將鋁或鋁合金基體11固定於真空鍍膜機20的鍍膜室21中的轉架上,將該鍍膜室21抽真空至約為8.0×10-3
Pa,然後向鍍膜室21內通入流量約為500sccm(標準狀態毫升/分鐘)的氬氣(純度為99.999%),並施加-500~-800V的偏壓於鋁或鋁合金基體11,對鋁或鋁合金基體11表面進行電漿清洗,清洗時間為5~10min。
採用磁控濺射法在經電漿清洗後的鋁或鋁合金基體11上濺鍍一晶態薄膜層131。該晶態薄膜層131為CrON層或AlON層。形成晶態薄膜層131的具體操作方法及工藝參數為:設置第一靶材23的功率為5~8kW;以氮氣及氧氣為反應氣體,氮氣的流量為20~40sccm,氧氣的流量為40~60sccm,以氬氣為工作氣體,氬氣流量為130~200sccm;其中,氮氣占總的氣體的分壓比為5~20%,氧氣占總的氣體的分壓比為15~40%。濺鍍時對鋁或鋁合金基體11施加-100~-200V的偏壓,並加熱所述鍍膜室21至溫度為100~150℃,鍍膜時間可為30~150min。該晶態薄膜層131的厚度可為300~800nm。濺射完成該晶態薄膜層131後,關閉所述第一靶材23的電源。
於所述晶態薄膜層131上濺射一非晶態薄膜層133。該非晶態薄膜層133為SiO2
層或Al2
O3
層。形成非晶態薄膜層133的具體操作方法及工藝參數為:以第二靶材24為靶材,第二靶材24的功率為6~8kW;以氧氣為反應氣體,氧氣的流量為50~150sccm,以氬氣為工作氣體,氬氣流量為130~200ccm;其中,氧氣占氧氣與氬氣的分壓比為30~90%。濺鍍時對鋁或鋁合金基體11施加-100~-200V的偏壓,並加熱所述鍍膜室21至溫度為100~150℃,鍍膜時間可為20~70min。該晶態薄膜層131的厚度可為300~600nm。濺射完成該晶態薄膜層131後,關閉所述第二靶材24的電源。
於所述非晶態薄膜層133上再濺射一晶態薄膜層131。濺射該晶態薄膜層131的參數與濺射上述晶態薄膜層131的相同。
關閉負偏壓、第一靶材23電源,停止通入氬氣、氮氣及氧氣,待所述晶態薄膜層131冷卻後,向鍍膜內通入空氣,打開鍍膜室門,取出鍍覆有晶態薄膜層131及非晶態薄膜層133的鋁或鋁合金基體11。
經上述方式形成的晶態薄膜層131以柱狀晶形態生長,而非晶態薄膜層133係以無序形態生長。由於晶態薄膜層131與非晶態薄膜層133膜層生長方式不同,形成於二所述晶態薄膜層131之間的一非晶態薄膜層133可隔斷二所述晶態薄膜層131之間連通的柱狀晶間孔隙及位錯等缺陷,即隔斷了鋁或鋁合金基體11與晶態薄膜層131的通道,使腐蝕性氣體或液體難以由外界滲入到達鋁或鋁合金基體11,進而使所述鋁或鋁合金基體11與所述晶態薄膜層131或/和非晶態薄膜層133之間不易發生電偶腐蝕,如此,大大提高了所述鋁或鋁合金基體11的耐腐蝕性。
此外,由於所述晶態薄膜層131在其形成過程中可形成Cr-O與Cr-N的兩相化合物或Al-O與Al-N的兩相化合物,上述兩相化合物的形成可相互抑制各相晶粒的生長,從而可降低各相晶粒的尺寸,使得所述晶態薄膜層131的緻密性增強,可進一步提高所述殼體10的耐腐蝕性。
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,鋁或鋁合金基體11的偏壓為-500V,電漿清洗時間為8min。
濺鍍晶態薄膜層131:第一靶材23為鉻靶,其功率為6kW;氮氣流量為20sccm,氧氣流量為40sccm,氬氣流量為180sccm;氮氣占總的氣體分壓比為7%,氧氣占總的氣體分壓比為17%。施加於鋁或鋁合金基體11的偏壓為-150V,鍍膜溫度為120℃,鍍膜時間為60min,晶態薄膜層131的厚度為500nm。
濺鍍非晶態薄膜層133:第二靶材24為矽靶,其功率為6kW;氧氣流量為80ccm,氬氣流量為180sccm;氧氣占總的氣體的分壓比為30%。施加於鋁或鋁合金基體11的偏壓為-150V,鍍膜溫度為120℃,鍍膜時間為70min,晶態薄膜層131的厚度為400nm。
按上述晶態薄膜層131的濺鍍方式於所述非晶態薄膜層133上再濺射一晶態薄膜層131。
實施例2
本實施例所使用的真空鍍膜機20與實施例1中使用的相同。
電漿清洗:氬氣流量為500sccm,鋁或鋁合金基體11的偏壓為-600V,電漿清洗時間為5min。
濺鍍非晶態薄膜層131:第一靶材23為鋁靶,其功率為8kW;氮氣流量為30sccm,氧氣流量為60sccm,氬氣流量為150sccm;其中,氮氣占總的氣體分壓比為12.5%,氧氣占總的氣體分壓比為25%。施加於鋁或鋁合金基體11的偏壓為-200V,鍍膜溫度為150℃,鍍膜時間為90min,晶態薄膜層131的厚度為300nm。
濺鍍非晶態薄膜層133:第二靶材24為矽靶,其功率為8kW;氧氣流量為100sccm,氬氣流量為150sccm;氧氣占總的氣體分壓比為40%。施加於鋁或鋁合金基體11的偏壓為-150V,鍍膜溫度為150℃,鍍膜時間為60min,晶態薄膜層131的厚度為350nm。
按上述晶態薄膜層131的濺鍍方式於所述非晶態薄膜層133上再濺射一晶態薄膜層131。
鹽霧試驗
將上述製得的殼體10進行鹽霧測試,具體測試方法及結果如下:
進行35℃中性鹽霧(NaCl濃度為5%)測試。結果表明,由本發明實施例1和實施例2的方法所製備的殼體10在96小時後才出現腐蝕現象,且96小時時形成於鋁或鋁合金基體11表面的晶態薄膜層131及非晶態薄膜層133均完好、未發生脫落現象。可見,所述殼體10具有良好的耐腐蝕性。
10...殼體
11...鋁或鋁合金基體
13...複合防護層
131...晶態薄膜層
133...非晶態薄膜層
20...真空鍍膜機
21...鍍膜室
23...第一靶材
24...第二靶材
25...軌跡
30...真空泵
圖1為本發明一較佳實施例殼體的剖視圖;
圖2係本發明一較佳實施例真空鍍膜機的示意圖。
10...殼體
11...鋁或鋁合金基體
13...複合防護層
131...晶態薄膜層
133...非晶態薄膜層
Claims (10)
- 一種殼體,包括鋁或鋁合金基體及形成於該鋁或鋁合金基體上的複合防護層,其改良在於:所述複合防護層包括二晶態薄膜層及一非晶態薄膜層,所述非晶態薄膜層形成於二晶態薄膜層之間,所述晶態薄膜層直接與鋁或鋁合金基體結合。
- 如申請專利範圍第1項所述之殼體,其中所述晶態薄膜層為氮氧化鉻層或氮氧化鋁層。
- 如申請專利範圍第2項所述之殼體,其中所述晶態薄膜層的厚度為300~800nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之殼體,其中所述非晶態薄膜層為二氧化矽層或氧化鋁層。
- 如申請專利範圍第4項所述之殼體,其中所述非晶態薄膜層的厚度為300~600nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之殼體,其中所述晶態薄膜層及非晶態薄膜層分別藉由真空鍍膜的方式形成。
- 一種殼體的製造方法,其包括如下步驟:
提供鋁或鋁合金基體;
藉由真空鍍膜的方式,於該鋁或鋁合金基體的表面形成複合防護層,所述複合防護層包括二晶態薄膜層及一非晶態薄膜層,所述非晶態薄膜層形成於二晶態薄膜層之間,所述晶態薄膜層直接與鋁或鋁合金基體結合。 - 如申請專利範圍第7項所述之殼體的製造方法,其中所述晶態薄膜層為氮氧化鉻層或氮氧化鋁層。
- 如申請專利範圍第8項所述之殼體的製造方法,其中形成所述晶態薄膜層的步驟以如下方式進行:選擇Cr及Al中的任一種為靶材,設置其功率為5~8kW;以氮氣及氧氣為反應氣體,氮氣的流量為20~40sccm,氧氣的流量為40~60sccm,以氬氣為工作氣體,氬氣流量為130~200sccm;氮氣占總的氣體分壓比為5~20%,氧氣占總的氣體分壓比為15~40%,施加於鋁或鋁合金基體的偏壓為-100~-200V,鍍膜溫度為100~150℃,鍍膜時間為30~150min。
- 如申請專利範圍第8項所述之殼體的製造方法,其中形成所述非晶態薄膜層的步驟為:選擇Si及Al中的任一種為靶材,設置其功率為6~8kW;以氧氣為反應氣體,氧氣的流量為50~150sccm,以氬氣為工作氣體,氬氣流量為130~200sccm,氧氣占總的氣體的分壓比為30~90%;施加於鋁或鋁合金基體的偏壓為-100~-200V,鍍膜溫度為100~150℃,鍍膜時間為20~70min。
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