CN102560392A - 铝及铝合金表面防腐处理方法及其制品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝及铝合金表面防腐处理方法，包括以下步骤：提供铝基体，并对铝基体进行清洗；分别以铝靶和铬靶为靶材，以氩气为溅射气体，以氮气和氧气为反应气体，对铝基体进行磁控溅射，以于铝基体上镀覆一层氮氧化铝层及一层氮氧化铬层，该氮氧化铝层位于该铝基体与氮氧化铬层之间。经上述铝及铝合金表面防腐处理方法所制得的铝制品，包括铝基体、形成于该铝基体表面的氮氧化铝层及形成于该氮氧化铝层上的氮氧化铬层。该铝制品具有较好的抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝及铝合金表面防腐处理方法及其制品。
背景技术
铝合金具有质量轻、散热性能好等优点，在通讯、电子、交通运输、建筑及航天航空等领域应用广泛。在空气中铝合金表面会形成氧化铝保护膜，在一般的大气环境下，铝合金表面的氧化铝膜能够有效地对铝合金基体进行保护，但在含有电解质的湿气中，例如海洋表面大气环境，铝合金表面容易出现点蚀，严重破环铝合金制品的外观，同时导致制品使用寿命缩短。
耐盐雾侵蚀性能是铝合金耐腐蚀性能的一个重要参数，为了提高铝合金的耐盐雾侵蚀性能，通常需要对铝合金表面进行表面成膜处理，常见的处理手段有阳极氧化处理、烤漆等，但这些工艺都存在较大的环境污染问题。而真空镀膜(PVD)技术虽是一种非常环保的镀膜工艺，且可镀制的膜层种类丰富、耐磨性能优异，但PVD工艺沉积的薄膜往往是以柱状晶形态生长，因此膜层存在大量的晶间间隙，导致薄膜致密性不够而无法有效地防止盐雾的侵蚀。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可效提高铝及铝合金耐盐雾侵蚀性能的防腐处理方法。
另外，还有必要提供一种由上述方法制得的铝制品。
一种铝及铝合金表面防腐处理方法，包括以下步骤：
提供铝基体，并对铝基体进行清洗；
分别以铝靶和铬靶为靶材，以氩气为溅射气体，以氮气和氧气为反应气体，对铝基体进行磁控溅射，以于铝基体上镀覆一层氮氧化铝层及一层氮氧化铬层，该氮氧化铝层位于该铝基体与氮氧化铬层之间。
一种铝制品，包括铝基体、形成于该铝基体表面的氮氧化铝层及形成于该氮氧化铝层上的氮氧化铬层。
相较于现有技术，由上述铝及铝合金表面防腐处理方法所制得的铝制品由于其表面具有氮氧化铝层和氮氧化铬层组成的复合薄膜，该复合薄膜由比较细小的晶粒组成，晶间间隙比较小，该复合薄膜表面非常致密，可有效防止盐雾侵蚀，因此可有效提高铝合金的抗腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的铝及铝合金表面防腐处理方法中所用镀膜设备示意图。
图2为由本发明较佳实施例的铝合金表面防腐处理方法所制得的铝合金制品的剖视示意图。
主要元件符号说明
铝制品 10
铝基体 20
氮氧化铝层 30
氮氧化铬层 40
磁控溅射设备 1
真空室 2
真空泵 3
转架 4
铝靶 5
铬靶 6
气源通道 7
具体实施方式
本发明铝及铝合金表面防腐处理方法主要包括如下步骤：
采用无水乙醇对铝基体20进行超声波清洗，以除去试样表面油污。该铝基体20的材质可为纯铝或铝合金。
分别以铝靶和铬靶为靶材，以氮气和氧气为反应气体，对铝基体20进行磁控溅射，以于铝基体20上镀覆一层氮氧化铝(AlON)层30及一层氮氧化铬(CrON)层40。该氮氧化铝层30位于该铝基体20与氮氧化铬层40之间，用以提高氮氧化铬层40的附着力。该磁控溅射步骤具体如下：
请参阅图1，提供一磁控溅射设备1，磁控溅射设备1包括一真空室2、用以对真空室2抽真空的真空泵3以及与真空室2相通的气源通道7。该真空室2内设有转架4及相对设置的铝靶5和铬靶6。转架4带动铝基体20做圆周运行，且铝基体20在随转架4运行的同时也进行自转。镀膜时，溅射气体与反应气体经由气源通道7进入真空室2。
在铝基体20上溅射该氮氧化铝层30。将经上述清洗的铝基体20放置于磁控溅射设备1的转架4上，对真空室2抽真空至6.0×10-3～8.0×10-3Pa后通入溅射气体氩气，氩气流量为150～300sccm(标准状态毫升/分钟)，同时通入反应气体氮气和氧气，氧气流量为30～60sccm，氮气流量为15～40sccm，铝基体20施加偏压至-100～-300V，开启铝靶5，铝靶5的功率为8～10kw，调节真空室2内温度为100～150，转架4的转速为0.5～1.0rpm(revolution perminute，转/分钟)，对铝基体20溅射0.5～1小时，以于铝基体20表面形成该氮氧化铝层30。
在氮氧化铝层30上溅射该氮氧化铬层40。关闭铝靶5，开启铬靶6，铬靶6的功率为8～10kw，调节氧气流量为40～100sccm，氮气流量为30～60sccm，其它参数保持不变，溅射0.5～2小时，以在该氮氧化铝层30上沉积一层氮氧化铬层40，由此可获得防腐性能优良的铝制品10。
镀膜结束后，关闭负偏压及铬靶6电源，停止通入氩气和氮气，待所述氮氧化铬层40冷却后，向真空室2内通入空气，打开真空室门，取出镀覆好的铝制品10。
请参阅图2，由上述铝及铝合金表面防腐处理方法所获得的铝制品10，包括铝基体20、形成于铝基体20表面的氮氧化铝层30及形成于该氮氧化铝层30上的氮氧化铬层40。其中，该氮氧化铝层30中铝原子个数百分比为40％～65％，氧原子个数百分比为25％～50％，氮原子个数百分比为10％～20％。该氮氧化铬层40中铬原子个数百分比为50％～70％，氧原子个数百分比为20％～45％，氮原子个数百分比为5％～10％。该氮氧化铝层30的厚度为0.4～0.8μm。该氮氧化铬层40的厚度大约为0.5～2.0μm，其由直径大约为4～7nm的晶粒组成，晶间间隙比较小，该氮氧化铬层40表面非常致密。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
采用无水乙醇对铝合金试样进行超声波清洗大约30分钟。将清洗好的铝合金试样放入中频磁控溅射镀膜机的真空腔中。本实施例所使用的中频磁控溅射镀膜机为深圳南方创新真空技术有限公司生产，型号为SM-1100H。
开启真空泵对真空腔抽真空并设定真空度为8×10-3Pa，开启转架并设定转速为0.5转/分钟，开启真空腔烘烤并设定真空腔内温度为120℃。
待真空腔的真空度抽至上述设定值后，通入工作气体氩气及反应气体氧气和氮气，氩气流量为150sccm，氧气流量为20sccm，氮气流量为15sccm，开启铝靶并调节铝靶功率为8kw，铝合金试样施加偏压为-200V，占空比为50％，溅射0.5小时，以在铝合金表面形成一层氮氧化铝层。
然后关闭铝靶，调节氧气流量为40sccm，氮气流量为30sccm，开启铬靶并调节铬靶功率为8kw，铝合金试样施加偏压-200V，占空比为50％，溅射1小时，以在氮氧化铝层上形成一层氮氧化铬层。
实施例2
实施例2与实施例1类似，不同的是，本实施例沉积氮氧化铝层时氧气流量为30sccm，氮气流量为20sccm；沉积氮氧化铬层时氧气流量为80sccm，氮气流量为50sccm，其它条件均与实施例1相同。按照实施例2也可以制得表面形成有氮氧化铝层和氮氧化铬层的铝制品。
由实施例1和实施例2制得的铝制品的表面形貌、结构比较类似，且具有类似的防腐性能。
对比例
采用与实施例1相同的中频磁控溅射镀膜机对铝合金试样进行溅射，与实施例1不同的是靶材为铬靶，反应气体为氮气，氮气流量为50sccm，铬靶功率为8kw，铝合金试样施加偏压为-200V，占空比为50％，溅射0.5小时，在铝合金试样表面溅镀单组分氮化铬(CrN)薄膜。
对由本发明的方法所制备的镀覆有所述氮氧化铝层及氮氧化铬层的铝合金试样和对比例所制得的镀覆氮化铬(CrN)薄膜的铝合金试样进行35℃中性盐雾(NaCl浓度为5％)测试。结果发现，对比例所制得的表面镀覆氮化铬(CrN)薄膜的铝合金试样4小时后就发生明显腐蚀；而由本发明实施例的方法所制备铝合金试样在72小时后才出现有腐蚀现象。
可见，由本发明的铝及铝合金表面防腐处理方法所制得的铝制品由于其表面具有氮氧化铝层及氮氧化铬层组成的复合薄膜，该复合薄膜可有效防止盐雾侵蚀，因此可提高铝基体的抗腐蚀性能。
Claims (10)
1.一种铝及铝合金表面防腐处理方法，包括以下步骤：
提供铝基体，并对铝基体进行清洗；
分别以铝靶和铬靶为靶材，以氩气为溅射气体，以氮气和氧气为反应气体，对铝基体进行磁控溅射，以于铝基体上镀覆一层氮氧化铝层及一层氮氧化铬层，该氮氧化铝层位于该铝基体与氮氧化铬层之间。
2.如权利要求1所述的铝及铝合金表面防腐处理方法，其特征在于：溅射所述氮氧化铝层的氧气流量为30～60sccm，氮气流量为15～40sccm。
3.如权利要求2所述的铝及铝合金表面防腐处理方法，其特征在于：溅射所述氮氧化铝层还在如下参数条件下进行：真空腔内真空度为6×10-3～8×10-3Pa，腔体温度为100～150℃，转架转速为0.5～1转/分钟，铝靶功率为8～10kw，氩气流量为150～300s ccm，铝基体施加偏压-100～-300V，溅射0.5～1小时。
4.如权利要求1所述的铝及铝合金表面防腐处理方法，其特征在于：溅射所述氮氧化铬层的氧气流量为40～100sccm，氮气流量为30～60sccm。
5.如权利要求4所述的铝及铝合金表面防腐处理方法，其特征在于：溅射所述氮氧化铬层还在如下参数条件下进行：真空腔内真空度为6×10-3～8×10-3Pa，腔体温度为100～150℃，转架转速为0.5～1转/分钟，钛靶功率为8～10kw，氩气流量为150～300sccm，铝基体施加偏压为-100～-300V，溅射0.5～2小时。
6.一种铝制品，包括铝基体，其特征在于：该铝制品还包括形成于该铝基体表面的氮氧化铝层及形成于该氮氧化铝层上的氮氧化铬层。
7.如权利要求6所述的铝制品，其特征在于：该氮氧化铝层中铝原子个数百分比为40％～65％，氧原子个数百分比为25％～50％，氮原子个数百分比为10％～20％。
8.如权利要求6所述的铝制品，其特征在于：该氮氧化铬层中铬原子个数百分比为50％～70％，氧原子个数百分比为20％～45％，氮原子个数百分比为5％～10％。
9.如权利要求6所述的铝制品，其特征在于：该氮氧化铬层由直径为4～7nm的晶粒组成。
10.如权利要求6所述的铝制品，其特征在于：该铝基体的材质为纯铝或铝合金。
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| US20120164356A1 (en) | 2012-06-28 |
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