CN102732824A - 壳体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种壳体,该壳体包括铝或铝合金基体及形成于该铝或铝合金基体上的复合防护层,所述复合防护层包括二晶态薄膜层及一非晶态薄膜层,所述非晶态薄膜层形成于二晶态薄膜层之间,所述晶态薄膜层直接与铝或铝合金基体结合。本发明还提供了所述壳体的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种壳体及其制造方法。
背景技术
铝或铝合金目前被广泛应用于航空、航天、汽车及微电子等工业领域。但铝或铝合金的标准电极电位很低,耐腐蚀差,暴露于自然环境中会引起表面快速腐蚀。
提高铝或铝合金耐腐蚀性的方法通常是在其表面形成保护性的涂层。传统的阳极氧化、电沉积、化学转化膜技术及电镀等铝或铝合金的表面处理方法存在生产工艺复杂、效率低、环境污染严重等缺点。
真空镀膜(PVD)为一清洁的成膜技术。然而,由于铝或铝合金的标准电极电位很低,且PVD涂层存在微小的孔隙及由于晶格失配或塑性变形而形成的位错缺陷,因此形成于铝或铝合金表面的PVD涂层容易发生电化学腐蚀,导致该PVD涂层的耐腐蚀性能降低,对铝或铝合金的耐腐蚀能力的提高有限。
发明内容
鉴于此,提供一种具有良好的耐腐蚀性的壳体。
另外,还提供一种上述壳体的制造方法。
一种壳体,该壳体包括铝或铝合金基体及形成于该铝或铝合金基体上的复合防护层,所述复合防护层包括二晶态薄膜层及一非晶态薄膜层,所述非晶态薄膜层形成于二晶态薄膜层之间,所述晶态薄膜层直接与铝或铝合金基体结合。
一种壳体的制造方法,其包括如下步骤:
提供铝或铝合金基体;
通过真空镀膜的方式,于该铝或铝合金基体的表面形成复合防护层,所述复合防护层包括二晶态薄膜层及一非晶态薄膜层,所述非晶态薄膜层形成于二晶态薄膜层之间,所述晶态薄膜层直接与铝或铝合金基体结合。
经上述方式形成的晶态薄膜层以柱状晶形态生长,而非晶态薄膜层是以无序形态生长。由于晶态薄膜层与非晶态薄膜层膜层生长方式不同,形成于二所述晶态薄膜层之间的一非晶态薄膜层可隔断二所述晶态薄膜层之间连通的柱状晶间孔隙及位错等缺陷,即隔断了铝或铝合金基体与晶态薄膜层的通道,使腐蚀性气体或液体难以由外界渗入到达铝或铝合金基体,进而使所述铝或铝合金基体与所述晶态薄膜层或/和非晶态薄膜层之间不易发生电偶腐蚀,如此,大大提高了所述铝或铝合金基体的耐腐蚀性。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例壳体的剖视图;
图2是本发明一较佳实施例真空镀膜机的示意图。
主要元件符号说明
壳体 10
铝或铝合金基体 11
复合防护层 13
晶态薄膜层 131
非晶态薄膜层 133
真空镀膜机 20
镀膜室 21
第一靶材 23
第二靶材 24
轨迹 25
真空泵 30
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1,本发明一较佳实施例的壳体10包括铝或铝合金基体11及形成于该铝或铝合金基体11上的复合防护层13。该壳体10可以为3C电子产品的壳体,也可为眼镜边框、建筑用件及汽车等交通工具的零部件等。
该复合防护层13包括二晶态薄膜层131及一非晶态薄膜层133,所述非晶态薄膜层133形成于二晶态薄膜层131之间。其中,与铝或铝合金基体11直接结合的为一晶态薄膜层131。
所述晶态薄膜层131可为氮氧化铬(CrON)层或氮氧化铝(AlON)层,其厚度为300~800nm。所述晶态薄膜层131具有良好的致密性。所述晶态薄膜层131优选为CrON层。
所述非晶态薄膜层133为硬质薄膜层,其可为二氧化硅(SiO2)层或氧化铝(Al2O3)层,其厚度为300~500μm。所述非晶态薄膜层133优选为SiO2层。
所述晶态薄膜层131及非晶态薄膜层133均可通过真空镀膜的方式形成。所述真空镀膜可为真空溅镀、真空蒸镀等。
请同时参阅图1与图2,本发明一较佳实施例的制造所述壳体10的方法主要包括如下步骤:
提供铝或铝合金基体11,该铝或铝合金基体11可以通过冲压成型得到。
对该铝或铝合金基体11进行清洁前处理。该前处理包括:采用去离子水和无水乙醇依次对所述铝或铝合金基体11的表面进行擦拭,然后将该铝或铝合金基体11置于丙酮中进行超声波清洗,以去除表面的油污。清洗后将该铝或铝合金基体11干燥备用。
对经上述清洁前处理后的铝或铝合金基体11的表面进行氩气等离子体清洗,以进一步去除铝或铝合金基体11表面的油污,以及改善铝或铝合金基体11表面与后续镀层的结合力。结合参阅图2,提供一真空镀膜机20,该真空镀膜机20包括一镀膜室21及连接于镀膜室21的一真空泵30,真空泵30用以对镀膜室21抽真空。该镀膜室21内设有转架(未图示)、相对设置的二第一靶材23及相对设置的二第二靶材24。转架带动铝或铝合金基体11沿圆形的轨迹25公转,且铝或铝合金基体11在沿轨迹25公转时亦自转。其中,所述第一靶材23为铬靶或铝靶;所述第二靶材24为硅靶或铝靶。
该等离子体清洗的具体操作及工艺参数可为:将铝或铝合金基体11固定于真空镀膜机20的镀膜室21中的转架上,将该镀膜室21抽真空至约为8.0×10-3Pa,然后向镀膜室21内通入流量约为500sccm(标准状态毫升/分钟)的氩气(纯度为99.999%),并施加-500~-800V的偏压于铝或铝合金基体11,对铝或铝合金基体11表面进行氩气等离子体清洗,清洗时间为5~10min。
采用磁控溅射法在经氩气等离子体清洗后的铝或铝合金基体11上溅镀一晶态薄膜层131。该晶态薄膜层131为CrON层或AlON层。形成晶态薄膜层131的具体操作方法及工艺参数为:设置第一靶材23的功率为5~8kW;以氮气及氧气为反应气体,氮气的流量为20~40sccm,氧气的流量为40~60sccm,以氩气为工作气体,氩气流量为130~200sccm;其中,氮气与氮气、氧气及氩气的总和的分压比为5~20%,氧气与氮气、氧气及氩气的总和的分压比为15~40%。溅镀时对铝或铝合金基体11施加-100~-200V的偏压,并加热所述镀膜室21至温度为100~150,镀膜时间可为30~150min。该晶态薄膜层131的厚度可为300~800nm。溅射完成该晶态薄膜层131后,关闭所述第一靶材23的电源。
于所述晶态薄膜层131上溅射一非晶态薄膜层133。该非晶态薄膜层133为SiO2层或Al2O3层。形成非晶态薄膜层133的具体操作方法及工艺参数为:以第二靶材24为靶材,其第二靶材24的功率为6~8kW;以氧气为反应气体,氧气的流量为50~150sccm,以氩气为工作气体,氩气流量为130~200ccm;其中,氧气与氧气及氩气的总和的分压比为30~90%。溅镀时对铝或铝合金基体11施加-100~-200V的偏压,并加热所述镀膜室21至温度为100~150,镀膜时间可为20~70min。该晶态薄膜层131的厚度可为300~600nm。溅射完成该晶态薄膜层131后,关闭所述第二靶材24的电源。
于所述非晶态薄膜层133上再溅射一晶态薄膜层131。溅射该晶态薄膜层131的参数与溅射上述晶态薄膜层131的相同。
关闭负偏压、第一靶材23电源,停止通入氩气、氮气及氧气,待所述晶态薄膜层131冷却后,向镀膜内通入空气,打开镀膜室门,取出镀覆有晶态薄膜层131及非晶态薄膜层133的铝或铝合金基体11。
经上述方式形成的晶态薄膜层131以柱状晶形态生长,而非晶态薄膜层133是以无序形态生长。由于晶态薄膜层131与非晶态薄膜层133膜层生长方式不同,形成于二所述晶态薄膜层131之间的一非晶态薄膜层133可隔断二所述晶态薄膜层131之间连通的柱状晶间孔隙及位错等缺陷,即隔断了铝或铝合金基体11与晶态薄膜层131的通道,使腐蚀性气体或液体难以由外界渗入到达铝或铝合金基体11,进而使所述铝或铝合金基体11与所述晶态薄膜层131或/和非晶态薄膜层133之间不易发生电偶腐蚀,如此,大大提高了所述铝或铝合金基体11的耐腐蚀性。
此外,由于所述晶态薄膜层131在其形成过程中可形成Cr-O与Cr-N的两相化合物或Al-O与Al-N的两相化合物,上述两相化合物的形成可相互抑制各相晶粒的生长,从而可降低各相晶粒的尺寸,使得所述晶态薄膜层131的致密性增强,可进一步提高所述壳体10的耐腐蚀性。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
本实施例所使用的真空镀膜机20为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。
等离子体清洗:氩气流量为500sccm,铝或铝合金基体11的偏压为-500V,等离子体清洗时间为8min。
溅镀晶态薄膜层131:第一靶材23为铬靶,其功率为6kW;氮气流量为20sccm,氧气流量为40sccm,氩气流量为180sccm;氮气与氮气、氧气及氩气的总和的分压比为7%,氧气与氮气、氧气及氩气的总和的分压比为17%。铝或铝合金基体11的偏压为-150V,镀膜温度为120℃,镀膜时间为60min,晶态薄膜层131的厚度为500nm。
溅镀非晶态薄膜层133:第二靶材24为硅靶,其的功率为6kW;氧气流量为80ccm,氩气流量为180sccm;氧气与氧气及氩气的总和的分压比为30%。铝或铝合金基体11的偏压为-150V,镀膜温度为120℃,镀膜时间为70min,晶态薄膜层131的厚度为400nm。
按上述晶态薄膜层131的溅镀方式于所述非晶态薄膜层133上再溅射一晶态薄膜层131。
实施例2
本实施例所使用的真空镀膜机20与实施例1中使用的相同。
等离子体清洗:氩气流量为500sccm,铝或铝合金基体11的偏压为-600V,等离子体清洗时间为5min。
溅镀晶态薄膜层131:第一靶材23为铝靶,其功率为8kW;氮气流量为30sccm,氧气流量为60sccm,氩气流量为150sccm;其中,氮气与氮气、氧气及氩气的总和的分压比为12.5%,氧气与氮气、氧气及氩气的总和的分压比为25%。铝或铝合金基体11的偏压为-200V,镀膜温度为150℃,镀膜时间为90min,晶态薄膜层131的厚度为300nm。
溅镀非晶态薄膜层133:第二靶材24为硅靶,其功率为8kW;氧气流量为100sccm,氩气流量为150sccm;氧气与氧气及氩气的总和的分压比为40%。铝或铝合金基体11的偏压为-150V,镀膜温度为150℃,镀膜时间为60min,晶态薄膜层131的厚度为350nm。
按上述晶态薄膜层131的溅镀方式于所述非晶态薄膜层133上再溅射一晶态薄膜层131。
盐雾试验
将上述制得的壳体10进行盐雾测试,具体测试方法及结果如下:
进行35℃中性盐雾(NaCl浓度为5%)测试。结果表明,由本发明实施例1和实施例2的方法所制备的壳体10在96小时后才出现腐蚀现象,且96小时时形成于铝或铝合金基体11表面的晶态薄膜层131及非晶态薄膜层133均完好、未发生脱落现象。可见,所述壳体10具有良好的耐腐蚀性。
Claims (10)
1.一种壳体,包括铝或铝合金基体及形成于该铝或铝合金基体上的复合防护层,其特征在于:所述复合防护层包括二晶态薄膜层及一非晶态薄膜层,所述非晶态薄膜层形成于二晶态薄膜层之间,所述晶态薄膜层直接与铝或铝合金基体结合。
2.如权利要求1所述的壳体,其特征在于:所述晶态薄膜层为氮氧化铬层或氮氧化铝层。
3.如权利要求2所述的壳体,其特征在于:所述晶态薄膜层的厚度为300~800nm。
4.如权利要求1所述的壳体,其特征在于:所述非晶态薄膜层为二氧化硅层或氧化铝层。
5.如权利要求4所述的壳体,其特征在于:所述非晶态薄膜层的厚度为300~600nm。
6.如权利要求1所述的壳体,其特征在于:所述晶态薄膜层及非晶态薄膜层分别通过真空镀膜的方式形成。
7.一种壳体的制造方法,其包括如下步骤:
提供铝或铝合金基体;
通过真空镀膜的方式,于该铝或铝合金基体的表面形成复合防护层,所述复合防护层包括二晶态薄膜层及一非晶态薄膜层,所述非晶态薄膜层形成于二晶态薄膜层之间,所述晶态薄膜层直接与铝或铝合金基体结合。
8.如权利要求7所述的壳体的制造方法,其特征在于:所述晶态薄膜层为氮氧化铬层或氮氧化铝层。
9.如权利要求8所述的壳体的制造方法,其特征在于:形成所述晶态薄膜层的步骤以如下方式进行:选择Cr及Al中的任一种为靶材,设置其功率为5~8kW;以氮气及氧气为反应气体,氮气的流量为20~40sccm,氧气的流量为40~60sccm,以氩气为工作气体,氩气流量为130~200sccm;氮气与氮气、氧气及氩气的总和的分压比为5~20%,氧气与氮气、氧气及氩气的总和的分压比为15~40%,施加于铝或铝合金基体的偏压为-100~-200V,镀膜温度为100~150℃,镀膜时间为30~150min。
10.如权利要求8所述的壳体的制造方法,其特征在于:形成所述非晶态薄膜层的步骤为:选择Si Al中的任一种为靶材,设置其功率为6~8kW;以氧气为反应气体,氧气的流量为50~150sccm,以氩气为工作气体,氩气流量为130~200sccm,氧气与氧气及氩气的总和的分压比为30~90%;施加于铝或铝合金基体的偏压为-100~-200V,镀膜温度为100~150℃,镀膜时间为20~70min。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121017 |