鍍膜件及其製備方法
2023-09-14 05:50:30 1
專利名稱：鍍膜件及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鍍膜件及其製備方法，尤其涉及一種具有良好耐腐蝕性能的鍍膜件及該鍍膜件的製備方法。
背景技術：
鋁合金具有質量輕、散熱性能好等諸多優點，在通訊、電子、交通運輸、建築以及航空航天等領域的應用非常廣泛。在空氣中鋁合金表面會形成氧化鋁的保護膜(厚度約 lOnm)，在一般的大氣環境下，鋁合金表面的這層氧化鋁膜能夠有效地保護鋁合金基材。但在含有電解質的溼氣中，例如海洋表面大氣環境，鋁合金表面會出現點蝕，嚴重破壞產品外觀，同時導致產品使用壽命縮短。為了提高鋁合金產品的耐腐蝕性能(或耐鹽霧性能)， 通常要對鋁合金基材進行表面處理，如陽極氧化、烤漆等，但這些工藝都存在較大的環境汙染。真空鍍膜技術(PVD)是一種較環保的鍍膜技術。PVD膜層具有高硬度、高耐磨性、 良好的化學穩定性等優點，因此在表面防護或裝飾處理領域的應用越來越廣。然而，PVD膜層不可避免地存在一些針孔、裂紋等缺陷，這些缺陷通常很容易成為腐蝕性介質的腐蝕「通道」。而對於鋁合金基體來說，其標準電極電位很低，與許多PVD膜層的電極電位的差異較大，因此，在腐蝕性環境中，鋁合金基體與PVD膜層之間極易形成腐蝕原電池，造成電偶腐蝕，使整個鋁合金產品失效。
發明內容
鑑於此，有必要提供一種具有良好的耐腐蝕性能的鍍膜件。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，其包括鋁合金基體及形成於鋁合金基體表面的防腐蝕層，該防腐蝕層為一氮化鈦矽的複合膜層。—種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟提供一鋁合金基體；採用真空濺鍍法在該鋁合金基體上濺鍍防腐蝕層，該防腐蝕層為氮化鈦矽的複合膜層；濺鍍該防腐蝕層以鈦矽複合靶為靶材，以氮氣為反應氣體。相較於現有技術，所述的防腐蝕層為氮化鈦矽的複合膜層，在濺鍍該氮化鈦矽的複合膜層的過程中，鈦晶粒與矽晶粒的生長可相互抑制，從而使該複合膜層中形成小晶粒的納米晶，而氮的引入可使氮原子滲入所述納米晶的晶格之中，形成間隙型固溶體，可進一步細化晶粒尺寸，提高了所述防腐蝕層的緻密性。所述的防腐蝕層的緻密性較傳統的單金屬或單金屬氮化物膜層要緻密得多，可有效阻滯腐蝕性介質的侵入，避免電偶腐蝕的發生， 從而提高了所述鍍膜件的耐腐蝕性能。
圖1是本發明一較佳實施方式的鍍膜件的剖視示意圖。圖2是本發明一較佳實施方式的真空濺鍍機的俯視示意圖。主要元件符號說明鍍膜件10鋁合金基體11防腐蝕層13真空濺鍍機20鍍膜室21鈦矽複合靶2具體實施例方式請參閱圖1，本發明一較佳實施方式的鍍膜件10包括鋁合金基體11及形成於鋁合金基體11上的防腐蝕層13。防腐蝕層13為一氮化鈦矽(SiTiN)的複合膜層，其可以真空濺鍍法形成，如中頻磁控濺射鍍膜法。該SiTiN的複合膜層中Ti的原子百分含量(at. % )為30-40at. %, Si 為30-40at. %，N為20-40at. % 該防腐蝕層13的厚度為200_400nm。所述Si TiN的複合膜層中含有Si、Ti的納米晶及N原子，該N原子嵌入在Si、Ti 納米晶的晶格之中，形成間隙型固溶體，可細化晶粒尺寸，提高所述防腐蝕層13的緻密性。可以理解的，還可在鋁合金基體11與防腐蝕層13之間設置一金屬鈦的過渡層，以提高防腐蝕層13於鋁合金基體11的附著力。本發明較佳實施方式的鍍膜件10的製備方法包括如下步驟提供一鋁合金基體11，並對該鋁合金基體11進行前處理。該前處理可包括以下步驟依次用去離子水及無水乙醇對鋁合金基體11表面進行擦拭。將鋁合金基體11放入盛裝有丙酮溶液的超聲波清洗器中進行超聲波清洗，以除去鋁合金基體11表面的雜質和油汙等。對經超聲波清洗後的鋁合金基體11的表面進行等離子清洗，以進一步去除鋁合金基體11表面的髒汙，以及改善鋁合金基體11表面與後續鍍層的結合力。請參閱圖2，將鋁合金基體11放入一真空濺鍍機20的鍍膜室21中，裝入鈦矽複合靶23，抽真空該鍍膜室21至本底真空度為8.0X10_3Pa，然後通入流量為150-300sCCm (標準毫升每分)的工作氣體氬氣(純度為99. 999% )，對鋁合金基體11施加-300 -500V 的偏壓，使鍍膜室21中產生高頻電壓，使所述氬氣發生離子化而產生氬氣等離子體對鋁合金基體11的表面進行物理轟擊，而達到對鋁合金基體11表面等離子清洗的目的。所述等離子清洗的時間可為5-10分鐘。所述等離子清洗完成後，在所述鍍膜室21中以真空濺鍍法，如中頻磁控濺射鍍膜法，在鋁合金基體11的表面濺鍍防腐蝕層13。濺鍍該防腐蝕層13時，使所述鍍膜室21的溫度在20-120°C之間(即濺鍍溫度為20-120°C )，調節氬氣的流量為150-200sCCm，通入流量為60-80sCCm的反應氣體氮氣，調節鋁合金基體11的偏壓至-150 -500V，開啟鈦矽複合靶23的電源，於鋁合金基體11的表面沉積防腐蝕層13。所述鈦矽複合靶23由直流電源控制，其功率為5-7KW。該防腐蝕層13為氮化鈦矽(SiTiN)的複合膜層，其厚度在200-400nm 之間。沉積該防腐蝕層13的時間可為20-40分鐘。可以理解的，可在濺鍍防腐蝕層13之前於鋁合金基體11的表面濺鍍一金屬鈦的過渡層，以提高防腐蝕層13於鋁合金基體11的附著力。以下結合具體實施例對鍍膜件10的製備方法及鍍膜件10進行說明實施例1等離子清洗氬氣流量為^Osccm，鋁合金基體11的偏壓為-300V，等離子清洗的時間為9分鐘；濺鍍防腐蝕層13 氬氣流量為160SCCm，氮氣流量為6kccm，鋁合金基體11的偏壓為-200V，鈦矽複合靶23的功率為5. 5KW，濺鍍溫度為30°C，濺鍍時間為25分鐘，防腐蝕層13的厚度為250nm，防腐蝕層13中Ti的原子百分含量為%，Si為30at. %，N為 35at. % ο實施例2等離子清洗氬氣流量為230sCCm，鋁合金基體11的偏壓為-480V，等離子清洗的時間為7分鐘；濺鍍防腐蝕層13 氬氣流量為180SCCm，氮氣流量為70sCCm，鋁合金基體11的偏壓為-300V，鈦矽複合靶23的功率為6KW，濺鍍溫度為70°C，濺鍍時間為30分鐘，防腐蝕層13的厚度為300nm，防腐蝕層13中Ti的原子百分含量為%，Si為%，N為 30at. %。實施例3等離子清洗氬氣流量為leOsccm，鋁合金基體11的偏壓為-400V，等離子清洗的時間為6分鐘；濺鍍防腐蝕層13 氬氣流量為190SCCm，氮氣流量為7kccm，鋁合金基體11的偏壓為-450V，鈦矽複合靶23的功率為6. 5KW，濺鍍溫度為100°C，濺鍍時間為38分鐘，防腐蝕層13的厚度為390nm，防腐蝕層13中Ti的原子百分含量為40at. %，Si為25at. %，N為
35at. % ο對由實施例1-3所製得的鍍膜件10進行了 35 °C中性鹽霧測試，(NaCl濃度為 5%)0結果表明，所述鍍膜件10在M小時後才出現腐蝕現象，可見，該鍍膜件10具有良好的耐腐蝕性能。相較於現有技術，所述的防腐蝕層13為氮化鈦矽的複合膜層，在濺鍍該氮化鈦矽的複合膜層的過程中，鈦晶粒與矽晶粒的生長可相互抑制，從而使該複合膜層中形成小晶粒的納米晶，而氮的引入可使氮原子滲入所述納米晶的晶格之中，形成間隙型固溶體，可進一步細化晶粒尺寸，提高了所述防腐蝕層的緻密性。所述的防腐蝕層的緻密性較傳統的單金屬或單金屬氮化物膜層要緻密得多，可有效阻滯腐蝕性介質的侵入，避免電偶腐蝕的發生，從而提高了所述鍍膜件10的耐腐蝕性能。同時，由於防腐蝕層13中存在硬度較高的SiN相，使得該防腐蝕層13的顯微硬度可達20GPa以上，提高了該防腐蝕層13的耐磨性。另外，所述的防腐蝕層13的膜繫結構簡單，相較於四組分或四組分以上的複雜膜系，該防腐蝕層13更加容易製備，易於精確控制其微觀晶格結構，產品良率高，還可降低生產成本。
權利要求
1.一種鍍膜件，其包括鋁合金基體及形成於鋁合金基體上的防腐蝕層，其特徵在於 該防腐蝕層為一氮化鈦矽的複合膜層。
2.如權利要求1所述的鍍膜件，其特徵在於所述氮化鈦矽的複合膜層中Ti的原子百分含量為 30-40at. %，Si 為 30_40at. %，N 為 20_40at. %。
3.如權利要求1所述的鍍膜件，其特徵在於所述氮化鈦矽的複合膜層中含有Si、Ti 的納米晶及N原子，該N原子嵌入在Si、Ti納米晶的晶格之中，形成間隙型固溶體。
4.如權利要求1所述的鍍膜件，其特徵在於所述防腐蝕層的厚度為200-400nm。
5.如權利要求1所述的鍍膜件，其特徵在於所述鍍膜件還包括一設置於鋁合金基體與防腐蝕層之間的過渡層，該過渡層為一金屬鈦層。
6.一種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟提供一鋁合金基體；採用真空濺鍍法在該鋁合金基體上濺鍍防腐蝕層，該防腐蝕層為氮化鈦矽的複合膜層；濺鍍該防腐蝕層以鈦矽複合靶為靶材，以氮氣為反應氣體。
7.如權利要求6所述的鍍膜件的製備方法，其特徵在於濺鍍所述防腐蝕層採用中頻磁控濺射鍍膜法，鈦矽複合靶的電源功率為5-7KW，氮氣的流量為60-80sCCm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150-200sCCm，對鋁合金基體設置-150 -500V的偏壓，濺鍍溫度為 20-120°C，濺鍍時間為20-40分鐘。
8.如權利要求6所述的鍍膜件的製備方法，其特徵在於所述製備方法還包括在濺鍍防腐蝕層前於鋁合金基體表面濺鍍金屬鈦的過渡層的步驟。
9.如權利要求8所述的鍍膜件的製備方法，其特徵在於所述製備方法還包括在濺鍍過渡層前對鋁合金基體進行超聲波清洗及等離子清洗的步驟。
全文摘要
本發明提供一種鍍膜件及其製備方法。該鍍膜件包括鋁合金基體及形成於鋁合金基體表面的防腐蝕層，該防腐蝕層為一氮化鈦矽的複合膜層。一種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟提供一鋁合金基體；採用真空濺鍍法在該鋁合金基體上濺鍍防腐蝕層，該防腐蝕層為氮化鈦矽的複合膜層；濺鍍該防腐蝕層以鈦矽複合靶為靶材，以氮氣為反應氣體。所述的鍍膜件具有良好的耐腐蝕性能、高硬度及良好的耐磨性能。
文檔編號C23C14/35GK102560342SQ20101060226
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者張新倍, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士, 馬楠 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司