TW201236876A

TW201236876A - Vacuum depositing articles and method for making same

Info

Publication number: TW201236876A
Application number: TW100108805A
Authority: TW
Inventors: Hsin-Pei Chang; Wen-Rong Chen; Huann-Wu Chiang; Cheng-Shi Chen; Nan Ma
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-09-16
Also published as: CN102676989A; US20120231292A1

Description

201236876 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】 [0001] 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姑性能的鑛膜件及該錄膜件的製備方、、去【先前技術】 [0002] 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。在空氣中銘合金表面會形成氧化銘的保護膜（厚度約1〇nm)，在-般的大氣環境下，銘合金表面的這層 U 氧化鋁膜能夠有效地保镬鋁合金基材。但在含有電解質的減巾，例如海洋表面大氣魏，⑫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IS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污染問題。闕a空鑛膜⑽mD)係-種較環保的鑛膜技術。PVD膜 Ο 層具有高硬度、高耐磨性、良好的化學穩定性及金屬質感裝飾性等優點，因此在表面防護或I飾處理領域的應用越來越廣。然而’由独合金基體的熱膨脹係數較大，於銘合金基體表面PVD非金屬材㈣裝飾性膜層（如顏色層等）時存在附著力問題，膜層較容易脫落，限制了銘合金基材PVD的應用範圍。【發明内容】剛鑒於此’有必要提供__種具有較好結合性㈣pvD的鑛膜件0 100108805 表單編號A0101 1002014895-0 201236876 [0005] 另外，還有必要提供一種上述鍍膜件的製備方法。 [0006] 一種鍍膜件，其包括鋁合金基體及依次形成於鋁合金基體表面的梯度結合層、裝飾層，該梯度結合層包括復數鋁氧氮層，該復數鋁氧氮層中鋁的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度減少，氧、氮的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度增加，該裝飾層為非金屬層。 [0007] —種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟： [0008] 提供鋁合金基體； [0009] 採用真空濺鍍法在該鋁合金基體上濺鍍復數鋁氧氮層，形成梯度結合層，該復數鋁氧氮層中鋁的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度減少，氧、氮的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度增加；濺鍍該梯度結合層以鋁靶為靶材，以氮氣、氧氣為反應氣體； [0010] 採用真空濺鍍法在該梯度結合層表面濺鍍裝飾層，該裝飾層為非金屬層。 [0011] 相較於習知技術，所述梯度結合層的復數鋁氧氮層中鋁的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度減少，氧、氮的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度增加，使該梯度結合層由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體方向的熱膨脹係數梯度降低，在鋁合金基體與裝飾層之間起到良好的過渡，避免了各膜層之間因熱膨脹係數差異較大而產生的結 100108805 表單編號A0101 第4頁/共17頁 1002014895-0 201236876 [0012] [⑻ 13] Ο [0014]

G 100108805 合力不強的問題’提高了賴件的使用壽命及附加價值升了產品的競爭力。【實施方式】请參閱圖1 ’本發明一較佳實施方式的鍍膜件1〇包括鋁合金基體11及依次形成於鋁合金基體n表面的鋁層12、梯度結合層13及裝飾層15。鋁層12可以真空濺錄法形成，如中頻磁控濺射鍍膜法。 β亥铭層12的厚度在I2〇-2〇〇nm之間。紹層12的設置可提高鍍膜件10各膜層之間的結合力β 梯度結合層13可以真空濺鍍法形成於鋁層12的表面，如中頻磁控濺射鍍膜法。該梯度結合層1,3包括復數A1、〇、 N各元素的含量成梯度變化的鋁氧氮（Αί〇Ν)層，本實施例中優選為3層’如圖1中所示依次形成於鋁層丨2表面的第一Α10Ν層131、第二Α10Ν層133及第三Α10Ν層135。第一Α10Ν層131中Α1的原子百分含量（at.%)為 65-75at. % ’ 0為l〇-2〇at. %，N為 10-20at. % ;第二 A10N層133中A1的原子百分含量為50-60at.%，0為 20-30at.%，N為 15-25at.% ;第三A10N層 135 中A1 的原子百分含量為42-52at.%，0為23-33at.%，N為 20-30at·% ; A1的原子百分含量由靠近鋁層12 (或鋁合金基體11)向遠離銘層12 (或銘合金基體11)的方向梯度減少，氧、氮的原子百分含量由靠近鋁層12 (或鋁合金基體11)向遠離鋁層12 (或鋁合金基體11)的方向梯度增加，這一梯度變化的方式使得熱膨脹係數由第一 A10N層131至第三A10N層135逐漸降低，從而避免了所述表單編號A0101 第5頁/共17頁 1002014895-0 201236876 鍍膜件10中鋁合金基體11與裝飾層15之間熱膨脹係數差異大難以結合的問題。同時，所述第三A10N層13 5具有高緻密性，可對所述鍍膜件10起到良好的防腐作用。 [0015] 所述第一A10N層131、第二A10N層133及第三A10N層135 的厚度均可為1 30-1 60nm。 [0016] 裝飾層15為非金屬層，如用以使鍍膜件10呈現色彩的化合物顏色層。該顏色層可為氮化鈦（TiN)層、氮氧化鈦 (TiNO)層、碳氮化鈦（TiCN)層、氮化鉻（CrN)層、氮氧化鉻（CrNO)層、碳氮化鉻（CrCN)層或其他任意具裝飾性的膜層，優選為TiN層。該裝飾層15可以真空濺鍍法形成，如中頻磁控濺射鍍膜法。該裝飾層15的厚度在150-300nm之間。 [0017] 可以理解的，所述鋁層12可以省略，即梯度結合層13直接形成於鋁合金基體11的表面。 [0018] 可以理解的，所述A10N層的層數不限於本實施例的3層，其可以係3層以上的任意層數。 [0019] 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： [0020] 提供鋁合金基體11，並對該鋁合金基體11進行前處理。該前處理可包括：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、以及將鋁合金基體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表面的雜質和油污等。 100108805 表單編號A0101 第6頁/共17頁 1002014895-0 201236876 [0021] [0022]

D

[0023] Ο [0024] 對經所述前處理後的鋁合金基體11的表面進行電漿清洗，以進一步去除鋁合金基體11表面的髒污，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，裝入鋁靶23及鈦靶25，抽真空該鍍膜室21至本底真空度為8.0xl0_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。所述氬氣在高頻電壓下電漿化而產生高能氬氣電漿體，該氬氣電漿體對鋁合金基體11的表面進行物理轟擊，從而清除掉鋁合金基體11表面的髒汙，達到清洗的目的。所述電漿清洗的時間可為5-10分鐘。所述電漿清洗完成後，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的表面濺鍍鋁層12。濺鍍該鋁層12時，使所述鍍膜室21的溫度在 20-200°C之間（即濺鍍溫度為20-200°C)，調節氬氣的流量為1 50-250sccm，調節鋁合金基體11的偏壓至-50 — 250V，僅開啟鋁靶23的電源，於鋁合金基體11的表面沉積鋁層12。該鋁層12的厚度在1 20-200nm之間。沉積該鋁層13的時間為20-40分鐘。在鋁層12表面濺鍍第一A10N層131。濺鍍該第一A10N層 131時，使所述鍍膜室21的溫度在20-200°C之間（即濺鍍溫度為20-200°C )，保持氬氣流量1 50-250sccm不變，通入流量為15-25sccm的反應氣體氮氣及流量為 15-25sccm的反應氣體氧氣，銘合金基體11的偏壓為- 100108805 表單編號A0101 第7頁/共17頁 1002014895-0 201236876 [0025] [0026] [0027] [0028] [0029] [0030] 100108805 5〇 — 250V不變，於鋁層12的表面沉積第一^⑽層^。所述第一A10N層131的厚度在130_16〇111„之間。沉積該第一A10N層131的時間為30-40分鐘。所述第一 A10N層131中A1的原子百分含量為65_75at. % ，〇為 10-20at.%，N為 l〇-2〇at.%。在第一A10N層131表面濺鍍第二A10N層133。濺鍍該第二 A10N層133的方法與濺鍍第一A10N層131大致相同，僅氮氣流量增加到35-45sccm，氧氣流量增加到35-45sccm 。δ玄第一A1 ON層133的:厚度在130-Γ60:個之間。沉積該第一A10N層133的時間為30-40分鐘。所述第二A10N層133中A1的原子百分含量為;5〇-60at. % ’ 0為20-30at.% ， N為15-25at.%。在第二A10N層133表面濺鍍第三a 1 ON層135。濺鍍該第三 A10N層135的方法與濺鍍第二A10N層133大致相同，僅氮 + ++:++ ++:+ . ：：：：·： - : ...：：：：氣流量增加到55-65sccm，氧氣流董增；到55-65sccm 。該第三A10N層135的厚度在130-160nm之間。沉積該第三A10N層135的時間為30-40分鐘。所述第三A10N層135中A1的原子百分含量為42-52at. % ，0為23-33at.% ， N為20-30at.% 。在所述第三A10N層135的表面濺鍍裝飾層15，本實施例以TiN層為例加以說明。濺鍍該TiN層時，使所述鑛膜室 21的温度在20-200°C之間（即濺鍍溫度為20-200°C)，保持氬氣流量150-200sccm不變，調節氮氣流量為 30-50sccm，停止通入氧氣，鋁合金基體11的偏壓調節表單編號A0101 第8頁/共17頁 1002014895-0 201236876 為-150~-200V，關閉鋁靶23的電源，開啟鈦靶25的電源，沉積TiN的裝飾層15。所述TiN層中Ti的原子百分含量為55-65at.% ， N為45-35at.% 。 [0031] 所述裝飾層15的厚度在150-300nm之間。沉積該裝飾層 15的時間為20-40分鐘。 [0032] 可以理解的，所述鋁層12可以省略，即梯度結合層13直接形成於鋁合金基體11的表面。 [0033] 可以理解的，所述A10N層的層數不限於本實施例的3層， ❹ 其可以係3層以上的任意層數。 [0034] 以下結合具體實施例對鍍膜件1〇的製備方法及鍍膜件1〇進行說明： [0035] 實施例1 [0036] 電漿清洗：氬氣流量為280sccm，鋁合金基體11的偏壓為-300V，電漿清洗的時間為9分鐘；〇 [_ 濺鑛銘層12 :复氣流量為150sc.cm，is合金基體11的偏壓為-200V，濺鍍溫度為30°C，濺鍍時間為20分鐘，鋁層12的厚度為120nra ; [0038] 濺鍍第一A10N層131 :氬氣流量為150sccm，氮氣流量為 20sccm，氧氣流量為20sccm，紹合金基體11的偏壓為-200V，濺鍍溫度為30°C，濺鍍時間為30分鐘，第一A10N 層131的厚度為130nm，A1的原子百分含量為70at.%，0 為 15at·%，N為1 5 a t. % ; [0039] 濺鍍第二A10N層133 :氬氣流量為150sccm，氮氣流量為 100108805 表單編號A0101 第9頁/共17頁 1002014895-0 201236876 40sccm，氧氣流量為40sccm ’鋁合金基體Η的偏壓為-200V ’濺鍍溫度為3〇°C，濺鍍時間為35分鐘，第二A10N 層133的厚度為I50nm ’ A1的原子百分含量為55at%，〇為25at. %，N為20at.% ; [0040] 濺鍍第三A10N層135 :氬氣流量為150sccra，氮氣流量為 6〇sccm ’氧氣流量為60sccm，鋁合金基體丨丨的偏壓為一 200V ’濺銀溫度為3〇°C，濺鍍時間為4〇分鐘，第三A10N 層135的厚度為I60nm ’ A1的原子百分含量為47at. %，〇為28at, %，N為25at.% ; [0041] 濺鍍ΤιΝ的裝飾層15 :氬氣廉糞為i5〇sccm，氮氣流量為 4〇SCCm，鋁合金基體11的偏壓為—18〇v，濺鍍溫度為3〇 C ’濺鍍時間為30分鐘，裝飾層15的厚度為2〇〇nm，Ti 的原子百分含量為60at.%，N為40at.% 〇 [0042] 實施例2 [0043] 電漿清洗：氬氣流量為280；sCCm，拉合金基體η的偏壓為-300V ’電漿清洗的時間為7分鐘； [0044] 激鑛銘層12 :氬氣流量為200sccm，銘合金基體11的偏壓為-200V，濺鍍溫度為50°C，濺鍍時間為30分鐘，鋁層12的厚度為I80nm ; [0045] 濺鍍第一A10N層131 :氬氣流量為200sccm，氮氣流量為 25sccm，氧氣流量為25sccm，鋁合金基體n的偏壓為_ 100V，濺鍍溫度為5〇°C，濺鍍時間為4〇分鐘，第一A1〇N 層131的厚度為I50nm，A1的原子百分含量為65at %，〇為18at.% ， N為17at·% ; 100108805 表單編號A0101 第10頁/共17頁 !〇〇2014895-〇 201236876 [0046] [0047] Ο [0048] [0049]

100108805 濺鍍第二Α10Ν層133 :氬氣流量為200sccm，氮氣流量為 45sccm，氧氣流量為45sccm，铭合金基體11的偏壓為-100V，濺鍍溫度為50°C，濺鍍時間為40分鐘，第二A10N 層133的厚度為160nm，A1的原子百分含量為50at.%，0 為27at.% ， N為23at.% ; 濺鍍第三A10N層135 :氬氣流量為200sccm，氮氣流量為 65sccm，氧氣流量為65sccm，銘合金基體11的偏壓為-100V，濺鍍溫度為50°C，濺鍍時間為40分鐘，第三A10N 層135的厚度為160nm，A1的原子百分含量為42at. %，0 為30at.% ， N為28at.% ; 濺鍍TiN的裝飾層15 :氬氣流量為150sccm，氮氣流量為 40sccm，鋁合金基體11的偏壓為-180V，濺鍍溫度為50 °C，濺鍍時間為30分鐘，裝飾層15的厚度為210nin，Ti 的原子百分含量為60at. %，N為40at. %。相較於習知技術，所述梯度結合層13的復數鋁氧氮層中鋁的原子百分含量由靠近鋁合金基體11向遠離鋁合金基體11的方向梯度減少，氧、氮的原子百分含量由靠近鋁合金基體11向遠離鋁合金基體11的方向梯度增加，使該梯度結合層13由靠近鋁合金基體11向遠離鋁合金基體11 的方向的熱膨脹係數梯度降低，在鋁合金基體11與裝飾層15之間起到良好的過渡，避免了各膜層之間因熱膨脹係數差異較大而產生的結合力不強的問題，提高了鍍膜件10的使用壽命及附加價值，提升了產品的競爭力。 :圖式簡單說明】圖1係本發明較佳實施方式的鍍膜件的剖視示意圖。表單編號A0101 第11頁/共17頁 1002014895-0 [0050] 201236876 [0051] 圖2係本發明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】 [0052] 鍍膜件：10 [0053] 鋁合金基體： 11 [0054] 鋁層：12 [0055] 梯度結合層： 13 [0056] 第一銘氧氮層：131 [0057] 第二紹氧氮層：133 [0058] 第三鋁氡氮層：135 [0059] 裝飾層：15 [0060] 真空濺鍍機： 20 [0061] 鍍膜室：21 [0062] 鋁靶：23 [0063] 鈦靶：25 100108805 表單編號A0101 第12頁/共17頁 1002014895-0

Claims

201236876 七、申請專利範圍： 1 . 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裝飾層，該裝飾層為非金屬層，其改良在於：該鍍膜件還包括形成於鋁合金基體及裝飾層之間的梯度結合層，該梯度結合層包括復數鋁氧氮層，該復數鋁氧氮層中鋁的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度減少，氧、氮的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度增加。 2 .如申請專利範圍第1項所述的鍍膜件，其中所述梯度結合 ^ 層包括依次形成於鋁合金基體上的第一鋁氧氮層、第二鋁氧氮層及第三鋁氧氮層，第一鋁氧氮層中鋁的原子百分含量為65-75at. %，氧的原子百分含量為10-20at. %，氮的原子百分含量為10-20at. % ;第二鋁氧氮層中鋁的原子百分含量為50-60at. %，氧的原子百分含量為20-30at. %，氮的原子百分含量為15-25a t. % ;第三鋁氧氮層中鋁的原子百分含量為42-52at.%，氧的原子百分含量為 23-33at. %，氮的原子百分含量為20-30at. %。〇 ^ 3 .如申請專利範圍第1項所述的鍍膜件，其中所述第一鋁氧氮層、第二鋁氧氮層及第三鋁氧氮層的厚度均為 130-160nm 〇 4 .如申請專利範圍第1項所述的鍍膜件，其中所述鍍膜件還包括一設置於鋁合金基體與梯度結合層之間的鋁層，該鋁層的厚度在120-200 nm之間。 5.如申請專利範圍第1項所述的鍍膜件，其中所述裝飾層為氮化鈦層、氮氧化鈦層、碳氣化鈦層、氮化鉻層、氮氧化 100108805 表單編號A0101 第13頁/共17頁 1002014895-0 201236876 鉻層、碳氮化鉻層或任意具裝飾性的膜層，該裝飾層的厚度在1 50-300nra之間。 6 .如申請專利範圍第4項所述的鑛膜件，其中所述I呂層、梯度結合層及裝飾層以中頻磁控濺射鍍膜法形成。 7 . —種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟：提供鋁合金基體；採用真空濺鍍法在該鋁合金基體上濺鍍復數鋁氧氮層，形成梯度結合層，該復數鋁氧氮層中鋁的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度減少，氧、氮的原子百分含量由靠近鋁合金基體向遠離鋁合金基體的方向梯度增加；濺鍍該梯度結合層以鋁靶為靶材，以氮氣、氧氣為反應氣體；採用真空激鑛法在該梯度結合層表面賤鑛裝飾層，該裝飾層為非金屬層。 8 .如申請專利範圍第7項所述的鍍膜件的製備方法，其中所述梯度結合層包括依次形成於鋁合金基體上的第一鋁氧氮層、第二鋁氧氮層及第三鋁氧氮層，第一鋁氧氮層中鋁的原子百分含量為65-75at.%_，氧的原子百分含量為 10-20at. %，氮的原子百分含量為10-20at. % ;第二鋁氧氮層中鋁的原子百分含量為50-60at.%，氧的原子百分含量為20-3(^1:.%，氮的原子百分含量為15-2 531;.°/。；第三鋁氧氮層中鋁的原子百分含量為42-52at. %，氧的原子百分含量為23-33at.%，氮的原子百分含量為20-30at.%。 9 .如申請專利範圍第8項所述的鍍膜件的製備方法，其中濺鍍所述第一鋁氧氮層採用中頻磁控濺射鍍膜法，濺鍍溫度為20-200°C，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為 100108805 表單編號A0101 第14頁/共17頁 1002014895-0 201236876 1 50-250sccm，氮氣流量為15_25sccm，氧氣流量為 15-25sccm，銘合金基體的偏塵設置為-50~-250V，藏鑛時間為30-40分鐘。 10 .如申請專利範圍第8項所述的鍍膜件的製備方法，其中濺鍍所述第二鋁氧氮層採用中頻磁控濺射鍍膜法，濺鍍溫度為20-200°C，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為 1 50-250sccm，氮氣流量為35-45sccm，氧氣流量為 35-45sccm，銘合金基體的偏屋設置為-50~-250V，濺鍍時間為30-40分鐘。〇 11 .如申請專利範圍第8項所述的鍍膜件的製備方法，其中濺鍍所述第三鋁氧氮層採用中頻磁控濺射鍍膜法，濺鍍溫度為20_200°C，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為 1 50-250sccm，II氣流量為55-65sccm，氧氣流量為 55-65sccm，銘合金基體的偏壓設置為-50~-250V，藏鍍時間為30-40分鐘。 12 .如申請專利範圍第7項所述的鍍膜件的製備方法，其中所述裝飾層為氮化鈦層：、氮氧化鈦層、碳氮化鈦層、氮化鉻〇層、氮氧化鉻層、碳氮化鉻層或任意具裝飾性的膜層，該裝飾層的厚度在150-300 nm之間。 13 .如申請專利範圍第7項所述的鍍膜件的製備方法，其中所述製備方法還包括在濺鍍梯度結合層前於鋁合金基體表面濺鍍鋁層的步驟。 100108805 表單編號A0101 第15頁/共17頁 1002014895-0