TWI493072B - 殼體及其製造方法 - Google Patents

Description

殼體及其製造方法

本發明涉及一種殼體及其製造方法，特別涉及一種鋁合金殼體及其製造方法。

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。

提高鋁合金耐腐蝕性的方法通常係在其表面形成保護性的膜層。傳統的陽極氧化、烤漆及電鍍等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。而真空鍍膜(PVD)技術雖係一種非常環保的鍍膜工藝，且可鍍製的膜層種類豐富、耐磨性能優異，但PVD工藝沉積的膜層大多以柱狀晶形態生長，因此膜層存在大量的晶間間隙，導致膜層緻密性不夠而對鋁合金的耐腐蝕性能的提高有限。

研究發現，於鋁合金基體上濺鍍鋁層及氮氧化鋁層，可顯著提高鋁合金基體的耐腐蝕性能。但由於在氮氧化鋁層的製備過程中難以藉由靶材功率、反應氣體流量等參數的控製得到所需的顏色，使製得的氮氧化鋁層容易出現異色、帶藍或帶紅等現象，如此嚴重影響了氮氧化鋁層的美觀，限制了氮氧化鋁層作為裝飾性膜層的應用。

鑒於此，提供一種具有較好的耐腐蝕性及裝飾性外觀的鋁或鋁合金的殼體。

另外，還提供一種上述殼體的製造方法。

一種殼體，由鋁或鋁合金基體、依次形成於該鋁或鋁合金基體上的氮氧化鋁層及氮化鋁層構成，所述氮氧化鋁層含有AlN相、Al₂O₃相及Al(N,O)固溶相，所述氮氧化鋁層中鋁元素的質量百分含量為40%~65%，氧元素的質量百分含量為30%~45%，氮元素的質量百分含量為5%~15%。

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；以鋁靶為靶材，以氮氣和氧氣為反應氣體，於該鋁或鋁合金基體上磁控濺射形成氮氧化鋁層，該氮氧化鋁層含有AlN相、Al₂O₃相及Al(N,O)固溶相，所述氮氧化鋁層中鋁元素的質量百分含量為40%~65%，氧元素的質量百分含量為30%~45%，氮元素的質量百分含量為5%~15%；以鋁靶為靶材，以氮氣為反應氣體，於該氮氧化鋁層上磁控濺射形成氮化鋁層。

所述氮氧化鋁層緻密性好且氮化鋁層本身具有良好的耐腐蝕性，因此，經上述製造方法形成的殼體具有較好的耐腐蝕性。此外，所述氮化鋁層的形成還能使所述殼體呈現出良好的裝飾性外觀。

10‧‧‧殼體

11‧‧‧鋁合金基體

13‧‧‧氮氧化鋁層

15‧‧‧氮化鋁層

100‧‧‧鍍膜機

20‧‧‧鍍膜室

30‧‧‧真空泵

21‧‧‧軌跡

22‧‧‧靶材

23‧‧‧氣源

圖1為本發明較佳實施方式殼體的剖視示意圖； 圖2為製造圖1中殼體所用真空鍍膜機的示意圖。

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、依次形成於該鋁或鋁合金基體11上的氮氧化鋁(AlON)層13及氮化鋁(AlN)層15。所述殼體10可為3C電子產品的殼體，亦可為建築用件及汽車等交通工具的零部件等。

所述AlON層13及AlN層15均藉由磁控濺射鍍膜法形成。

所述AlON層13的厚度為0.5~1.5μm。所述AlON層13的顏色以不影響AlN層15的色調為佳，比如可為銀色、白色及灰白色等淺色調。所述AlON層13中鋁元素的質量百分含量為40%~65%，氧元素的質量百分含量為30%~45%，氮元素的質量百分含量為5%~15%。所述AlN層15的厚度為0.2~0.5μm。所述AlN層15中鋁元素的質量百分含量為70%~90%，氮元素的質量百分含量為15%~30%。

請一併參閱圖2所示，所述殼體10的製造方法主要包括如下步驟：提供鋁或鋁合金基體11，將所述鋁或鋁合金基體11放入盛裝有無水乙醇或丙酮溶液的超聲波清洗器中進行震動清洗，以除去鋁或鋁合金基體11表面的雜質和油污。清洗完畢後烘乾備用。

提供一鍍膜機100，將所述鋁或鋁合金基體11置於該鍍膜機100內，採用磁控濺射鍍膜法依次於鋁或鋁合金基體11上形成AlON層13及AlN層15。

所述鍍膜機100包括一鍍膜室20及連接在鍍膜室20的一真空泵30，真空泵30用以對鍍膜室20抽真空。該鍍膜室20內設有工件架( 未圖示)、二靶材22。工件架帶動鋁或鋁合金基體11沿圓形軌跡21運行，且鋁或鋁合金基體11在沿軌跡21運行時亦自轉。二靶材22相對地設置在軌跡21的內外側。每一靶材22的兩端均設有氣源23，該氣源23輸出氣體粒子轟擊相應的靶材的表面，以使靶材表面濺射出粒子。當鋁或鋁合金基體11穿過二靶材22之間時，將鍍上第一靶材22表面濺射出的粒子。在本實施例中，靶材22為鋁靶。

於該鋁或鋁合金基體11上形成AlON層13的具體操作方法及工藝參數為：對該鍍膜室20進行抽真空處理至真空度為8.0×10^-3Pa，以氬氣為工作氣體，以氮氣及氧氣為反應氣體，向鍍膜室20內通入流量為100~200sccm的氬氣、流量為10~100sccm的氮氣及流量為10~100sccm的氧氣，設置所述工件架的公轉速度為0.5~3.0r/min(revolution per minute，轉/分鐘)，加熱所述鍍膜室20至100~150℃(即濺射溫度為100~150℃)；開啟已置於所述真空鍍膜機100中的靶材22的電源，設定其功率為5~10kw，於鋁或鋁合金基體11上施加-100~-300V的偏壓，並設置佔空比為30~70%，沉積AlON層13。沉積該AlON層13的時間為30~120min。

於該鋁或鋁合金基體11上形成AlN層15的具體操作及工藝參數如下：停止通入反應氣體氧氣，調節氬氣的流量為120~180sccm、氮氣的流量為10~100sccm，設置靶材22的電源功率為8~10kw，於鋁或鋁合金基體11上施加-150~-250V的偏壓，保持所述濺射溫度不變，沉積AlN層15。沉積該AlN層15的時間為15~40min。

在所述AlON層13的形成過程中，Al不僅能與N、O形成Al(N,O)固溶相，還能分別與N、O形成AlN相、Al₂O₃相。AlN相、Al₂O₃相及 Al(N,O)固溶相多相混合物同時生長，能互相抑制柱狀晶體的生長，如此可顯著提高該AlON層13的緻密性。所述AlON層13緻密性的提高，可大大增強鋁或鋁合金基體11的耐腐蝕性。形成的所述AlN層15本身具有良好的耐腐蝕性。因此，經上述製造方法形成的殼體10具有較好的耐腐蝕性。

另外，在保證殼體10具有較好的耐腐蝕性的同時，還可藉由對反應氣體氮氣的流量及沉積時間的控制來改變AlN層15的各組分的含量，從而使AlN層15呈現出銀色、藍色、黃色及紫色等顏色以及上述顏色的過渡色，以豐富所述殼體10的裝飾性外觀。

下面藉由實施例來對本發明進行具體說明。

實施例1 (1)鍍膜前處理

將所述鋁或鋁合金基體11放入盛裝有無水乙醇溶液的超聲波清洗器中進行震動清洗，清洗時間為30min。

(2)磁控濺射形成AlON層13

對該鍍膜室20進行抽真空處理至本底真空度為8.0×10^-3Pa，向鍍膜室20內通入流量為150sccm的氬氣、流量為40sccm的氮氣及流量為60sccm的氧氣，設置所述工件架的公轉速度為0.5r/min，加熱所述鍍膜室20至120℃(即濺射溫度為120℃)；開啟已置於所述真空鍍膜機100中的靶材22的電源，設定其功率為8kw，於鋁或鋁合金基體11上施加-200V的偏壓，並設置佔空比為50%，沉積AlON層13。沉積該AlON層13的時間為60min。

(2)磁控濺射形成AlN層15

停止通入氧氣，調節氬氣的流量為150sccm、氮氣的流量為60sccm，設置靶材22的電源功率為8kw，於鋁或鋁合金基體11上施加-200V的偏壓，保持所述濺射溫度不變，沉積AlN層15。沉積該AlN層15的時間為30min。

實施例2 (1)鍍膜前處理

將所述鋁或鋁合金基體11放入盛裝有無水乙醇溶液的超聲波清洗器中進行震動清洗，清洗時間為30min。

(2)磁控濺射形成AlON層13

對該鍍膜室20進行抽真空處理至本底真空度為8.0×10^-3Pa，向鍍膜室20內通入流量為150sccm的氬氣、流量為20sccm的氮氣及流量為30sccm的氧氣，設置所述工件架的公轉速度為0.5r/min，加熱所述鍍膜室20至120℃(即濺射溫度為120℃)；開啟已置於所述真空鍍膜機100中的靶材22的電源，設定其功率為8kw，於鋁或鋁合金基體11上施加-200V的偏壓，並設置佔空比為50%，沉積AlON層13。沉積該AlON層13的時間為60min。

(3)磁控濺射形成AlN層15

停止通入氧氣，調節氬氣的流量為150sccm、氮氣的流量為40sccm，設置靶材22的電源功率為8kw，於鋁或鋁合金基體11上施加-200V的偏壓，保持所述濺射溫度不變，沉積AlN層15。沉積該AlN層15的時間為30min。

對所述殼體10進行35℃中性鹽霧(NaCl濃度為5%)測試。結果表明，由本發明較佳實施例1及2所製得的殼體10均在48小時後才出現腐蝕現象，且經所述製造方法形成於鋁或鋁合金基體11表面的AlN層15完好、未發生脫落及異色等現象。可見，由本發明較佳實施例的製造方法製得的殼體10具有良好的耐腐蝕性，且經長時間使用後仍具有較好的裝飾性外觀。

10‧‧‧殼體

11‧‧‧鋁合金基體

13‧‧‧氮氧化鋁層

15‧‧‧氮化鋁層

Claims (8)

1. 一種殼體，其改良在於：該殼體由鋁或鋁合金基體、依次形成於該鋁或鋁合金基體上的氮氧化鋁層及氮化鋁層構成，所述氮氧化鋁層含有AlN相、Al₂O₃相及Al(N,O)固溶相，所述氮氧化鋁層中鋁元素的質量百分含量為40%~65%，氧元素的質量百分含量為30%~45%，氮元素的質量百分含量為5%~15%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之殼體，其中所述氮化鋁層中鋁元素的質量百分含量為70%~90%，氮元素的質量百分含量為15%~30%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之殼體，其中所述氮氧化鋁層及氮化鋁層藉由磁控濺射鍍膜法形成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之殼體，其中所述氮氧化鋁層的厚度為0.5~1.5μm。
5. 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；以鋁靶為靶材，以氮氣和氧氣為反應氣體，於該鋁或鋁合金基體上磁控濺射形成氮氧化鋁層，該氮氧化鋁層含有AlN相、Al₂O₃相及Al(N,O)固溶相，所述氮氧化鋁層中鋁元素的質量百分含量為40%~65%，氧元素的質量百分含量為30%~45%，氮元素的質量百分含量為5%~15%；以鋁靶為靶材，以氮氣為反應氣體，於該氮氧化鋁層上磁控濺射形成氮化鋁層。
6. 如申請專利範圍第5項所述之殼體的製造方法，其中濺射所述氮氧化鋁層的工藝參數為：氮氣的流量為10~100sccm，氧氣的流量為10~100sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為100~200sccm，鋁靶的功率為5~10kw， 濺射溫度為100~150℃。
7. 如申請專利範圍第6項所述之殼體的製造方法，其中濺射所述氮氧化鋁層的時間為30~120min。
8. 如申請專利範圍第5項所述之殼體的製造方法，其中濺射所述氮化鋁層的工藝參數為：以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為120~180sccm，氮氣的流量為10~100sccm，鋁靶的電源功率為8~10kw，於鋁或鋁合金基體上施加-150~-250V的偏壓，濺射溫度為100~150℃，濺射時間為15~40min。