CN102560369A - 壳体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种壳体，包括铝/镁金属基体，形成于该铝/镁金属基体表面的防腐蚀层，及形成于防腐蚀层表面的色彩层，所述防腐蚀层包括依次形成于铝/镁金属基体表面的铝锰膜和氮化铝梯度膜，所述氮化铝梯度膜中N的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体至远离铝/镁金属基体的方向呈梯度增加。本发明还提供了所述壳体的制造方法，包括以下步骤：提供铝/镁金属基体；于铝/镁金属基体上磁控溅射防腐蚀层；所述防腐蚀层包括依次形成于铝/镁金属基体表面的铝锰膜和氮化铝梯度膜；在该防腐蚀层上磁控溅射具有装饰性的色彩层。
Description
技术领域
本发明涉及一种壳体及其制造方法。
背景技术
真空镀膜技术(PVD)是一种非常环保的成膜技术。以真空镀膜的方式所形成的膜层具有高硬度、高防磨性的化学稳定性、与基体结合牢固以及亮丽的金属外观等优点，因此真空镀膜在铝、铝合金及不锈钢等金属基材表面装饰性处理领域的应用越来越广。
然而，由于铝、铝合金、镁或镁合金的标准电极电位很低，与PVD镀层，如TiN层、CrN层的电位差较大，且PVD镀层本身不可避免的会存在微小的孔隙，如针孔、裂纹，致使铝、铝合金、镁或镁合金基体易于发生微电池腐蚀。因此，直接于铝、铝合金、镁或镁合金基体表面镀覆所述TiN层、CrN层并不能有效提高所述铝、铝合金、镁或镁合金基体的耐腐蚀性能，同时该PVD镀层本身也会发生异色、脱落等现象，难以维持良好的装饰外观。
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，包括铝/镁金属基体及形成于铝/镁金属基体表面的防腐蚀层，所述防腐蚀层包括依次形成于铝/镁金属基体表面的铝锰膜和氮化铝梯度膜，所述氮化铝梯度膜中N的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体至远离铝/镁金属基体的方向呈梯度增加。
一种壳体的制造方法，包括以下步骤：
提供铝/镁金属基体；
在该铝/镁金属基体上磁控溅射防腐蚀层，所述防腐蚀层包括依次形成于铝/镁金属基体表面的铝锰膜和氮化铝梯度膜，所述氮化铝梯度膜中N原子的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体至远离铝/镁金属基体的方向呈梯度增加。
所述壳体的制造方法，通过磁控溅射法于铝/镁金属基体上形成防腐蚀层。所述防腐蚀层包括依次形成于铝/镁金属基体表面的铝锰膜和氮化铝梯度膜，一方面，铝锰膜自身有很好的耐腐蚀性能，另一方面铝锰膜与铝/镁金属基体之间的电位差小，减缓了壳体发生微电池腐蚀的速率，此外，铝锰膜中铝和锰的形核能不同，在铝锰膜的形成过程中两者之间相互抑制而使膜层的晶粒更小，膜层变得致密，从而提高了壳体的耐腐蚀性。所述氮化铝梯度膜与铝锰膜之间晶格不匹配的程度小，可改善与铝/镁金属基体之间的界面错配度，并可以借助于该铝锰膜以及铝/镁金属基体的局部塑性变形实现残余应力的释放，从而减少所述氮化铝梯度膜内的残余应力，使壳体不易发生应力腐蚀，提高壳体耐腐蚀性。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的壳体的剖视图。
图2是图1壳体的制作过程中所用镀膜机结构示意图。
主要元件符号说明
壳体 10
铝/镁金属基体 11
防腐蚀层 13
铝锰膜 131
氮化铝梯度膜 133
色彩层 15
镀膜机 100
镀膜室 20
真空泵 30
轨迹 21
靶材 22
气源通道 24
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/镁金属基体11、依次形成于该铝/镁金属基体11上的防腐蚀层13及色彩层15。该壳体10可以为3C电子产品的壳体，也可为工业、建筑用件及汽车等交通工具的零部件等。
所述铝/镁金属基体11的材质为铝、铝合金、镁或镁合金。
所述防腐蚀层13包括铝锰膜131和氮化铝梯度膜133，所述铝锰膜131形成于铝/镁金属基体11的表面，所述氮化铝梯度膜133形成于铝锰膜131的表面。所述铝锰膜131的厚度为1.0～3.0μm；所述氮化铝梯度膜133的厚度为0.5～1.0μm。所述氮化铝梯度膜中N的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体至远离铝/镁金属基体的方向呈梯度增加。
所述色彩层15为氮钛膜层，其厚度为1.0～3.0μm。可以理解，所述色彩层15还可以为氮铬膜层或其他具有装饰性的膜层。
所述防腐蚀层13及色彩层15均可通过磁控溅射法沉积形成。
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/镁金属基体11，并对铝/镁金属基体11依次进行研磨及电解抛光。电解抛光后，再依次用去离子水和无水乙醇对该铝/镁金属基体11表面进行擦拭。再将擦拭后的铝/镁金属基体11放入盛装有丙酮溶液的超声波清洗器中进行清洗，以除去铝/镁金属基体11表面的杂质和油污等。清洗完毕后吹干备用。
对经上述处理后的铝/镁金属基体11的表面进行氩气等离子清洗，进一步去除铝/镁金属基体11表面的油污，以改善铝/镁金属基体11表面与后续涂层的结合力。
提供一镀膜机100，镀膜机100包括一镀膜室20，该镀膜室20内设有转架(未图示)，将铝/镁金属基体11固定于转架上，转架带动铝/镁金属基体11沿圆形轨迹21运行，且铝/镁金属基体11在沿轨迹21运行时亦自转。在该镀膜室20侧壁上安装二靶材22，该二靶材22关于轨迹21的中心相对称。在二靶材22的两端设有气源通道24，工作气体通过该气源通道24进入镀膜室20，轰击靶材22的表面，以使靶材22表面溅射出粒子。当铝/镁金属基体11通过二靶材22之间时，将镀上二靶材22表面溅射的粒子，完成磁控溅射过程。
该等离子清洗的具体操作及工艺参数为：对该镀膜室100进行抽真空处理至本底真空度为1.0×10-3Pa，以250～500sccm(标准状态毫升/分钟)的流量向镀膜室20中通入纯度为99.999％的氩气，于铝/镁金属基体11上施加-300～-800V的偏压，对铝/镁金属基体11表面进行等离子清洗，清洗时间为3～10min。
在对铝/镁金属基体11进行等离子清洗后，在该铝/镁金属基体11上形成防腐蚀层13。首先形成所述防腐蚀层13中的铝锰膜131。形成该铝锰膜131的具体操作及工艺参数如下：以氩气为工作气体，调节氩气流量为100～300sccm，设置占空比为30％～80％，于铝/镁金属基体11上施加-50～-200V的偏压，并加热镀膜室20至100～150℃(即溅射温度为100～150)；开启靶材22，在本实施例中该靶材22为铝锰合金靶，所述铝锰合金靶中锰的原子百分含量为0.5％～25％，设置铝锰合金靶的功率为8～13kw，沉积防腐蚀层13。沉积该防腐蚀层13的时间为10～30min。
形成铝锰膜131后，在该铝锰膜131上形成氮化铝梯度膜133，以氩气为工作气体，向所述镀膜室20中通入初始流量为10～20sccm的反应气体氮气，于该铝/镁金属基体11上施加-100～-400V的偏压，沉积所述氮化铝梯度膜133。在沉积该氮化铝梯度膜133的过程中，每沉积10～15min将氮气的流量增大2～20sccm，使N原子在氮化铝梯度膜133中的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体11至远离该铝/镁金属基体11的方向呈梯度增加。沉积该氮化铝梯度膜133的时间为60～120min。
所述壳体10的制造方法，通过磁控溅射法于铝/镁金属基体11上形成防腐蚀层13。所述防腐蚀层13包括依次形成于铝/镁金属基体11表面的铝锰膜131和氮化铝梯度膜133，一方面，铝锰膜131自身有很好的耐腐蚀性能，另一方面铝锰膜131与铝/镁金属基体11之间的电位差小，减缓了壳体10发生微电池腐蚀的速率，此外，铝锰膜131中铝和锰的形核能不同，在铝锰膜131的形成过程中两者之间相互抑制而使膜层的晶粒更小，膜层变得致密，从而提高了壳体10的耐腐蚀性。所述氮化铝梯度膜133与铝锰膜131之间晶格不匹配的程度小，可改善与铝/镁金属基体11之间的界面错配度，并可以借助于该铝锰膜以及铝/镁金属基体11的局部塑性变形实现残余应力的释放，从而减少所述氮化铝梯度膜133内的残余应力，使壳体10不易发生应力腐蚀，提高壳体10耐腐蚀性。
另外，所述氮化铝梯度膜133中含Al-N相，可增强所述氮化铝梯度膜133的致密性，提高所述壳体10的耐腐蚀性。
形成氮化铝梯度膜133后，在该防腐蚀层13上形成色彩层15，该色彩层15为氮化钛膜层或氮化铬膜层。形成所述氮化钛膜层或氮化铬膜层在所述镀膜室20中进行。本实施例中靶材22更换为钛靶或铬靶，设置其功率为8～10kw，保持上述氩气的流量不变，并向镀膜室20内通入流量为20～150sccm的反应气体氮气，沉积色彩层15。沉积该色彩层15的时间为20～30min。
以下结合具体实施例对壳体10的制备方法及壳体10进行说明：
实施例1
等离子清洗：氩气流量为280sccm，金属基体11的偏压为-300V，等离子清洗的时间为9分钟；
沉积铝锰膜131：通入氩气100sccm，设置铝锰合金靶的功率为2kw，设置铝/镁金属基体11的偏压为-50V，沉积100分钟；
沉积氮化铝梯度膜133：通入初始流量为10sccm的反应气体氮气，在该铝/镁金属基体11上施加-100V的偏压，每沉积10min将氮气的流量增大5sccm，使N原子在氮化铝梯度膜133中的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体11至远离该铝/镁金属基体11的方向呈梯度增加。沉积该氮化铝梯度膜133的时间为60min。
沉积色彩层15：设置钛靶或铬靶的功率为8kw，通入氩气100sccm，并向镀膜室20内通入流量为30sccm的反应气体氮气，沉积色彩层15。沉积该色彩层15的时间为20min。
实施例2
等离子清洗：氩气流量为280sccm，金属基体11的偏压为-300V，等离子清洗的时间为9分钟；
沉积铝锰膜131：通入氩气100sccm，设置铝锰合金靶的功率为2kw，设置基体的偏压为-50V，沉积100分钟；
沉积氮化铝梯度膜133：通入初始流量为15sccm的反应气体氮气，在该铝/镁金属基体11上施加-200V的偏压，每沉积10min将氮气的流量增大10sccm，使N原子在氮化铝梯度膜133中的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体11至远离该铝/镁金属基体11的方向呈梯度增加。沉积该氮化铝梯度膜133的时间为90min。
沉积色彩层15：设置其功率9kw，通入氩气100sccm，并向镀膜室内通入流量为90sccm的反应气体氮气，沉积色彩层15。沉积该色彩层15的时间为25min。
实施例3
等离子清洗：氩气流量为280sccm，金属基体11的偏压为-300V，等离子清洗的时间为9分钟；
沉积铝锰膜131：通入氩气100sccm，设置铝锰合金靶的功率为2kw，设置基体的偏压为-50V，沉积100分钟；
沉积氮化铝梯度膜133：通入初始流量为20sccm的反应气体氮气，在该铝/镁金属基体11上施加-300V的偏压，每沉积10min将氮气的流量增大15sccm，使N原子在氮化铝梯度膜133中的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体11至远离该铝/镁金属基体11的方向呈梯度增加。沉积该氮化铝梯度膜133的时间为120min。
沉积色彩层15：设置其功率10kw，通入氩气100sccm，并向镀膜室内通入流量为150sccm的反应气体氮气，沉积色彩层15。沉积该色彩层15的时间为30min。
本发明较佳实施方式的壳体10的制造方法，通过磁控溅射法依次于铝/镁金属基体11上形成防腐蚀层13及色彩层15。所述防腐蚀层包括依次形成于铝/镁金属基体表面的铝锰膜131和氮化铝梯度膜133，一方面，铝锰膜131自身有很好的耐腐蚀性能，另一方面，铝锰膜131与铝合金或镁合金基体11之间的电位差小，减缓了壳体10发生微电池腐蚀的速率，此外，铝锰膜中铝和锰的形核能不同，在铝锰膜131的形成过程中两者之间相互抑制而使膜层的晶粒更小，膜层变得致密，从而提高了壳体10的耐腐蚀性。所述氮化铝梯度膜133与铝锰膜131之间晶格不匹配的程度小，可改善与铝/镁金属基体11之间的界面错配度，并可以借助于该铝锰膜以及铝/镁金属基体11的局部塑性变形实现残余应力的释放，从而减少所述氮化铝梯度膜133内的残余应力，使壳体10不易发生应力腐蚀，提高壳体10耐腐蚀性。在所述壳体10防腐蚀性提高的同时，还可避免所述壳体10上形成的色彩层发生异色、脱落等失效现象，从而使该壳体10经长时间使用后仍具有较好的装饰性外观。
Claims (9)
1.一种壳体，包括铝/镁金属基体及形成于铝/镁金属基体表面的防腐蚀层，其特征在于：所述防腐蚀层包括依次形成于铝/镁金属基体表面的铝锰膜和氮化铝梯度膜，所述氮化铝梯度膜中N的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体至远离铝/镁金属基体的方向梯度增加。
2.如权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述铝锰膜的厚度为1.0～3.0μm。
3.如权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述氮化铝梯度膜的厚度为0.5～1.0μm。
4.如权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述铝/镁金属基体的材质为铝、铝合金、镁或镁合金。
5.如权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述壳体还包括形成于所述防腐蚀层上的色彩层，该色彩层为氮化钛层或氮化铬层。
6.一种壳体的制造方法，包括以下步骤：
提供铝/镁金属基体；
在该铝/镁金属基体上磁控溅射防腐蚀层，所述防腐蚀层包括依次形成于铝/镁金属基体表面的铝锰膜和氮化铝梯度膜，所述氮化铝梯度膜中N的原子百分含量由靠近铝/镁金属基体至远离铝/镁金属基体的方向梯度增加。
7.如权利要求6所述的壳体的制造方法，其特征在于：磁控溅射所述铝锰膜的工艺参数为：以氩气为工作气体，其流量为100～300sccm，设置占空比为30％～80％，于铝/镁金属基体上施加-50～-200V的偏压，选择铝锰合金靶材，所述合金靶中锰的原子百分含量为0.5％～25％，设置其功率为8～13kw，溅射温度为100～150℃，溅射时间为10～30min。
8.如权利要求6所述的壳体的制造方法，其特征在于：磁控溅射所述氮化铝梯度膜的工艺参数为：以氩气为工作气体，其流量为50～300sccm，以氮气为反应气体，设置氮气的初始流量为10～150sccm，在铝/镁金属基体上施加-100～-400V的偏压，选择铝锰合金靶材，所述铝锰合金靶中锰的原子百分含量为0.5％～25％，设置其功率为2～16kw，每沉积10～15min将氮气的流量增大2～20sccm，沉积时间控制为60～120min。
9.如权利要求6所述的壳体的制造方法，其特征在于：所述制造方法还包括于所述防腐蚀层上形成色彩层的步骤，形成色彩层的工艺参数为：开启一钛靶或铬靶的电源，设置其功率8～10kw，设置氮气流量为20～150sccm，溅射时间为20～30min。
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