專利名稱：鋁或鋁合金的殼體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種殼體及其制造方法，特別涉及一種鋁或鋁合金的殼體及其制造方法。
背景技術(shù)：
鋁或鋁合金目前被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車及微電子等工業(yè)領(lǐng)域。但鋁或鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)電極電位很低，耐腐蝕差，暴露于自然環(huán)境中會(huì)引起表面快速腐蝕。提高鋁或鋁合金耐腐蝕性的方法通常是在其表面形成保護(hù)性的涂層。傳統(tǒng)的陽極氧化、電沉積、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)及電鍍等鋁或鋁合金的表面處理方法存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。真空鍍膜(PVD)為一清潔的成膜技術(shù)。然而，由于鋁或鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)電極電位很低，且PVD涂層本身不可避免的會(huì)存在微小的孔隙，因此該P(yáng)VD涂層難以較好的防止鋁或鋁合金基體發(fā)生電化學(xué)腐蝕，因此對(duì)鋁或鋁合金基體的耐腐蝕能力的提高有限。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，提供一種具有較好的耐腐蝕性的鋁或鋁合金的殼體。另外，還提供一種上述殼體的制造方法?！N殼體,包括招或招合金基體,該殼體還包括依次形成于該招或招合金基體上的鋁膜層和防腐蝕膜層，該防腐蝕膜層為注入有釓金屬離子的碳氮化鋁梯度膜，所述碳氮化鋁梯度膜中N和C的原子百分含量由靠近鋁或鋁合金基體向遠(yuǎn)離鋁或鋁合金基體的方向呈梯度增加。一種殼體的制造方法，其包括如下步驟提供鋁或鋁合金基體；于該鋁或鋁合金基體的表面磁控濺射鋁膜層；于鋁膜層上磁控濺射碳氮化鋁梯度膜，所述碳氮化鋁梯度膜中N和C的原子百分含量由靠近鋁或鋁合金基體向遠(yuǎn)離鋁或鋁合金基體的方向呈梯度增加；對(duì)該碳氮化鋁梯度膜注入釓金屬離子，形成防腐蝕膜層。本發(fā)明所述殼體的制造方法，在鋁或鋁合金基體上依次形成鋁膜層和防腐蝕膜層，該防腐蝕膜層為通過離子注入摻雜釓(Gd)金屬離子的碳氮化鋁梯度膜，鋁膜層和防腐蝕膜層的復(fù)合膜層可顯著提高所述殼體的耐腐蝕性，且該殼體的制造工藝簡(jiǎn)單、幾乎無環(huán)境污染。


圖I是本發(fā)明較佳實(shí)施方式殼體的剖視示意圖。圖2是圖I殼體的制作過程中所用鍍膜機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件符號(hào)說明
殼體10
鋁或鋁合金基體11
鋁膜層13
防腐蝕膜層15
鍍膜機(jī)100
鍍膜室20
真空泵30
軌跡21
靶材22
氣源通道2具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一較佳實(shí)施例的殼體10包括鋁或鋁合金基體11、依次形成于該鋁或鋁合金基體11表面的鋁膜層13和防腐蝕膜層15。該防腐蝕膜層15為碳氮化鋁梯度膜，其摻雜有釓(Gd)金屬離子。該釓金屬離子可通過離子注入的方式摻雜于防腐蝕膜層15中。所述碳氮化鋁梯度膜中N和C的原子百分含量由靠近鋁或鋁合金基體11向遠(yuǎn)離鋁或鋁合金基體11的方向呈梯度增加。所述防腐蝕膜層15的厚度為O. 5 2. O μ m。所述鋁膜層13的形成用以增強(qiáng)所述防腐蝕膜層15與鋁或鋁合金基體11之間的結(jié)合力。所述鋁膜層13的厚度為100 300nm。所述殼體10的制造方法主要包括如下步驟提供鋁或鋁合金基體11，該鋁或鋁合金基體11可以通過沖壓成型得到，其具有待制得的殼體10的結(jié)構(gòu)。將所述鋁或鋁合金基體11放入盛裝有乙醇或丙酮溶液的超聲波清洗器中進(jìn)行震動(dòng)清洗，以除去鋁或鋁合金基體11表面的雜質(zhì)和油污。清洗完畢后烘干備用。對(duì)經(jīng)上述處理后的鋁或鋁合金基體11的表面進(jìn)行氬氣等離子清洗，進(jìn)一步去除鋁或鋁合金基體11表面的油污，以改善鋁或鋁合金基體11表面與后續(xù)膜層的結(jié)合力。提供一鍍膜機(jī)100，鍍膜機(jī)100包括一鍍膜室20及一用于對(duì)該鍍膜室20抽真空的真空泵30，該鍍膜室20內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)架(未圖示)，將鋁或鋁合金基體11固定于轉(zhuǎn)架上，轉(zhuǎn)架帶動(dòng)鋁或鋁合金基體11沿圓形軌跡21運(yùn)行，且鋁或鋁合金基體11在沿軌跡21運(yùn)行時(shí)亦自轉(zhuǎn)。在該鍍膜室20側(cè)壁上安裝二靶材22，該二靶材22關(guān)于軌跡21的中心相對(duì)稱。在二靶材22的兩端設(shè)有氣源通道24，氣體經(jīng)由該氣源通道24吹出轟擊二靶材22的表面，以使二靶材22表面濺射出金屬粒子。當(dāng)鋁或鋁合金基體11通過二靶材22之間時(shí)，將鍍上二靶材22表面濺射的金屬粒子，完成磁控濺射過程。該等離子清洗的具體操作及工藝參數(shù)可為對(duì)該鍍膜室20進(jìn)行抽真空處理至真空度為8. OX 10_3Pa，以300 500sCCm(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分鐘)的流量向鍍膜室20內(nèi)通入純度為99. 999%的氬氣(工作氣體)，于鋁或鋁合金基體11上施加-300 -800V的偏壓， 在所述鍍膜室20中形成高頻電壓，使所述氬氣離子化而產(chǎn)生氬氣等離子體對(duì)鋁或鋁合金基體11的表面進(jìn)行物理轟擊，而達(dá)到對(duì)鋁或鋁合金基體11表面清洗的目的。所述氬氣等離子體清洗的時(shí)間為3 lOmin。采用磁控濺射的方式在鋁或鋁合金基體11表面依次形成鋁膜層13及防腐蝕膜層 15。形成該鋁膜層13及防腐蝕膜層15的具體操作方法及工藝參數(shù)為在所述等離子清洗完成后，通入高純氬氣(99. 999% )100 300sccm，開啟靶材22的電源，該靶材22為鋁靶， 設(shè)置鋁靶功率為2 8kw，調(diào)節(jié)鋁或鋁合金基體11的偏壓為-300 -500V，在鋁或鋁合金基體11表面沉積鋁膜層13，沉積5 10分鐘。形成所述鋁膜層13后，以氬氣為工作氣體，其流量為100 300sCCm，以氮?dú)夂鸵胰矠榉磻?yīng)氣體，設(shè)置氮?dú)夂鸵胰驳某跏剂髁糠謩e為10 20SCCm和10 20SCCm，在鋁或鋁合金基體11上施加-150 -500V的偏壓，沉積所述防腐蝕膜層15。該防腐蝕膜層15為碳氮化鋁梯度膜，沉積所述防腐蝕膜層15時(shí)，每沉積10 15min將氮?dú)夂鸵胰驳牧髁吭龃?0 20sCCm，使氮原子和碳原子在碳氮化鋁梯度膜中的原子百分含量由靠近鋁或鋁合金基體11至遠(yuǎn)離鋁或鋁合金基體11的方向呈梯度增加。沉積該碳氮化鋁梯度膜的時(shí)間為 30 90min。所述碳氮化鋁梯度膜在其形成過程中可形成致密的Al-C-N相，增強(qiáng)所述防腐蝕膜層15的致密性，以提高所述殼體10的耐腐蝕性。所述碳氮化鋁梯度膜的N和C的原子百分含量由靠近鋁或鋁合金基體11至遠(yuǎn)離鋁或鋁合金基體11的方向呈梯度增加，可降低碳氮化鋁梯度膜與鋁膜層13或鋁或鋁合金基體11之間晶格不匹配的程度，有利于將濺射碳氮化鋁梯度膜的過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力向鋁或鋁合金基體11方向傳遞；又因?yàn)樵谔嫉X梯度膜和鋁或鋁合金基體11之間沉積了塑性較好的鋁膜層13，可改善防腐蝕膜層15與鋁或鋁合金基體11之間的界面錯(cuò)配度，當(dāng)碳氮化鋁梯度膜中的殘余應(yīng)力較大時(shí)，可以借助于該鋁膜層13以及鋁或鋁合金基體11的局部塑性變形實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力的釋放，從而減少所述碳氮化鋁梯度膜內(nèi)的殘余應(yīng)力，使殼體 10不易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，以提高所述殼體10的耐腐蝕性。所述應(yīng)力腐蝕是指在殘余或/和外加應(yīng)力及腐蝕介質(zhì)的作用下，引起的金屬失效現(xiàn)象。完成上述碳氮化鋁梯度膜的沉積后，于該碳氮化鋁梯度膜表面離子注入釓(Gd) 離子，從而形成上述防腐蝕膜層15。所述的注入釓離子的過程是將鍍覆有所述鋁膜層13 及碳氮化鋁梯度膜的鋁或鋁合金基體11置于強(qiáng)流金屬離子注入機(jī)(MEVVA)中，該離子注入機(jī)中采用釓金屬靶材，該離子注入機(jī)首先將釓金屬進(jìn)行電離，使其產(chǎn)生釓(Gd)金屬離子蒸氣，并經(jīng)高壓電場(chǎng)加速使該釓(Gd)金屬離子蒸氣形成具有幾萬甚至幾百萬電子伏特能量的釓離子束，射入碳氮化鋁梯度膜的表面，與其表層中及其表面的原子或分子發(fā)生物理作用，最終于該防腐蝕膜層15中的碳氮化鋁梯度膜中注入釓(Gd)金屬離子。本實(shí)施例中注入所述釓離子的參數(shù)為離子注入機(jī)的真空度為lX10_4Pa，離子源電壓為30 IOOkV,離子束流強(qiáng)度為O. I 5mA，控制釓離子注入劑量在I X 1016ions/cm2到 I X 1018ions/cm2 之間。所述釓(Gd)金屬離子與所述碳氮化鋁梯度膜中的原子為冶金結(jié)合，因此，該注入的釓金屬離子不易脫落，且由于是在高能離子注入的條件下形成，該釓(Gd)金屬注入碳氮化鋁梯度膜中后形成為非晶態(tài)，由于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)具有各向同性、表面無晶界、無位錯(cuò)、偏析， 均相體系等特點(diǎn)，故，經(jīng)離子注入釓(Gd)金屬離子后的碳氮化鋁梯度膜使殼體10在腐蝕性介質(zhì)中不易形成腐蝕微電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕的可能極小，大大提高了殼體10的耐蝕性。
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)殼體10的制備方法及殼體10進(jìn)行說明實(shí)施例I等離子清洗氬氣流量為280SCCm，鋁或鋁合金基體11的偏壓為-300V，等離子清洗的時(shí)間為9分鐘；濺鍍鋁膜層13 :通入氬氣lOOsccm，開啟鋁靶22，設(shè)置鋁靶22功率為2kw，設(shè)置鋁或鋁合金基體11的偏壓為-500V，沉積5分鐘；濺鍍防腐蝕層15 :首先，濺鍍形成一碳氮化鋁梯度膜，其工藝參數(shù)為以氬氣為工作氣體，其流量為lOOsccm，以氮?dú)夂鸵胰矠榉磻?yīng)氣體，設(shè)置氮?dú)夂鸵胰驳某跏剂髁糠謩e為 IOsccm和lOsccm，在鋁或鋁合金基體11上施加-500V的偏壓；每沉積IOmin將氮?dú)夂鸵胰驳牧髁吭龃驣Osccm,沉積時(shí)間控制為30min ；之后，對(duì)碳氮化鋁梯度膜注入釓金屬離子，工藝參數(shù)為設(shè)置真空度為lX10_4Pa， 離子源電壓為30kV，離子束流強(qiáng)度為O. ImA,控制釓離子注入劑量在I X 1016ions/cm2到 I X 1018ions/cm2 之間。實(shí)施例2等離子清洗氬氣流量為230SCCm，鋁或鋁合金基體11的偏壓為-480V，等離子清洗的時(shí)間為7分鐘；濺鍍鋁膜層13 :通入氬氣200sccm，開啟鋁靶22，設(shè)置鋁靶22功率為5kw，設(shè)置鋁或鋁合金基體11的偏壓為-400V，沉積7分鐘；濺鍍防腐蝕層15 :首先，濺鍍形成一碳氮化鋁梯度膜，其工藝參數(shù)為以氬氣為工作氣體，其流量為200sCCm，以氮?dú)夂鸵胰矠榉磻?yīng)氣體，設(shè)置氮?dú)夂鸵胰驳某跏剂髁糠謩e為 15sccm和60sccm，在鋁或鋁合金基體11上施加-300V的偏壓；每沉積12min將氮?dú)夂鸵胰驳牧髁吭龃?5sccm,沉積時(shí)間控制為60min ；之后，對(duì)碳氮化鋁梯度膜注入釓金屬離子的工藝參數(shù)為設(shè)置真空度為 I X 10_4Pa，離子源電壓為60kV，離子束流強(qiáng)度為2mA，控制釓離子注入劑量在I X 1016ions/ cm2 至Ij I X 1018ions/cm2 之間。實(shí)施例3等離子清洗氬氣流量為160SCCm，鋁或鋁合金基體11的偏壓為-400V，等離子清洗的時(shí)間為6分鐘；濺鍍鋁膜層13 :通入氬氣300sccm，開啟鋁靶22，設(shè)置鋁靶22的功率為8kw，設(shè)置鋁或鋁合金基體11的偏壓為-300V，沉積10分鐘；濺鍍防腐蝕層15 :首先，濺鍍形成一碳氮化鋁梯度膜，其工藝參數(shù)為以氬氣為工作氣體，其流量為300SCCm，以氮?dú)夂鸵胰矠榉磻?yīng)氣體，設(shè)置氮?dú)夂鸵胰驳某跏剂髁糠謩e為 20sccm和lOOsccm,在招或招合金基體11上施加-150V的偏壓；每沉積15min將氮?dú)夂鸵胰驳牧髁吭龃?0sccm,沉積時(shí)間控制為90min ；之后，對(duì)碳氮化鋁梯度膜注入釓金屬離子的工藝參數(shù)為設(shè)置真空度為 I X 10_4Pa，離子源電壓為lOOkV，離子束流強(qiáng)度為5mA，控制釓離子注入劑量在I X 1016ions/ cm2 至Ij I X 1018ions/cm2 之間。本發(fā)明較佳實(shí)施方式的殼體10的制造方法，在鋁或鋁合金基體11上依次形成鋁膜層13及防腐蝕膜層15，該防腐蝕膜層15為碳氮化鋁梯度膜，其摻雜有釓(Gd)金屬離子。該鋁膜層13、防腐蝕膜層15組成的復(fù)合膜層顯著地提高了所述殼體10的耐腐蝕性，且該制造工藝簡(jiǎn)單、幾乎無環(huán)境污染。
權(quán)利要求
1.一種殼體，包括招或招合金基體，其特征在于該殼體還包括依次形成于該招或招合金基體上的鋁膜層和防腐蝕膜層，該防腐蝕膜層為注入有釓金屬離子的碳氮化鋁梯度膜，所述碳氮化鋁梯度膜中N和C的原子百分含量由靠近鋁或鋁合金基體向遠(yuǎn)離鋁或鋁合金基體的方向呈梯度增加。
2.如權(quán)利要求I所述的殼體，其特征在于所述防腐蝕膜層的厚度為O.5 2. O μ m。
3.如權(quán)利要求I所述的殼體，其特征在于所述鋁膜層的厚度為100 300nm。
4.一種殼體的制造方法，其包括如下步驟提供鋁或鋁合金基體；于該鋁或鋁合金基體的表面磁控濺射鋁膜層；于鋁膜層上磁控濺射碳氮化鋁梯度膜，所述碳氮化鋁梯度膜中N和C的原子百分含量由靠近鋁或鋁合金基體向遠(yuǎn)離鋁或鋁合金基體的方向呈梯度增加；對(duì)該碳氮化鋁梯度膜注入釓金屬離子，形成防腐蝕膜層。
5.如權(quán)利要求4所述的殼體的制造方法，其特征在于磁控濺射所述碳氮化鋁梯度膜的工藝參數(shù)為以氬氣為工作氣體，其流量為100 300SCCm，以氮?dú)夂鸵胰矠榉磻?yīng)氣體， 設(shè)置氮?dú)夂鸵胰驳某跏剂髁糠謩e為10 20SCCm和10 20SCCm，在鋁或鋁合金基體上施加-150 -500V的偏壓；每沉積10 15min將氮?dú)夂鸵胰驳牧髁吭龃?0 20sccm,沉積時(shí)間控制為30 90min。
6.如權(quán)利要求4所述的殼體的制造方法，其特征在于對(duì)碳氮化鋁梯度膜注入釓金屬離子的工藝參數(shù)為設(shè)置真空度為lX10_4Pa，離子源電壓為30 IOOkV,離子束流強(qiáng)度為 O. I 5mA,控制禮離子注入劑量在IX 1016ions/cm2到IX 1018ions/cm2之間。
7.如權(quán)利要求4所述的殼體的制造方法，其特征在于沉積所述鋁膜層的工藝參數(shù)為 以鋁靶為靶材，通入氬氣100 300sccm，開啟鋁靶，設(shè)置鋁靶功率為2 8kw，設(shè)置基體的偏壓為-300 -500V，沉積5 10分鐘。
8.如權(quán)利要求4所述的殼體的制造方法，其特征在于所述殼體的制造方法還包括在沉積所述鋁膜層之前對(duì)鋁或鋁合金基體進(jìn)行等離子清洗的步驟。
全文摘要
一種殼體，包括鋁或鋁合金基體、依次形成于該鋁或鋁合金基體上的鋁膜層和防腐蝕膜層，該防腐蝕膜層為通過離子注入摻雜了釓(Gd)金屬離子的碳氮化鋁梯度膜，所述碳氮化鋁梯度膜中N原子和C原子的百分含量由靠近鋁或鋁合金基體至遠(yuǎn)離鋁或鋁合金基體的方向均呈梯度增加。該通過離子注入摻雜了釓(Gd)金屬離子的碳氮化鋁梯度膜組成的復(fù)合膜層顯著地提高了所述殼體的耐腐蝕性。本發(fā)明還提供了上述殼體的制造方法。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102605318SQ20111002193
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者張新倍, 蔣煥梧, 詹益淇, 陳文榮, 陳曉強(qiáng), 陳正士 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司