铝或铝合金的表面处理方法及由铝或铝合金制得的壳体 【技术领域】
本发明涉及一种铝或铝合金的表面处理方法及由铝或铝合金制得的壳体。背景技术 铝或铝合金目前被广泛应用于航空、 航天、 汽车及微电子等工业领域。 但铝或铝合 金的标准电极电位很低， 耐腐蚀差， 暴露于自然环境中会引起表面快速腐蚀。
提高铝或铝合金耐腐蚀性的方法通常是在其表面形成保护性的涂层。 传统的阳极 氧化、 电沉积、 化学转化膜技术及电镀等铝或铝合金的表面处理方法存在生产工艺复杂、 效 率低、 环境污染严重等缺点。
真空镀膜 (PVD) 为一清洁的成膜技术。然而， 由于铝或铝合金的标准电极电位很 低， 且 PVD 涂层本身不可避免的会存在微小的孔隙， 因此形成于铝或铝合金表面的 PVD 涂层 容易发生电化学腐蚀， 导致该 PVD 涂层的耐腐蚀性能降低， 对铝或铝合金的耐腐蚀能力的 提高有限。
发明内容 鉴于此， 有必要提供一种可有效提高铝或铝合金的耐腐蚀性能的表面处理方法。
另外， 还有必要提供一种由上述铝或铝合金制得的壳体。
一种铝或铝合金的表面处理方法， 其包括如下步骤 ：
提供一铝或铝合金基体 ；
于该铝或铝合金基体的表面注入氮离子、 氧离子、 硼离子及氮氧双离子中的一种 或者任意两种的组合离子， 形成一离子注入膜 ；
于该离子注入膜上沉积一磁控溅射膜。
一种由所述铝或铝合金制得的壳体， 该壳体包括一铝或铝合金基体、 依次形成于 铝或铝合金基体上的一离子注入膜及一磁控溅射膜。 所述离子注入膜中主要含有 AlN、 Al2O3 及 AlB n 过饱和相化合物中的一种或任意两种的组合。
相较于现有技术， 本发明铝或铝合金的表面处理方法在铝或铝合金基体上先形成 一离子注入膜， 再于该离子注入膜上形成一磁控溅射膜。该离子注入膜与磁控溅射膜组成 的复合膜层显著地提高了该铝或铝合金基体的耐腐蚀性， 且该制作工艺简单、 几乎无环境 污染。
附图说明
图 1 是本发明较佳实施方式铝或铝合金表面处理方法的流程图 ；
图 2 是本发明较佳实施方式壳体的剖视示意图。
主要元件符号说明
壳体 10
铝或铝合金基体 113102373472 A CN 102373475
说13 15明书2/3 页离子注入膜 磁控溅射膜具体实施方式
请同时参阅图 1 与图 2， 本发明一较佳实施例的铝或铝合金的表面处理方法包括 如下步骤 ：
S101 ： 提供一铝或铝合金基体 11。
该铝或铝合金基体 11 可以通过冲压成型得到。
S102 ： 对该铝或铝合金基体 11 进行前处理。该前处理包括 ：
对铝或铝合金基体 11 进行抛光处理， 以去除该铝或铝合金基体 11 表面的氧化膜。 抛光后该铝或铝合金基体 11 的表面粗糙度 Rz ＜ 1.2μm。
将抛光处理后的铝或铝合金基体 11 依次置于去离子水及纯度大于 99.9％的丙酮 中进行超声波清洗， 以去除表面的油污。清洗后将该铝或铝合金基体 11 干燥备用。
S103 ： 采用离子注入工艺， 于该铝或铝合金基体 11 表面注入离子， 形成一离子注 入膜 13。 所述的离子注入过程是 ： 采用一离子注入机 ( 图未示 )， 将铝或铝合金基体 11 置 于该离子注入机的真空室中 ； 离子注入机的离子源将含有所需注入离子的气体进行电离， 并经高压电场加速成具有几万甚至几百万电子伏特能量的离子束， 射入铝或铝合金基体 11 的表面， 与铝或铝合金基体 11 表层中及其表面的原子或分子发生一系列的物理、 化学反 应， 最终于该铝或铝合金基体 11 的表面沉积形成一新的膜层。
本实施例中， 于该铝或铝合金基体 11 表面注入的离子为氮离子、 氧离子、 硼离子 及氮氧双离子中的任一种或者任意两种的组合， 优选为氮离子。所述注入的离子与铝或铝 合金基体 11 表面的原子或分子发生一系列的物理、 化学作用后， 得到一主要含 AlN、 Al2O3 及 AlBn 过饱和相化合物中的一种或任意两种的组合的离子注入膜 13。
所述离子注入膜 13 的形成一方面填充了铝或铝合金基体 11 表面的孔洞， 从而提 高了所述铝或铝合金基体 11 表面的致密性 ； 另一方面， 该离子注入膜 13 为一呈均相体系的 非晶态层， 其具有各向同性、 表面无晶界、 无错位与无偏析的特点， 因而使具有该离子注入 膜 13 的铝或铝合金基体 11 在腐蚀性介质中不易形成腐蚀微电池及发生电化学腐蚀， 从而 显著提高了铝或铝合金基体 11 的耐腐蚀性。此外， 该离子注入膜 13 的形成还有利于提高 铝或铝合金基体 11 与后续膜层的结合力。
本实施例中注入所述氮离子的参数为 ： 真 空 度 为 1×10-4Pa， 氮气的纯度为 99.99％， 离子源电压为 30 ～ 100kV， 工作气压为 0.1 ～ 0.5Pa， 离子流束流强度为 1 ～ 5mA。 16 注入该铝或铝合金基体 11 表面的氮离子的剂量在 1×10 ions/cm2( 离子数 / 平方厘米 ) 到 1×1018ions/cm2 之间。
注入所述氧离子的参数为 ： 真空度为 1×10-4Pa， 氧气纯度为 99.99％， 离子源电压 为 30 ～ 100kV， 工作气压为 0.1 ～ 0.5Pa， 离子流束流强度为 1 ～ 5mA， 注入该铝或铝合金基 16 2 18 2 体 11 表面的氧离子的剂量在 1×10 ions/cm 到 1×10 ions/cm 之间。
注入所述硼离子的参数为 ： 真空度为 1×10-4Pa， 气源为纯度为 99.99％的乙硼烷 (B2H6)， 离子源电压为 30 ～ 100kV， 工作气压为 0.1 ～ 0.5Pa， 离子流束流强度为 1 ～ 5mA， 注
入该铝或铝合金基体 11 表面的氧离子的剂量在 1×1016ions/cm2 到 1×1018ions/cm2 之间。
注入所述氮氧双离子的参数为 ： 真空度为 1×10-4Pa， 同时通入纯度均为 99.99％ 的氮气和氧气， 离子源电压为 30 ～ 100kV， 工作气压为 0.1 ～ 0.5Pa， 离子流束流强度为 1 ～ 5mA， 注入该铝或铝合金基体 11 表面的氧离子、 氮离子的剂量均在 1×1016ions/cm2 到 1×1018ions/cm2 之间。
在上述离子注入过程中， 保持离子注入机的真空室的温度为室温状态， 在达到所 需的离子注入剂量后， 再将铝或铝合金基体 11 于真空室内放置 30min， 然后取出即可。
S104 ： 于该离子注入膜 13 上形成一磁控溅射膜 15。所述磁控溅射膜 15 为一 AlON 层。
形成该磁控溅射膜 15 的具体操作方法及工艺参数为 ： 将形成有离子注入膜 13 的 铝或铝合金基体 11 置于一磁控溅射镀膜机 ( 图未示 ) 的腔体内， 抽真空该腔体至真空度为 -3 -2 8.0×10 ～ 5.0×10 Pa， 于基体 11 上施加 -50 ～ -200V 的偏压， 加热该腔体至 50 ～ 150， 通入流量为 100 ～ 250sccm( 标准状态毫升 / 分钟 ) 的氩气、 流量为 5 ～ 60sccm 的氮气及 5 ～ 40sccm 的氧气， 开启一铝靶的电源， 沉积该磁控溅射膜 15。沉积该磁控溅射膜 15 的时 间为 20 ～ 60min。其中， 氩气及氮气的纯度均为 99.999％， 氧气的纯度为 99.99％。
关闭偏压及铝靶电流， 停止通入氩气、 氮气及氧气， 待所述磁控溅射膜 15 冷却后， 向真空室内通入空气， 打开真空室门， 取出镀覆好的铝或铝合金基体 11。
可以理解， 上述铝或铝合金基体 11 表面处理方法还可包括在形成离子注入膜 13 前， 在磁控溅射镀膜机内对铝或铝合金基体 11 进行等离子体清洗的步骤。
请参阅图 2， 一种由经上述表面处理后的铝或铝合金基体 11 制得的壳体 10 包括一 铝或铝合金基体 11、 依次形成于铝或铝合金基体 11 上的一离子注入膜 13 及一磁控溅射膜 15。
所述离子注入膜 13 中主要含有 AlN、 Al2O3 及 AlB n 过饱和相化合物中的一种或任 意两种的组合。
所述磁控溅射膜 15 可为一 AlON 层、 CrON 层或其他溅射涂层。该磁控溅射膜 15 的 厚度可为 1 ～ 2.7μm。
本发明较佳实施方式铝或铝合金的表面处理方法， 在铝或铝合金基体 11 上先形 成一离子注入膜 13， 再于该离子注入膜 13 上形成一磁控溅射膜 15。该离子注入膜 13 的形 成显著地提高了所述磁控溅射膜 15 的耐腐蚀性能， 从而对所述壳体 10 起到了较好的抗腐 蚀性保护。