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CN102618823A - 镀膜件及其制备方法 - Google Patents

镀膜件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种镀膜件，其包括镁合金基体、形成于镁合金基体表面的镁层、形成于镁层表面的氮氧化镁层及形成于氮氧化镁层表面的氮化钛层。本发明镀膜件所镀膜层逐层过渡良好，膜层与镁合金基体的附着牢固；所述氮氧化镁层膜层致密，可有效延缓盐雾对镁合金基体的侵蚀，进一步提高镁合金基体的抗腐蚀性能；同时所述氮化钛层可有效避免所述氮氧化镁层的磨损刮擦，有效提高镀膜件的使用寿命。此外，本发明还提供一种上述镀膜件的制备方法。

Description

镀膜件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镀膜件及该镀膜件的制备方法。
背景技术
镁合金具有质量轻、散热性能好等优点，在通讯、电子、交通运输、建筑及航天航空等领域应用广泛。然而由于镁合金的化学活性较高，在空气中很容易氧化，生成疏松、保护能力差的氧化膜，导致镁合金在含有电解质的湿气中，例如海洋表面大气环境，表面容易出现严重的腐蚀，从而破环镁合金制品的外观，同时导致制品使用寿命缩短。
耐盐雾侵蚀性能是镁合金耐腐蚀性能的一个重要参数，为了提高镁合金的耐盐雾侵蚀性能，通常需要对镁合金表面进行表面镀膜处理。真空镀膜(PVD)技术虽是一种非常环保的镀膜工艺，且可镀制的膜层种类丰富、耐磨性能优异，但PVD工艺沉积的薄膜往往是以柱状晶形态生长，因此膜层存在大量的晶间间隙，导致薄膜致密性不够而无法有效地延缓盐雾的侵蚀。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可有效提高镁合金耐盐雾侵蚀性能的镀膜件。
另外，还有必要提供一种上述镀膜件的制备方法。
一种镀膜件，其包括镁合金基体、形成于镁合金基体表面的镁层、形成于镁层表面的氮氧化镁层及形成于氮氧化镁层表面的氮化钛层。
一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：
提供一镁合金基体；
以镁靶为靶材，采用磁控溅射法在镁合金基体表面形成一镁层；
以镁靶为靶材，以氧气和氮气为反应气体，采用磁控溅射法在该镁层表面形成一氮氧化镁层；
以钛靶为靶材，采用磁控溅射法在该氮氧化镁层表面形成一氮化钛层。
本发明镀膜件所镀膜层逐层过渡良好，膜层与镁合金基体的附着牢固；所述氮氧化镁层由比较细小的晶粒组成，晶间间隙比较小，膜层非常致密，可有效延缓盐雾对镁合金基体的侵蚀，进一步提高镁合金基体的抗腐蚀性能；同时所述氮化钛层具有较高的硬度和耐磨性，可有效避免所述氮氧化镁层的磨损刮擦，有效提高镀膜件的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例镀膜件的剖视图；
图2为本发明一较佳实施例真空镀膜机的俯视示意图。
主要元件符号说明
镀膜件            10
镁合金基体        11
镁层              13
氮氧化镁层        15
氮化钛层          17
真空镀膜机        20
镀膜室            21
镁靶              23
钛靶              24
轨迹              25
真空泵            30
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施方式的镀膜件10包括镁合金基体11、形成于镁合金基体11表面的镁层13、形成于镁层13表面的氮氧化镁(MgON)层15及形成于氮氧化镁层15表面的氮化钛(TiN)层17。
该镁层13可以磁控溅射的方式形成，其厚度为20～50nm。所述镁层13可充当打底层的作用，使膜层与镁合金基体11附着更牢固。
该氮氧化镁层15可以磁控溅射的方式形成，其厚度为200～300nm。该氮氧化镁层15由细小的纳米晶粒组成，晶间间隙比较小，膜层非常致密。该氮氧化镁层15中镁的原子百分含量为25％～40％，氧的原子百分含量为25％～40％，氮的原子百分含量为20％～35％。
该氮化钛层17可以磁控溅射的方式形成，其厚度可为100～200nm。氮化钛层17具有较高的硬度和耐磨性，可有效保护氮氧化镁层15，使其免受磨损、刮擦。所述氮化钛层17也可根据实际需要替换成其它的具有较高的硬度和耐磨性的膜层。
本发明一较佳实施方式的镀膜件10的制备方法，其包括以下步骤：
(a)提供镁合金基体11。
(b)将镁合金基体11放入无水乙醇中进行超声波清洗，以去除镁合金基体11表面的污渍，清洗时间可为5～20min。
(c)对经上述处理后的镁合金基体11的表面进行氩气等离子体清洗，以进一步去除镁合金基体11表面的油污，以及改善镁合金基体11表面与后续镀层的结合力。结合参阅图2，提供一真空镀膜机20，该真空镀膜机20包括一镀膜室21及连接于镀膜室21的一真空泵30，真空泵30用以对镀膜室21抽真空。该镀膜室21内设有转架(未图示)、相对设置的二镁靶23及相对设置的二钛靶24。转架带动镁合金基体11沿圆形的轨迹25公转，且镁合金基体11在沿轨迹25公转时亦自转。
该等离子体清洗的具体操作及工艺参数可为：如图2所示，将镁合金基体11固定于真空镀膜机20的镀膜室21的转架上，将该镀膜室21抽真空至3×10-3Pa，然后向镀膜室21内通入流量为500sccm(标准状态毫升/分钟)的氩气(纯度为99.999％)，并施加-200～-500V的偏压于镁合金基体11，对镁合金基体11表面进行氩气等离子体清洗，清洗时间为3～10min。
(d)采用磁控溅射法在经氩气等离子体清洗后的镁合金基体11上溅镀镁层13。溅镀该镁层13在所述真空镀膜机20中进行，抽真空使该镀膜室21的本底真空度为3×10-3Pa，加热该镀膜室21至温度为80～200℃；开启二镁靶23，设置镁靶23的功率为3～10kW，设定施加于镁合金基体11的偏压为-100～-300V；通入工作气体氩气，氩气的流量为100～300sccm，镀膜时间为10～30min。该镁层13的厚度为20～50nm。
(e)继续采用磁控溅射法在所述镁层13的表面溅镀氮氧化镁层15。溅镀该氮氧化镁层15时通入氧气和氮气为反应气体，氧气流量为80～120sccm，氮气流量为50～80sccm，其他工艺参数与沉积所述镁层13的相同，镀膜时间为60～90min。该氮氧化镁层15的厚度为200～300nm。
(f)继续采用磁控溅射法在所述氮氧化镁层15的表面形成氮化钛层17。关闭二镁靶23，开启二钛靶24，设置钛靶24的功率为3～10kW，设定施加于镁合金基体11的偏压为-100～-300V；通入氮气为反应气体，氮气流量为50～80sccm，通入工作气体氩气，氩气的流量为100～300sccm，镀膜时间为30～60min。该氮化钛层17的厚度为100～200nm。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
本实施例所使用的真空镀膜机20为中频磁控溅射镀膜机。
等离子体清洗：氩气流量为500sccm，镁合金基体11的偏压为-500V，等离子体清洗时间为5min。
溅镀镁层13：氩气流量为100sccm，镁靶23的功率为3kW，镁合金基体11的偏压为-100V，镀膜温度为80℃，镀膜时间为10min；该镁层13的厚度为20nm。
溅镀氮氧化镁层15：氧气流量为80sccm，氮气流量为50sccm，其他工艺参数与沉积所述镁层13的相同，镀膜时间为60min，该氮氧化镁层15的厚度为200nm。
溅镀氮化钛层17：氮气流量为50sccm，氩气流量为100sccm，钛靶24的功率为3kW，镁合金基体11的偏压为-100V，镀膜时间为30min，该氮化钛层17的厚度为100nm。
实施例2
本实施例所使用的真空镀膜机20与实施例1中的相同。
等离子体清洗：氩气流量为500sccm，镁合金基体11的偏压为-500V，等离子体清洗时间为5min。
溅镀镁层13：氩气流量为300sccm，镁靶23的功率为10kW，镁合金基体11的偏压为-300V，镀膜温度为200℃，镀膜时间为30min；该镁层13的厚度为50nm。
溅镀氮氧化镁层15：氧气流量为120sccm，氮气流量为80sccm，其他工艺参数与沉积所述镁层13的相同，镀膜时间为90min，该氮氧化镁层15的厚度为300nm。
溅镀氮化钛层17：氮气流量为80sccm，氩气流量为300sccm，钛靶24的功率为10kW，镁合金基体11的偏压为-300V，镀膜时间为60min，该氮化钛层17的厚度为200nm。
盐雾测试
对由本发明的方法所制备的镀膜件10进行35℃中性盐雾(NaCl浓度为5％)测试。结果发现，由本发明实施例1、2的方法所制备的镀膜件10均在72小时后才出现有腐蚀现象。
本发明镀膜件10在所述镁合金基体11的表面依次沉积镁层13、氮氧化镁层15及氮化钛层17，所镀膜层逐层过渡良好，膜层与镁合金基体11的附着牢固；所述氮氧化镁层15由比较细小的晶粒组成，晶间间隙比较小，膜层非常致密，可有效延缓盐雾对镁合金基体11的侵蚀，进一步提高镁合金基体11的抗腐蚀性能；同时所述氮化钛层17具有较高的硬度和耐磨性，可有效避免所述氮氧化镁层15的磨损刮擦，有效提高镀膜件10的使用寿命。

Claims (9)

1.一种镀膜件，其包括镁合金基体，其特征在于：该镀膜件还包括形成于镁合金基体表面的镁层、形成于镁层表面的氮氧化镁层及形成于氮氧化镁层表面的氮化钛层。
2.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：该氮氧化镁层中镁的原子百分含量为25％～40％，氧的原子百分含量为25％～40％，氮的原子百分含量为20％～35％。
3.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：该镁层以磁控溅射的方式形成，其厚度为20～50nm。
4.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：该氮氧化镁层以磁控溅射的方式形成，其厚度为200～300nm。
5.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：该氮化钛层以磁控溅射的方式形成，其厚度为100～200nm。
6.一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：
提供一镁合金基体；
以镁靶为靶材，采用磁控溅射法在镁合金基体表面形成一镁层；
以镁靶为靶材，以氧气和氮气为反应气体，采用磁控溅射法在该镁层表面形成一氮氧化镁层；
以钛靶为靶材，采用磁控溅射法在该氮氧化镁层表面形成一氮化钛层。
7.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成镁层的步骤的具体工艺参数为：镁靶的功率为3～10kW，以氩气为工作气体，氩气的流量为100～300sccm，镁合金基体的偏压为-100～-300V，镀膜温度为80～200℃，镀膜时间为10～30min。
8.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成氮氧化镁层的步骤的具体工艺参数为：镁靶的功率为3～10kW，氧气流量为80～120sccm，氮气流量为50～80sccm，以氩气为工作气体，氩气的流量为100～300sccm，镁合金基体的偏压为-100～-300V，镀膜温度为80～200℃，镀膜时间为60～90min。
9.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成氮化钛层的步骤的具体工艺参数为：钛靶的功率为3～10kW，氮气流量为50～80sccm，以氩气为工作气体，氩气的流量为100～300sccm，镁合金基体的偏压为-100～-300V，镀膜温度为80～200℃，镀膜时间为30～60min。
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