TWI471430B

TWI471430B - 鋁合金表面防腐處理方法及其製品

Info

Publication number: TWI471430B
Application number: TW99128371A
Authority: TW
Inventors: Hsin Pei Chang; wen rong Chen; Huan Wu Chiang; Cheng Shi Chen; xiao-qing Xiong
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2015-02-01
Also published as: TW201209182A

Description

鋁合金表面防腐處理方法及其製品

本發明涉及一種鋁合金表面防腐處理方法及其製品。

鋁合金具有品質輕、散熱性能好等優點，在通訊、電子、交通運輸、建築及航太航空等領域應用廣泛。空氣中鋁合金表面會形成氧化鋁保護膜，於一般大氣環境下，鋁合金表面的氧化鋁膜能夠有效地對鋁合金基體進行保護，然，於含有電解質的濕氣中，例如海洋表面大氣環境，鋁合金表面容易出現點蝕，嚴重破環鋁合金製品的外觀，同時導致製品使用壽命縮短。

耐盐雾侵蚀性能係铝合金耐腐蚀性能的一个重要參数，為了提高鋁合金的耐鹽霧性能，通常需要對鋁合金表面進行表面成膜處理，常見的處理手段有陽極氧化處理、烤漆等，然該等工藝都存在較大的環境污染問題。而真空鍍膜(PVD)技術雖係一種非常環保的鍍膜工藝，且可鍍製之膜層種類豐富、耐磨性能優異，然PVD工藝沉積的薄膜往往係以柱狀晶形態生長，故膜層存在大量的晶間間隙，導致薄膜緻密性不夠而無法有效地防止鹽霧的侵蝕。

有鑒於此，有必要提供一種可效提高鋁合金耐鹽霧侵蝕性能的鋁合金表面防腐處理方法。

另外，還有必要提供一種由上述方法製得的鋁合金製品。

一種鋁合金表面防腐處理方法，包括以下步驟：

（1）採用無水乙醇對鋁合金基材進行超聲波清洗；

（2）以純鋁為靶材，以氬氣為工作氣體，氮氣和氧氣為反應氣體，採用磁控濺射法在鋁合金基材表面濺鍍一鋁氧氮化合物薄膜，所述氧氣流量為15~70sccm，氮氣流量為10~60sccm。

一種經上述方法處理的鋁合金製品，包括鋁合金基材及形成於鋁合金基材表面的一鋁氧氮化合物薄膜，該鋁氧氮化合物薄膜中鋁原子個數百分比為50%~80%，氧原子個數百分比為15%~40%，氮原子個數百分比為5%~10%。

相較於現有技術，由上述鋁合金表面防腐處理方法所製得的鋁合金製品由於其表面具有一鋁氧氮化合物薄膜，該鋁氧氮化合物薄膜由比較細小的晶粒組成，晶間間隙比較小，使得鋁氧氮化合物薄膜比較緻密，可有效防止鹽霧侵蝕，因此可有效提高鋁合金的抗腐蝕性能。

本發明鋁合金表面防腐處理方法主要包括如下步驟：

（1）採用無水乙醇對鋁合金基材進行超聲波清洗，以除去試樣表面油污。

（2）以純鋁為靶材，以氬氣為工作氣體，氮氣和氧氣為反應氣體，採用磁控濺射法在經清洗後的鋁合金基材表面鍍製鋁氧氮化合物(Al-O-N)薄膜。濺射參數如下：真空腔內真空度為5×10^-3 Pa~9×10^-3 Pa，腔體溫度為100~180℃，轉架轉速為0.5~1轉/分鐘，氬氣流量為150~300sccm（標準狀態毫升/分鐘），氧氣流量為15~70sccm，氮氣流量為10~60sccm，鋁靶功率為6~12kw，偏壓為-100~-300V，佔空比為40%~60%，濺射0.5~4小時。由此在鋁合金基材表面獲得厚度大約0.2~1.5μm的所述鋁氧氮化合物薄膜。

由上述鋁合金表面防腐處理方法所獲得的鋁合金製品，包括鋁合金基材及形成於鋁合金基材表面的鋁氧氮化合物薄膜，該鋁氧氮化合物薄膜中鋁原子個數百分比為50%~80%，氧原子個數百分比為15%~40%，氮原子個數百分比為5%~10%。該鋁氧氮化合物薄膜由直徑大約為6~10nm的晶粒組成。

下麵藉由實施例來對本發明進行具體說明。

實施例1

採用無水乙醇對鋁合金試樣進行超聲波清洗大約30分鐘。將清洗好的鋁合金試樣放入中頻磁控濺射鍍膜機的真空腔中。本實施例所使用的中頻磁控濺射鍍膜機為深圳南方創新真空技術有限公司生產，型號為SM-1100H。

開啟真空泵對真空腔抽真空並設定真空度為8×10^-3 Pa，開啟轉架並設定轉速為0.5轉/分鐘，開啟真空腔烘烤並設定腔內溫度為120℃。

待真空腔的真空度抽至上述設定值後，通入工作氣體氬氣及反應氣體氧氣和氮氣，氬氣流量為150sccm（標準狀態毫升/分鐘），氧氣流量為20sccm，氮氣流量為15sccm；開啟鋁靶並調節鋁靶功率為8kw，偏壓-200V，佔空比為50%，濺射1小時，由此在鋁合金表面獲得一鋁氧氮化合物薄膜。

實施例2

實施例2與實施例1類似，不同之處在於，本實施例的氧氣流量為40sccm，氮氣流量為30sccm，其他條件均與實施例1相同。按照實施例2也可以製得表面形成有一鋁氧氮化合物薄膜的鋁合金製品。

由實施例1和實施例2製得的鋁合金製品的鋁氧氮化合物薄膜形貌、結構比較類似，且具有類似的防腐性能。

對比例

採用與實施例1相同的中頻磁控濺射鍍膜機對鋁合金試樣進行濺射，與實施例1不同的係反應氣體僅為氮氣，氮氣流量為40sccm，其他條件與實施例1相同，在鋁合金試樣表面濺鍍一單組分氮化鋁(AlN)薄膜。

對實施例1鍍製的鋁氧氮化合物薄膜和對比例鍍製的氮化鋁(AlN)薄膜分別用掃描電鏡觀察其表面形貌，所用掃描電鏡儀為日本精工生產的型號為JSM-6701F的場發射掃描電鏡儀。圖1為對比例鍍製的氮化鋁(AlN)薄膜的掃描電鏡圖，圖2、圖3為本發明實施例1鍍製的鋁氧氮化合物薄膜的掃描電鏡圖。從圖可看出，單組分氮化鋁(AlN)薄膜由比較粗大晶粒構成，表面存在大量較大的晶間間隙，而鋁氧氮化合物薄膜由比較細小的晶粒組成，晶間間隙比較小，使得鋁氧氮化合物薄膜比較緻密。

對由本發明實施例的方法所製備的鍍覆有鋁氧氮化合物薄膜的鋁合金試樣和對比例所製得的鍍覆氮化鋁(AlN)薄膜的鋁合金試樣進行35℃中性鹽霧（NaCl濃度為5%）測試。結果發現，對比例所製得的表面鍍覆氮化鋁(AlN)薄膜的鋁合金試樣24小時後就發生明顯腐蝕；而由本發明實施例的方法所製備的表面鍍覆鋁氧氮化合物薄膜的鋁合金試樣在72小時後才出現有腐蝕現象。

可見，由本發明實施例的鋁合金表面防腐處理方法所製得的鋁合金製品由於其表面具有鋁氧氮化合物薄膜，該鋁氧氮化合物薄膜可有效防止鹽霧侵蝕，故可提高鋁合金的抗腐蝕性能。

無

圖1為一採用磁控濺鍍法製備的氮化鋁薄膜的放大5萬倍的掃描電鏡圖。

圖2為本發明一實施例製備的鋁氧氮化合物薄膜的放大5萬倍的掃描電鏡圖。

圖3為圖2所示的鋁氧氮化合物薄膜放大10萬倍的掃描電鏡圖。

無

Claims

一種鋁合金表面防腐處理方法，包括以下步驟：
（1）採用無水乙醇對鋁合金基材進行超聲波清洗；
（2）以純鋁為靶材，以氬氣為工作氣體，氮氣和氧氣為反應氣體，採用磁控濺射法在鋁合金基材表面濺鍍一鋁氧氮化合物薄膜，所述氧氣流量為15~70sccm，氮氣流量為10~60sccm。
如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面防腐處理方法，其中所述步驟（2）還在如下參數條件下進行：真空腔內真空度為5×10^-3 Pa~9×10^-3 Pa，腔體溫度為100~180℃，轉架轉速為0.5~1轉/分鐘，鋁靶功率為6~12kw，氬氣流量為150~300sccm，鋁靶偏壓為-100~-300V，佔空比為40%~60%，濺射0.5~4小時。
如申請專利範圍第2項所述之鋁合金表面防腐處理方法，其中所述步驟（2）係於一中頻磁控濺射設備中進行。
如申請專利範圍第2項所述之鋁合金表面防腐處理方法，其中該鋁氧氮化合物薄膜的厚度為0.2~1.5μm。
如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面防腐處理方法，其中該鋁氧氮化合物薄膜中鋁原子個數百分比為50%~80%，氧原子個數百分比為15%~40%，氮原子個數百分比為5%~10%。
如申請專利範圍第1項所述之鋁合金表面防腐處理方法，其中該鋁氧氮化合物薄膜由直徑為6~10nm的晶粒組成。
一種鋁合金製品，包括鋁合金基材，其改良在於：該鋁合金製品還包括形成於鋁合金基材表面的一鋁氧氮化合物薄膜，該鋁氧氮化合物薄膜中鋁原子個數百分比為50%~80%，氧原子個數百分比為15%~40%，氮原子個數百分比為5%~10%。
如申請專利範圍第7項所述之鋁合金製品，其中該鋁氧氮化合物薄膜由直徑為6~10nm的晶粒組成。
如申請專利範圍第7項所述之鋁合金製品，其中該鋁氧氮化合物薄膜的厚度為0.2~1.5μm。