本发明涉及材料表面镀膜领域,具体涉及一种电子产品壳体及其制备方法。
背景技术:
类金刚石(dlc)是近来兴起的一种以sp3和sp2键的形式结合生成的亚稳态材料,兼具了金刚石和石墨的优良特性,具有高硬度、高电阻率。良好抗腐蚀能力以及优秀的摩擦学特性。因此,类金刚石膜(dlc)可以用来改善工件表面的硬度,但是dlc本身应力比较大,与含硅工件(例如,玻璃、陶瓷等)结合效果不好。
例如,现有技术cn104294230a中公开一种高硬度、低应力的多元复合类金刚石涂层,位于基体表面,由类金刚石、第一掺杂元素以及第二掺杂元素组成,所述的第一掺杂元素为铝元素或cu元素,第二掺杂元素为铬元素或w元素;并且,在所述的多元复合类金刚石涂层中,第一掺杂元素的原子百分比含量为1.56%~4.69%,第二掺杂元素的原子百分比含量为1.56%~4.69%。该发明同时形成的镀掺杂有al、cr元素的dlc,而且基体为硬质合金、各类钢材、铝合金、镁合金等特殊基体,对界面匹配性要求较高。
技术实现要素:
本发明的目的是为了克服现有技术存在的dlc与含硅基材的结合力差的问题,提供一种电子产品壳体及其制备方法。
为了实现上述目的,本发明一方面提供一种电子产品壳体,该壳体包括基材、设于基材表面的铝铬过渡层和设于铝铬过渡层表面的类金刚石层。
本发明第二方面提供一种电子产品壳体的制备方法,包括以下步骤:
(1)在真空条件下通入氩气,将铝铬靶材沉积在基材表面,以在基材表面形成铝铬过渡层;
(2)在真空条件下通入氩气,将碳源沉积在铝铬过渡层表面,以在铝铬过渡层表面形成类金刚石层。
本发明第三方面提供一种上述方法制备的电子产品壳体。
通过上述技术方案,本发明可降低dlc应力,改善其物理力学性能,并保持dlc本身良好的高硬度特性,进而提高了dlc与含硅基材之间的结合力。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种电子产品壳体,该壳体包括基材、设于基材表面的铝铬过渡层和设于铝铬过渡层表面的类金刚石层。
在本发明中,发明人发现如果单独用铝作为过渡层,由于铝的本身的性质比较软,使得铬跟基材(例如玻璃)结合效果不好,而选用铝铬合金,铝铬合金的物理性能介于铝与铬之间,硬度也介于铬和铝之间,因此,铝铬合金更适合做过渡层。
在发明中,所述铝铬过渡层中铝和铬元素的原子含量比为3∶7-5∶5,可以进一步提高dlc与含硅基材之间的结合力。
本发明中,铝铬合金的厚度可以在较宽的范围内进行选择,优选的,综合考虑基材与铝铬合金层以及铝铬合金与dlc层之间的结合以及dlc层的硬度,所述铝铬合金层的厚度为10-40nm。
在本发明中,类金刚石层可以为本领域中各种常规的类金刚石层。例如,所述类金刚石层可以由甲烷和石墨形成。优选情况下,所述类金刚石层的厚度为1-2μm。
在本发明中,基材可以为本领域中各种常规的基材。例如,所述基材可以为含硅基材。优选情况下,所述含硅基材可以为玻璃或陶瓷。
本发明还提供了一种电子产品壳体的制备方法,包括以下步骤:
(1)在真空条件下通入氩气,将铝铬靶材沉积在基材表面,以在基材表面形成铝铬过渡层;
(2)在真空条件下通入氩气,将碳源沉积在铝铬过渡层表面,以在铝铬过渡层表面形成类金刚石层。
本发明的一种优选实施方式,在步骤(1)之前,还包括基材的有机溶剂清洗步骤。优选情况下,所述基材为含硅基材;更优选地,所述含硅基材为玻璃或陶瓷。
本发明的一种优选实施方式,在步骤(1)之前,还包括在真空条件下通入氩气,对基材表面和铝铬靶材表面分别进行离子清洗,实现基材表面轰击清洗,表面粗糙化以及铝铬靶材表面的轰击清洗。优选情况下,该实施方式可以在基材的有机溶剂清洗步骤,经干燥后进行。
优选情况下,所述清洗镀底层膜条件为:温度为70-110℃,离子清洗的压力为1×10-3-10×10-3pa,时间为5-50min。
在本发明中,离子源可以为本领域中各种常规的离子源。例如,所述离子源可以为射频离子源或线性离子源,其工作电压为2.0-5.0kv,离子束流为60-80ma。
在本发明中,步骤(1)中,将铝铬靶材溅射到所述基材表面以进行铝铬过渡层的沉积镀膜,实现铝铬过渡层与含硅基材表面之间的良好结合。
在本发明中,影响溅射成膜速度和质量的因素包括温度、真空度、氩气流量、溅射气压、溅射功率和沉积时间等。优选情况下,所述铝铬靶材的溅射镀膜条件为:温度为70-110℃,氩气流量为400-500sccm,溅射气压为1×10-3-10×10-3pa,溅射功率8-9kw,沉积时间为5-50min。
在本发明,所述铝铬过渡层中铝和铬元素的原子含量比为3∶7-5∶5,可以进一步提高dlc与含硅基材之间的结合力。
本发明中,铝铬合金的厚度可以在较宽的范围内进行选择,优选的,综合考虑基材与铝铬合金层以及铝铬合金与dlc层之间的结合以及dlc层的硬度,所述铝铬合金层的厚度为10-40nm。
在本发明中,为实现铝铬过渡层与类金刚石层之间良好的结合,步骤(2)中,将碳源沉积在铝铬过渡层表面的条件为:温度为70-110℃,沉积的压力为0.1-0.5pa,沉积时间为5-50min。
在本发明中,碳源可以为本领域中各种常规的碳源。例如,所述碳源可以为甲烷和石墨。
本发明还提供一种上述方法制备的电子产品壳体。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中:
在没有特别说明的情况下,所用原料均采用市售产品。
实施例1
电子产品壳体的制备方法,工件所用的基材为玻璃手机后壳,所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为5∶5),包括以下步骤:
(1)将玻璃手机后壳采用乙醇进行超声波清洗,然后用去离子水洗去玻璃手机后壳表面的残留,并在真空环境下烘干;
(2)将玻璃手机后壳放到工件转架上,对机台进行抽真空,压力应低于3.0×10-3pa;
(3)将氩气充入机台中,打开转架,在气体稳定后,打开射频离子源,以工作电压为3.0kv,离子束流为70ma,工作时间为20min,温度为80℃,对玻璃手机后壳表面和铝铬靶材表面进行离子清洗;
(4)气源持续供气,氩气流量为400sccm,保持充气稳定,开启铝铬靶材的中频溅射电源,以溅射压力为0.008pa,溅射功率为9kw,采用中频溅射镀膜对玻璃手机后壳表面进行铝铬膜的沉积,温度为80℃,沉积时间15min,得到铝铬合金膜厚为25nm;
(5)通入ch4气体,调节氩气环境压力为0.3pa,关闭铝铬靶材溅射电源,只保留石墨靶作为碳源,开始沉积类金刚石膜(dlc)镀膜,温度为80℃,沉积时间为30min,关闭石墨靶,完成掺杂铝铬合金的dlc复合膜的沉积,停止通入氩气,停止转架转动,关闭气路,封闭工作腔,等待工件降温到45℃后取出,制得电子产品壳体,其中掺杂铝铬合金的dlc复合膜厚度为2μm。
实施例2
电子产品壳体的制备方法,工件所用的基材为玻璃手机后壳,所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为5∶5),包括以下步骤:
(1)将玻璃手机后壳采用乙醇进行超声波清洗,然后用去离子水洗去玻璃手机后壳表面的残留,并在真空环境下烘干;
(2)将玻璃手机后壳放到工件转架上,对机台进行抽真空,压力应低于3.0×10-3pa;
(3)将氩气充入机台中,打开转架,在气体稳定后,打开射频离子源,以工作电压为2.0kv,离子束流为65ma,工作时间为25min,温度为100℃,对玻璃手机后壳表面和铝铬靶材表面进行离子清洗;
(4)气源持续供气,氩气流量为450sccm,保持充气稳定,开启铝铬靶材的中频溅射电源,以溅射压力为0.005pa,溅射功率为8kw,采用中频溅射镀膜对玻璃手机后壳表面进行铝铬膜的沉积,温度为100℃,沉积时间30min,得到铝铬合金膜厚为35nm;
(5)通入ch4气体,调节氩气环境压力为0.3pa,关闭铝铬靶材溅射电源,只保留石墨靶作为碳源,开始沉积类金刚石膜(dlc)镀膜,温度为100℃,沉积时间为20min,关闭石墨靶,完成掺杂铝铬合金的dlc复合膜的沉积,停止通入氩气,停止转架转动,关闭气路,封闭工作腔,等待工件降温到45℃后取出,制得电子产品壳体,其中掺杂铝铬合金的dlc复合膜厚度为2μm。
实施例3
电子产品壳体的制备方法,工件所用的基材为玻璃手机后壳,所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为5∶5),包括以下步骤:
(1)将玻璃手机后壳采用乙醇进行超声波清洗,然后用去离子水洗去玻璃手机后壳表面的残留,并在真空环境下烘干;
(2)将玻璃手机后壳放到工件转架上,对机台进行抽真空,压力应低于3.0×10-3pa;
(3)将氩气充入机台中,打开转架,在气体稳定后,打开射频离子源,以工作电压为5.0kv,离子束流为80ma,工作时间为10min,温度为90℃,对玻璃手机后壳表面和铝铬靶材表面进行离子清洗;
(4)气源持续供气,氩气流量为500sccm,保持充气稳定,开启铝铬靶材的中频溅射电源,以溅射压力为0.003pa,溅射功率为8kw,采用中频溅射镀膜对玻璃手机后壳表面进行铝铬膜的沉积,温度为90℃,沉积时间45min,得到铝铬合金膜厚为40nm;
(5)通入ch4气体,调节氩气环境压力为0.3pa,关闭铝铬靶材溅射电源,只保留石墨靶作为碳源,开始沉积类金刚石膜(dlc)镀膜,温度为90℃,沉积时间为10min,关闭石墨靶,完成掺杂铝铬合金的dlc复合膜的沉积,停止通入氩气,停止转架转动,关闭气路,封闭工作腔,等待工件降温到45℃后取出,制得电子产品壳体,其中掺杂铝铬合金的dlc复合膜厚度为1μm。
实施例4
按照实施例1的方法制备电子产品壳体,不同的是,所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为3∶7),制得电子产品壳体,其中铝铬合金膜厚为35nm,掺杂铝铬合金的dlc复合膜厚度为1μm。
实施例5
按照实施例1的方法制备电子产品壳体,不同的是,所用靶材为铝铬靶材(铝元素与铬元素的原子含量比为5∶7),制得电子产品壳体,其中铝铬合金膜厚为35nm,掺杂铝铬合金的dlc复合膜厚度为1μm。
实施例6
按照实施例1的方法制备电子产品壳体,不同的是,缺少将玻璃手机后壳采用乙醇进行超声波清洗,然后用去离子水洗去玻璃手机后壳表面的残留,并在真空环境下烘干的步骤,制得电子产品壳体,其中铝铬合金膜厚为35nm,掺杂铝铬合金的dlc复合膜厚度为2μm。
对比例1
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体,不同的是,所用靶材为铝靶材,制得电子产品壳体,其中铝铬合金膜厚为15nm,,类金刚石复合膜厚度为2μm。
对比例2
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体,不同的是,铝铬合金膜厚为8nm,制得电子产品壳体。
对比例3
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体,不同的是,铝铬合金膜厚为55nm,制得电子产品壳体。
对比例4
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体,不同的是,碳源为甲烷和乙炔,制得电子产品壳体,其中铝铬合金膜厚为15nm,,类金刚石复合膜厚度为1μm。
对比例5
按照实施例1的方法进行制备电子产品壳体,不同的是,开启铝铬靶材的中频溅射电源,同时通入ch4气体,获得cr/al多元复合类金刚石涂层,制得电子产品壳体,其中cr/al多元复合类金刚石涂层厚度为10nm。
测试例
1、振动摩擦测试
设备型号:振动耐磨试验机r180/530te-30;
设备频率:50±0.5hz;
设备振幅:p1~p6点振幅均值1.65±0.1mm。
具体测试步骤如下:
a、准备3份rkf10k(黄色圆锥体)和1份rkk15p(绿色棱锥体),共约15l,加入到振动摩擦设备(rosler)研磨槽内;
b、用移液管吸取fc12010ml,并加水到500ml,加入研磨槽内;
c、加入0.5l水到研磨槽内;测试过程中每隔30min加水0.5l,fc12010ml;
d、实施例1-6的样品和对比例1-5的样品分别安装在整机上,放入振动摩擦测试设备进行测试,测试2小时。
经测试,实施例1的测试结果为:无明显划伤;
实施例2的测试结果为:无明显划伤;
实施例3的测试结果为:无明显划伤;
实施例4的测试结果为:无明显划伤;
实施例5的测试结果为:无明显划伤;
实施例6的测试结果为:无明显划伤;
对比例1的测试结果为:有一点点划伤;
对比例2的测试结果为:有一点点划伤;
对比例3的测试结果为:有一点点划伤;
对比例4的测试结果为:有一点点划伤;
对比例5的测试结果为:有一点点划伤。
实验说明,单独镀铝和镀铝铬合金膜的厚度可使膜层附着和强度受到影响。
2、摩擦系数测试
测试方法:gb10006-88;
测试仪器:摩擦系数仪mxd-02,载荷200g+/-20g(原有载荷固体重量+固体下方垫聚氨酯人造皮+天平用纸);天平用纸型号:parapin(中),编号:1-4560-02。
评价标准:动摩擦系数基本标准≤0.05,优秀标准≤0.03。
经测试,实施例1的测试结果为:0.022;
实施例2的测试结果为:0.025;
实施例3的测试结果为:0.023;
实施例4的测试结果为:0.026;
实施例5的测试结果为:0.028;
实施例6的测试结果为:0.030;
对比例1的测试结果为:0.041;
对比例2的测试结果为:0.045;
对比例3的测试结果为:0.043;
对比例4的测试结果为:0.048;
对比例5的测试结果为:0.065;
实验结果说明,实施例1-6的摩擦系数测试结果明显比对比例1-5的结果更好。
3、维氏硬度测试
测试仪器:显微维氏硬度计,选择金刚石正四棱锥压头,压力f=0.3kgf,保压10s,测试金属表面。具体测试步骤如下:
a、试验前检查外观无异常,无变色、气泡、裂口、脱落等,并用无尘布将样品表面擦拭干净;
b、将样品平放在维氏硬度计载物台上,调整高度,在400x显微镜下聚焦,直至清晰看到样品表面,选择测试参数压力f=0.3kgf,保压10s进行测试,在400x-500x倍数下测试压痕对角长度l1和l2;
c、每个样品测试3个位置,计算平均值l1和l2,带入公式计算hv值hv=0.1891×0.3×9.8/((l1+l2)/2)^2;
经测试,实施例1的测试结果为:1935hv0.05;
实施例2的测试结果为:1935hv0.05;
实施例3的测试结果为:1860hv0.05;
实施例4的测试结果为:1890hv0.05;
实施例5的测试结果为:1900hv0.05;
实施例6的测试结果为:1900hv0.05;
对比例1的测试结果为:1705hv0.05;
对比例2的测试结果为:1850hv0.05;
对比例3的测试结果为:1800hv0.05;
对比例4的测试结果为:1700hv0.05;
对比例5的测试结果为:1553hv0.05。
实验结果说明,实施例1-6的维氏硬度测试结果明显比对比例1-5的结果更好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。