专利名称：镁合金表面处理方法及其制品的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种用来提高镁合金的硬度、耐磨性及抗腐蚀性的表面处理方法及由此方法所制得的镁合金制品。
技术背景镁合金具有质轻、常温机械性佳、电磁屏蔽性及抗震性能佳等优点，近年来引起工业界及学术界极大的关注，特别是在需要减轻重量的应用领域，如笔记型电脑外壳及手机外壳等，不过镁合金虽然具有上述优点，但也面临着硬度、耐磨性及抗腐蚀性不佳的缺点，从而使镁合金的应用受到限制。
由于存在上述缺点，用镁合金制成的零组件常需要通过表面处理或表面改质来改善其硬度及耐磨性，业界多选择在其外表面镀上一薄膜的方法，因为这种方法对于工件的尺寸不会有太大影响。
氮化钛(TiN)是现今极为普遍使用的一种薄膜材料，其以极优异的耐磨性、高强度、抗腐蚀性及良好的热传导性而著称，并被广泛使用于刀具及模具中。所以，如果将氮化钛薄膜应用于镁合金上，将克服镁合金的缺点，从而使镁合金获得更为广泛的使用。
虽然氮化钛薄膜的使用可克服镁合金的缺点，但是，二者的附着性并不是很好，如果直接将氮化钛薄膜附着在镁合金表面，在受外力作用时，氮化钛薄膜很容易从镁合金表面脱落，达不到使用的效果。
发明内容本发明的目的在于提供一种将氮化钛稳固地镀在镁合金件表面，用来提高镁合金的硬度、耐磨性及抗腐蚀性的表面处理方法及由此方法所制得的镁合金制品。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的本发明镁合金表面处理方法及其制品主要是在一镁合金件表面先镀上一钛薄膜中间层，然后再将氮化钛镀在该钛薄膜上，从而将氮化钛稳固地镀在镁合金表面上。
本发明的优点在于利用中间的钛薄膜将氮化钛稳固地镀在镁合金件表面上，使所得的镁合金制品具有镁合金及氮化钛的特性。
图1是本发明镁合金表面处理方法的溅镀流程图。
图2是本发明镁合金表面处理方法中镁合金件前处理流程图。
具体实施方式
请参照图1及图2，本发明镁合金表面处理方法是利用中间的钛薄膜将氮化钛稳固地镀在镁合金件表面，其包括以下步骤步骤一、准备设备及材料本发明至少需要一磁控直流溅镀机、一镁合金件及一钛金属靶材。该溅镀机包括一真空系统、一溅镀室、一磁控系统、一气体输入系统及一冷却系统，该真空系统是用来调控溅镀室内的气压，该溅镀室包括一装载台、一预溅镀挡板、一阴极及一磁控盘。该磁控系统是通过一永磁铁设在磁控盘内形成，该永磁铁在磁控盘附近形成一磁场以增加该磁场内粒子间的碰撞机会。该气体输入系统包括一质流控制器，用来控制输入气体的流量。该冷却系统用来冷却靶材及磁控盘，以避免两者因为温度过高而损坏。
步骤二、对镁合镁合金件进行表面前处理镁合金件的表面前处理是薄膜沉积制程中最为基本的步骤，其主要目的是为了去除镁合金件表面所附着的油脂、废料及有机物等杂物，以提高镀膜时的附着力，减少膜的针孔现象。
本发明镁合金表面处理方法之镁合金件的表面前处理包括以下步骤脱酯洗净→水洗-→酸洗→水洗→干燥。
首先对镁合金件进行预脱酯洗净，用强蚀性酸溶剂去除镁合金件表面的油渍污染物，大面积破坏油渍与镁合金件的键接，然后对镁合金件进行主脱酯洗净，用缓和性溶液去除镁合金件表面的油渍污染，但不得损伤镁合金件表面本身。接下来进行水洗，以将镁合金件表面残留的脱酯溶剂及污染彻底洗掉。然后进一步用酸溶液洗涤镁合金件，来调整镁合金件表面的活化性，中和表面残留溶液性质。接着再进行水洗，将该镁合金件表面残留的酸液与污染物洗掉。最后干燥镁合金件，等待后续工序的进行。
步骤三、在镁合金件表面镀一钛薄膜在磁控直流溅镀机内，将钛靶材装设在磁控盘上方，将镁合金件装设在溅镀室内的装载台上，并保持钛靶材与镁合金件间的距离为15～50cm，并用预溅镀挡板将钛靶材与镁合金件隔开。启动真空系统，将溅镀室内的气压抽到3×10-5～8×10-5Torr的真空度，加热镁合金件，使镁合金件的温度保持在300℃左右，通过气体输入系统输入纯度为99.999％的氩气，并通过质流控制器控制氩气的流量为4～7.5s.c.c.m，以保持溅镀室内具有2×10-3～5×10-3Torr的真空度，接着为溅镀机的阴极加上一350～550V电压，使钛靶材与镁合金件间形成一高压电场，另外，由于磁控系统的作用，钛靶材表面附近形成一磁场。位于钛靶材与镁合金间的氩气体中的游离电子在电场作用下与氩气体的分子及原子碰撞，并使该等分子及原子产生解离、离子化及激发等反应。解离后产生的电子又被电场加速，进一步引发其它分子及原子的离子化过程，从而产生更多的离子及电子，如此连锁反应将产生大量的离子及电子，这些离子及电子经电场加速后而获得高能量，并撞向钛靶材，而将钛靶材表面的原子敲击出来并向外溅射，而且，由于靶材表面附近具有磁场，进入磁场内的离子及电子在电场及磁场共同作用下作螺旋状运动，从而进一步增加此区域内的氩气分子因碰撞而离子化的机会，从而使更多的离子撞击钛靶材并溅射出更多的钛原子。此时，由于镁合金件与钛靶材间设有挡板，从靶材溅射出来的钛原子并不能到达镁合金件表面，这时，如果钛靶材表面含有杂物，则通过上述过程以可把这些杂物去除，也就是对钛靶材进行预溅镀。在对镀钛靶材预溅镀30分钟后移开挡板，这时，从钛靶材表面溅射出来的钛原子将传递到镁合金件表面，这些钛原子到达镁合金件表面后，由于本身具有较高的动能，将轰击镁合金件表面，并进一步去除经表面前处理后仍残留在镁合金件表面的杂物和加热镁合金件，从而提高镁合金件表面的附着性。上述钛原子在轰击镁合金件的同时又可为镁合金件吸收而沉积到镁合金件表面，从而形成一钛薄膜，此过程便是镁合金件的溅镀，溅镀60分钟后，镁合金件表面将形成一厚度为0.2～0.5μm的钛薄膜。
步骤四、在镁合金件表面形成一层氮化钛薄膜在镁合金件表面镀上钛薄膜後，使气体输入系统同时输入纯度为99.999％的氩气和氮气，且控制氩气与氮气的流量分别为1～2s.c.c.m和3～6s.c.c.m，并保持溅镀室内具有1×10-3～3×10-3Torr的真空度。钛靶材表面的原子由于继续受轰击而向外溅射，溅射出来的钛原子与氮气接触而发生化学反应形成氮化钛并沉积到镁合金件的钛薄膜上，从而在钛薄膜上形成一氮化钛薄膜，当溅镀2小时后停止溅镀，镁合金件将在钛镀膜的基础上形成一厚度为1～3μm的氮化钛薄膜，冷却后即可取出该镁合金件。上述溅镀过程中，冷却系统在溅镀机工作时可带走磁控盘内永磁铁及钛靶材多余的热量，不致由于系统温度过高而损坏。
通过上述方法所形成的镁合金制品不仅具有质轻、常温机械性佳、电磁屏蔽性及抗震性能佳等镁合金的特性，而且具有极优异的耐磨性、高强度、抗腐蚀性及良好的热传导性等氮化钛的特性，另外，氮化钛呈金黄色，通过控制氮化钛薄膜的厚度，可使镁合金制品表面呈现由浅至深不同金黄色泽的外观。
本发明在镀钛之前，也可先通过氩离子清洗镁合金件表面，因经此过程后，可使镁合金件表面产生附着力更好的镀膜。
另外，由于溅镀可以同时实现极佳的沉积效率、大尺寸的沉积厚度控制、精确的成分控制及较低的制造成本，所以，上述本发明的较佳实施例中采用溅镀方法来镀钛及氮化钛。但是，如果其它镀膜方法可实现本发明相同效果时，也可采用其它镀膜方法，如电浆离子镀膜法或电弧蒸镀法。
权利要求
1.一种镁合金表面处理方法，用来将氮化钛稳固地镀在一镁合金件表面，其包括以下步骤在镁合金件表面镀一钛金属薄膜；在钛薄膜上形成一氮化钛薄膜。
2.如权利要求1所述的镁合金表面处理方法，其特征在于所述镁合金表面处理方法还包括一表面前处理步骤，即在镀钛之前先对镁合金件进行表面脱脂、酸洗及水洗等处理过程。
3.如权利要求1所述的镁合金表面处理方法，其特征在于所述镁合金表面处理方法是在一腔室内进行的，该腔室内放有镁合金件及钛靶材，该钛靶材与镁合金件间具有350～550V的电压。
4.如权利要求3所述的镁合金表面处理方法，其特征在于镀钛时，在腔室内输入氩气，位于镁合金件和钛靶材间的氩气在电场的作用下电离，产生的氩离子轰击钛靶材而溅射出钛原子，钛原子传送并沉积到镁合金件表面从而形成该钛薄膜。
5.如权利要求4所述的镁合金表面处理方法，其特征在于在钛薄膜形成后，在腔室内同时输入氩气与氮气，钛靶材仍受氩气离子轰击而继续溅射出钛原子，钛原子和氮气发生化学反应而形成氮化钛并沉积到钛薄膜表面，从而形成该氮化钛薄膜。
6.如权利要求3所述的镁合金表面处理方法，其特征在于镀钛前，将腔室内的气压抽到3×10-5～8×10-5Torr的真空度。
7.如权利要求6所述的镁合金表面处理方法，其特征在于镀钛时，输入的氩气流量为4～7.5s.c.c.m，腔室内具有2×10-3～5×10-3Torr的真空度。
8.如权利要求5所述的镁合金表面处理方法，其特征在于镀氮化钛时，输入的氩气流量为1～2s.c.c.m与氮气流量为3～6s.c.c.m，腔室内具有1×10-3～3×10-3Torr的真空度。
9.如权利要求3所述的镁合金表面处理方法，其特征在于该腔室为一溅镀机的溅度室。
10.一种通过权利要求1所述的镁合金表面处理方法制得的镁合金制品，包括一镁合金层；一氮化钛层；一位于镁合金层与氮化钛层间的钛金属层。
全文摘要
一种镁合金表面处理方法及其制品，主要是在一镁合金件表面先镀上一钛薄膜中间层，然后通过该钛薄膜中间层将氮化钛稳固地镀在镁合金表面上，而使所得的镁合金制品具有镁合金及氮化钛的特性。
文档编号C23C14/06GK1712553SQ20041002775
公开日2005年12月28日 申请日期2004年6月15日 优先权日2004年6月15日
发明者颜士杰 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司