专利名称：铬合金靶材及具有硬质薄膜的金属材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及靶材及其应用，且特别涉及能产生高硬度薄膜的铬合金靶材及其在金属材料上的应用。
背景技术：
在金属基材上覆盖硬质薄膜所形成的金属材料可应用在相当广泛的领域中。以日常生活中常见的手持式产品(如手机、音乐播放器(如Mp3播放器)、录音产品、全球定位系统及个人数字助理(PDA))为例，在追求高质感与品味的需求下，手持式产品的外壳常会以上述的金属材料加以制造。例如，近年来蓬勃发展的手机市场，常见以铝镁合金镀上一层硬质薄膜的方法来制造手机的外壳，藉此突显手机本身的质感。然而，随着上述金属材料的硬质薄膜受到坚硬物体的摩擦或碰撞而脱落，以上述金属材料制造的手持式产品的外观将失去原有的质感，所以金属材料的硬质薄膜的硬度值大小会与产品外表的质感息息相关。此外，在其它需要耐磨耗的产品中，硬度值亦关系到该产品的使用寿命。在现有技术中，常见制造耐磨耗的硬质薄膜的方法之一是同时采用反应性溅射及共溅射两种技术来沉积硬质薄膜到金属基材上。上述的公知主要缺点在于，由于同时使用两种不同的靶材进行溅射，故溅射用的腔体结构非常复杂；由于采用反应性溅射，故其产生的硬质薄膜质量不稳定；且其厚度为3微米时，维氏硬度(Vickers Hardness)值约为 Hv600，仍稍嫌偏低。此外，其它制造硬质薄膜的现有技术的缺点包括，需要添加除了氩气以外的额外气体至溅射用的腔体中，容易污染非硬质薄膜的沉积区域，造成产品合格率降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供铬合金靶材及由此铬合金靶材获得的金属材料，其中铬合金靶材由铬及硅组成，且仅需使用单一靶材及物理气相溅射工艺即可产生硬质薄膜，所以其溅射用的腔体结构简单，产生的硬质薄膜质量稳定，且薄膜的维氏硬度值可达 HvSOO以上。此外，本发明不需氩气以外的额外气体，故不会有上述污染非硬质薄膜的沉积区域的问题。根据本发明的实施方案，提供铬硅合金靶材。此铬硅合金靶材由铬及硅组成，其中铬所占的重量百分比为5%至95%，且当经由物理气相溅射工艺所产生的薄膜的厚度大于或等于2微米(μπι)时，上述薄膜的维氏硬度值为HvSOO至Ην1200。根据本发明的另一实施方案，提供铬锗合金靶材。此铬锗合金靶材由铬及锗组成， 其中铬所占的重量百分比为5%至95%，且当经由物理气相溅射工艺所产生的薄膜的厚度大于或等于2微米时，上述薄膜的维氏硬度值为HvSOO至HvlOOO。根据本发明的另一实施方案，提供具有硬质薄膜的金属材料。此具有硬质薄膜的金属材料包含金属基板及铬硅合金薄膜，其中铬硅合金薄膜是由铬硅合金靶材通过物理气
3相溅射工艺形成于上述金属基板的表面，且上述铬硅合金靶材由铬及硅组成，而铬所占的重量百分比为5%至95%。此外，当上述铬硅合金薄膜的厚度大于或等于2微米时，铬硅合金薄膜的维氏硬度值为Hv800至Hvl200。根据本发明的另一实施方案，提供具有硬质薄膜的金属材料。此具有硬质薄膜的金属材料包含金属基板及铬锗合金薄膜，其中铬锗合金薄膜是由铬锗合金靶材通过物理气相溅射工艺形成于上述金属基板的表面，且上述铬锗合金靶材由铬及锗组成，而铬所占的重量百分比为5%至95%。此外，当上述铬锗合金薄膜的厚度大于或等于2微米时，铬锗合金薄膜的维氏硬度值为Ην800至HvlOOO。本发明的优点为，通过单一靶材的使用，除可达到硬质薄膜质量稳定的目的进而提高产品合格率以外，和反应性溅射，物理气相溅射工艺还可以提高生产效率，减少时间成本。
具体实施例方式本发明铬合金靶材的一个实例由铬及硅组成，其中铬所占的重量百分比为5%至 95%。在本发明中，允许存在特定含量的杂质。上述由铬及硅组成的铬硅合金靶材经由物理气相溅射工艺可产生具有纳米(nm)尺度的结构的薄膜。而当上述薄膜的厚度大于或等于2微米时，其维氏硬度值为HvSOO至Hvl200。在利用X光加以检测后可发现，上述方式所形成的薄膜确实具有纳米尺度的结构，故使得薄膜具备高硬度的特性。本发明铬合金靶材的另一实例由铬及锗组成，其中铬所占的重量百分比同样为 5%至95%。此外，在同样经由物理气相溅射工艺处理时，由此铬锗合金靶材所产生的薄膜在厚度大于或等于2微米时，同样具有HvSOO至HvlOOO的维氏硬度值。采用本发明上述两个实例的铬合金靶材形成薄膜时，可采用的物理气相溅射工艺包含直流(DC)式溅射工艺、中频(MF)式溅射工艺、射频(RF)式溅射工艺及磁控管溅射工艺。相较于中频(MF)式溅射工艺及射频式溅射工艺，直流式溅射工艺所采用的机器设备较为简单，故其在设备成本上具有相对的优势。此外，直流式溅射工艺相较于中频(MF)式溅射工艺及射频式溅射工艺，其沉积效率较快，故具有生产效率上的优势。而本发明具有硬质薄膜的金属材料的一个实例，包含金属基板及铬硅合金薄膜。 上述铬硅合金薄膜是由铬硅合金靶材通过物理气相溅射工艺形成于上述金属基板的表面上的，且其中铬硅合金靶材由铬及硅组成，而铬所占的重量百分比为5 %至95 %。此外，当上述铬硅合金薄膜的厚度大于或等于2微米时，铬硅合金薄膜的维氏硬度值为HvSOO至 Hv1200。本发明具有硬质薄膜的金属材料的另一个实例，包含金属基板及铬锗合金薄膜。 上述铬锗合金薄膜是利用由铬及锗组成的铬锗合金靶材通过物理气相溅射工艺形成于上述金属基板的表面上的。铬锗合金靶材中铬所占的重量百分比同样为5%至95%，且当铬锗合金薄膜的厚度大于或等于2微米时，铬锗合金薄膜的维氏硬度值同样为HvSOO至 HvlOOO。上述具有硬质薄膜的金属材料的本发明的另一实例中，金属基板的材料可为不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、钛合金或上述材料的任意组合。就重量而言，相较于不锈钢及铜合金，铝合金、镁合金及钛合金具有质量轻的优势。然而，就回收难易及制造所消耗的能量而言，不锈钢及铜合金则较其它三材料更具有优势。而在上述具有硬质薄膜的金属材料的另一实例中，为了强化金属基板与铬硅合金薄膜(或铬锗合金薄膜)之间的结合力，可以进一步在金属基板与铬硅合金薄膜之间追加金属薄膜，其中所述金属薄膜的材料可以选自不锈钢、镍合金、钛、锆、铜、镍或铬。与上述本发明的铬合金靶材的两个实例类似，在本发明具有硬质薄膜的金属材料的两个实例中，采用的物理气相溅射工艺可以包括直流式溅射工艺、中频(MF)式溅射工艺、射频式溅射工艺或磁控管溅射工艺。在具有硬质薄膜的金属材料的制备中，先将金属基板放置于物理气相溅射工艺所需的腔体中，接着以靶极溅射本发明的铬硅合金靶材或铬锗合金靶材，从而在金属基板上沉积纳米尺度的结构的薄膜，使得金属基板具备高硬度及高耐磨耗的特性。根据手机业者所提出的需求，为了确保产品的质感以及美观，在高阶产品的定义上，其外壳表面的维氏硬度值需高于Hv800。根据以上所述，本发明的铬硅合金靶材或铬锗合金靶材所产生的硬质薄膜可满足上述要求。而相较于现有技术，本发明所产生的硬质薄膜，在较薄的厚度O微米)即可达到更高的硬度值，故可提升生产的效率。以下则以实施例更具体地说明本发明，但是本发明的范围不受这些实施例限制。实施例一首先制备多个铬硅合金靶材，其中这些铬硅合金靶材中铬含量的重量百分比为 10%至20%。接着制备多个相同的不锈钢金属基板。随后，将不锈钢金属基板置于物理气相沉积溅射腔体中，以直流式磁控靶极分别溅射上述的铬硅合金靶材，分别在对应的不锈钢金属基板的表面上沉积2微米厚的铬硅合金薄膜，获得多个具有硬质薄膜的金属材料。 根据实际测量的结果，在不锈钢金属基板表面上的铬硅合金薄膜的维氏硬度值为Hv890至 Hv980o实施例二首先制备多个铬硅合金靶材，其中这些铬硅合金靶材中铬含量的重量百分比为 35%至45%。接着制备多个相同的不锈钢金属基板。随后，将不锈钢金属基板置于物理气相沉积溅射腔体中，以直流式磁控靶极分别溅射上述的铬硅合金靶材，分别在对应的不锈钢金属基板的表面上沉积2微米厚的铬硅合金薄膜，获得多个具有硬质薄膜的金属材料。 根据实际测量的结果，在不锈钢金属基板表面上的铬硅合金薄膜的维氏硬度值为Hv840至 Hv880o实施例三首先制备多个铬硅合金靶材，其中这些铬硅合金靶材中铬含量的重量百分比为 65%至75%。接着制备多个相同的不锈钢金属基板。随后，将不锈钢金属基板置于物理气相沉积溅射腔体中，以直流式磁控靶极分别溅射上述的铬硅合金靶材，分别在对应的不锈钢金属基板的表面上沉积2微米厚的铬硅合金薄膜，获得多个具有硬质薄膜的金属材料。 根据实际测量的结果，在不锈钢金属基板表面上的铬硅合金薄膜的维氏硬度值为Hv840至 Hv890o实施例四首先制备多个铬硅合金靶材，其中这些铬硅合金靶材中铬含量的重量百分比为 85%至95%。接着制备多个相同的不锈钢金属基板。随后，将不锈钢金属基板置于物理气相沉积溅射腔体中，以直流式磁控靶极分别溅射上述的铬硅合金靶材，分别在对应的不锈钢金属基板的表面上沉积2微米厚的铬硅合金薄膜，获得多个具有硬质薄膜的金属材料。 根据实际测量的结果，在不锈钢金属基板表面上的铬硅合金薄膜的维氏硬度值为HvSlO至 Hv840o 虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可作各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.铬硅合金靶材，由铬和硅组成，其中该铬所占的重量百分比为5%至95%；其中所述铬硅合金靶材当经由物理气相溅射工艺所产生的薄膜的厚度大于或等于2 微米时，该薄膜的维氏硬度值为HvSOO至Hvl200。
2.如权利要求1所述的铬硅合金靶材，其中该物理气相溅射工艺选自由直流式溅射工艺、中频式溅射工艺、射频式溅射工艺及磁控管溅射工艺所组成的群组。
3.铬锗合金靶材，由铬及锗组成，其中该铬所占的重量百分比为5%至95%；其中所述铬锗合金靶材当经由物理气相溅射工艺所产生的薄膜的厚度大于或等于2 微米，该薄膜的维氏硬度值为HvSOO至HvlOOO。
4.如权利要求3所述的铬锗合金靶材，其中该物理气相溅射工艺选自由直流式溅射工艺、中频式溅射工艺、射频式溅射工艺及磁控管溅射工艺所组成的群组。
5.具有硬质薄膜的金属材料，包含金属基板；以及铬硅合金薄膜，其由铬硅合金靶材通过物理气相溅射工艺形成于该金属基板的一个表面上；其中该铬硅合金靶材由铬及硅组成，且该铬所占的重量百分比为5 %至95 % ；其中当该铬硅合金薄膜的厚度大于或等于2微米时，该铬硅合金薄膜的维氏硬度值为 Hv800 至 Hvl200。
6.如权利要求5所述的具有硬质薄膜的金属材料，其中该金属基板的材料选自由不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、钛合金及上述材料的任意组合所组成的群组。
7.如权利要求5所述的具有硬质薄膜的金属材料，还包含介于所述金属基板和所述铬硅合金薄膜之间的金属薄膜；其中该金属薄膜的材料选自由不锈钢、镍合金、钛、锆、铜、镍及铬所组成的群组。
8.如权利要求5所述的具有硬质薄膜的金属材料，其中该物理气相溅射工艺选自由直流式溅射工艺、中频式溅射工艺、射频式溅射工艺及磁控管溅射工艺所组成的群组。
9.具有硬质薄膜的金属材料，包含金属基板；以及铬锗合金薄膜，其由铬锗合金靶材通过物理气相溅射工艺形成于该金属基板的一个表面上；其中该铬锗合金靶材由铬及锗组成，且该铬所占的重量百分比为5 %至95 % ；其中当该铬锗合金薄膜的厚度大于或等于2微米时，该铬锗合金薄膜的维氏硬度值为 Ην800 至 HvlOOO。
10.如权利要求9所述的具有硬质薄膜的金属材料，其中该金属基板的材料选自由不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金及钛合金所组成的群组。
11.如权利要求9所述的具有硬质薄膜的金属材料，还包括介于所述金属基板和所述铬锗合金薄膜之间的金属薄膜；其中所述金属薄膜的材料选自由不锈钢、镍合金、钛、锆、铜、镍及铬所组成的群组。
12.如权利要求9所述的具有硬质薄膜的金属材料，其中该物理气相溅射工艺选自由直流式溅射工艺、中频式溅射工艺、射频式溅射工艺及磁控管溅射工艺所组成的群组。
全文摘要
本发明涉及铬合金靶材及具有硬质薄膜的金属材料。具体而言涉及铬合金靶材，由铬及硅组成，或由铬及锗组成，其中铬所占的重量百分比为5％至95％，且当经由物理气相溅射工艺所产生的薄膜的厚度大于或等于2微米时，上述薄膜的维氏硬度值分别为Hv800至Hv1200及Hv800至Hv1000。上述的靶材可用来产生具有硬质薄膜的金属材料，此金属材料包含金属基板以及铬硅合金薄膜，或包含金属基板以及铬锗合金薄膜。
文档编号C23C14/34GK102251222SQ201010185520
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者李至隆, 董寰乾, 邱军浩 申请人:中国钢铁股份有限公司