改善铝薄膜粘附的方法
【专利说明】改善铝薄膜粘附的方法
MM
[0001]本披露总体上涉及铝薄膜和用于沉积铝薄膜的方法。具体是，描述了用于改善沉积的铝薄膜的粘附的多种方法。
背景
[0002]电镀是一种在工业中广泛用于在零件上提供具有所希望的物理品质的金属涂层的方法。例如，电镀涂层可以对零件的表面提供耐磨损及耐磨性、腐蚀保护及美学品质。电镀涂层也可以被用于在尺寸不足的零件上增加厚度。
[0003]铝衬底，特别地，可能是难以电镀的，因为当暴露于空气或水时铝表面迅速得到一个氧化物层，并且因此倾向于抑制电沉积的薄膜的良好粘附。另外，由于铝是更阳极的金属之一，在暴露于电镀溶液过程中，存在形成不令人满意的浸渍沉积物的倾向，这可能会导致不连续的电镀或电镀过程的失败。此外，如果电镀一个铝薄膜，电镀方法通常涉及将纯铝金属电镀到衬底上。虽然纯铝具有有序的微结构和良好的美学特性，但是它是较软的并且容易被刮擦。因此，当耐久性是电镀薄膜的所希望特征时，在工业应用中存在电镀铝的重大挑占戈。
SM
[0004]本文描述了涉及具有改善的粘附的铝薄膜的各种实施例。
[0005]根据一个实施例，描述了一种用于在铝衬底的表面上形成保护涂层的方法。该方法包括在该铝衬底的表面上形成一个促粘附层。该促粘附层具有多个空腔，这些空腔具有取向基本上垂直于该铝衬底的表面的侧壁。该促粘附层是与随后的阳极氧化处理化学上相容的。该方法还包括在该促粘附层上沉积一个铝层。该铝层具有多个布置在该促粘附层的相应空腔内的锚定部分。这些锚定部分与该促粘附层的侧壁啮合，抵抗施加到该铝层上的剪切力，将该铝层固定到该促粘附层上。
[0006]根据一个附加的实施例，描述了一种用于在衬底上形成铝层的方法。该方法包括在该衬底上形成一个氧化铝粘附层。该氧化铝粘附层具有多个由多个相应的孔壁限定的孔。该方法还包括在该形成过程中，通过同时允许这些孔壁生长和溶解这些孔壁控制该氧化铝粘附层的平均孔径，使得该平均孔径足够大，以允许在随后的铝层沉积工艺过程中在其中形成铝材料。该方法还包括在该氧化铝粘附层上沉积该铝层。在该沉积过程中，在至少一部分相应的孔内形成该铝层的锚定部分。这些锚定部分与这些孔壁啮合，抵抗施加到该铝层上的剪切力，将该铝层固定到该氧化铝层上。
[0007]根据另一个实施例，描述了一种用于铝衬底的复合涂层。该复合涂层包括一个布置在该铝衬底上的第一氧化铝层。该第一氧化铝层具有第一硬度。该复合涂层还包括一个设置在该第一氧化铝层上的第二氧化铝层。该第二氧化铝层比该第一氧化铝层更光学透明。该第一氧化铝层被整体地结合到该第二氧化物层上。
附图简要说明
[0008]所描述的实施例及其优点可以通过参考以下描述结合附图来最好地理解。这些图绝不以形式和细节限制由本领域技术人员在不脱离所描述的实施例的精神和范围下可能对所描述实施例做的任何改变。
[0009]图1A-1C示出了经历预处理的零件的截面图，该预处理涉及阳极氧化处理以改善沉积的铝层的粘附。
[0010]图2A和2B示出了包括使用磷酸阳极氧化处理形成的氧化铝粘附层的零件的截面扫描电子显微镜(SEM)图。
[0011]图3A-3C示出了经历预处理的零件的截面图，该预处理涉及浸锌(zincating)处理以改善沉积的铝层的粘附。
[0012]图4A-4C示出了经历预处理的零件的截面图，该预处理涉及表明粗化处理以改善沉积的铝层的粘附。
[0013]图5A-5C示出了经历铝沉积和阳极氧化处理(其中衬底的一部分被阳极氧化)零件的截面图。
[0014]图6示出一个表明高级工艺的流程图，该工艺涉及衬底预处理以改善沉积的铝层的粘附。
[0015]图7示出适用于电镀一些零件的一个电镀架组件。
详细说明
[0016]在本部分中描述了根据本申请的方法和装置的代表性应用。提供这些实施例仅是为了加入上下文并有助于理解所描述的实施例。因此，本领域技术人员将清楚的是所描述的实施例可以在没有某些或全部这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，对众所周知的方法步骤没有详细描述，以避免不必要地使所描述的实施例难以理解。其他应用也是可能的，这样以下实施例不应被视为限制性的。
[0017]本申请涉及铝薄膜以及在衬底上提供铝薄膜。如在此所使用的，术语“薄膜”和“层”可互换地使用。除非另有说明，如在此所使用的，“铝”和“铝层”可以指任何合适的含铝材料，包括纯铝，铝合金或铝混合物。如在此所使用的，“纯”或“几乎纯的”铝通常是指相比铝合金或其他铝混合物具有更高百分比的铝金属的铝。这些铝薄膜非常适合于对消费产品同时提供保护性和有吸引力的层。例如，在此所描述的方法可被用于为电子器件的外壳和壳体提供保护性和美学上吸引人的涂层。
[0018]在此所描述的是用于改善沉积的铝层在衬底上的粘附的方法。在此描述的方法可以用于改善铝层到衬底上的粘附而无需使用冲击性(strick)层。方法涉及在沉积铝层之前衬底的预处理。预处理在衬底上提供了具有间隙或空腔的三维表面，这些间隙或空腔能够作为将该铝层固定到该衬底上的锚定区域。在一些实施例中，方法涉及在沉积铝之前在衬底上提供一个薄氧化铝粘附层。在一些实施例中，方法涉及在沉积铝之前在衬底上提供一个浸锌层。在一些实施例中，方法涉及在沉积铝之前使衬底表面粗化。一些实施例涉及两种或更多种衬底预处理的组合。
[0019]这些和其他实施例将在下面参照图1-7进行讨论。然而，本领域的技术人员将容易理解，关于这些附图在此所给出的详细说明仅是为了说明的目的并且不应该被解释为是限制性的。
[0020]如上所述，可能难以在铝衬底上沉积，因为当暴露于空气或水时，铝衬底快速得到一个自然的氧化物层。该自然的氧化物层可以抑制许多金属材料(如铝)到铝衬底的表面上的粘附。用于提供更好的粘附的常规方法包括形成一个镀铜或镀镍的薄层，被称为冲击性物或冲击性层。冲击性层通常对铝衬底以及还有随后沉积的铝层具有良好的粘附。然而，使用冲击性层可能存在几个缺点。例如，一个冲击性层可以使零件在电镀过程中更容易受到电化腐蚀。具体地，如果刮擦了外部涂层，暴露了电镀的铝层(以及有可能铝衬底)紧邻的冲击性层，则不同材料的暴露可以在该零件上产生一个原电池。这可能增加随后电镀的和阳极氧化的零件上腐蚀的风险。
[0021]此外，也可能存在使用冲击性层的制造挑战。在一些制造方法中，利用阳极氧化处理将整个铝层转化为氧化铝。在阳极氧化处理过程中，该冲击性层可能在局部地区被暴露，从而产生遍及该零件的不同的电流密度分布。铝层的局部较薄区域可整个更快成为阳极氧化的，从而导致具有遍及零件的不同厚度的阳极氧化层。此外，来自冲击性层的材料可能污染阳极氧化浴并在所得氧化铝中产生缺陷。为了避免在这些过程中暴露该冲击性层，可以在该衬底与氧化铝层之间安置一个镀铝的缓冲层。然而，该缓冲层可能增加该总的铝和氧化铝叠层的厚度。
[0022]为了避免达到该冲击性层，可以将铝缓冲层留在该冲击性层与该铝层的其余部分之间。由于铝层的厚度可以是遍及零件可变化的(由于电流密度的变化)，缓冲层的厚度通常由遍及该零件最小的厚度决定。使用缓冲层的缺点之一是它可对该铝和氧化铝叠层增加不希望的额外厚度。此外，如果在阳极氧化处理过程中，氧化铝层生长得太接近或超出了该铝层的厚度，则阳极氧化溶液可能接触该冲击性层并与之反应。反应产物可能污染该阳极氧化溶液并且导致在所得氧化铝层中的缺陷。至少由于这些原因，可能有利的是在某些应用中避免使用冲击性层。然而，可能难以将铝直接电镀到衬底上，因为在电镀过程中铝通常不很好地粘附到衬底上，尤其当电镀纯的或几乎纯的铝时。此外，