阅读说明：本技术 电子产品壳体及其制备方法 (Electronic product shell and preparation method thereof ) 是由 刘玉阳 赵长涛 于 2018-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及材料表面镀膜领域,公开了一种电子产品壳体及其制备方法。所述电子产品壳体包括基材、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。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本身良好的耐腐蚀,高硬度特性,进而提高了DLC与含硅基材之间的结合力。(The invention relates to the field of material surface coating, and discloses an electronic product shell and a preparation method thereof. The electronic product shell comprises a base material, an aluminum-chromium transition layer arranged on the surface of the base material and a diamond-like carbon layer arranged on the surface of the aluminum-chromium transition layer. Through the technical scheme, the stress of the DLC can be reduced, the physical and mechanical properties of the DLC are improved, the good corrosion resistance and high hardness of the DLC are kept, and the binding force between the DLC and the silicon-containing base material is further improved.)

电子产品壳体及其制备方法

技术领域

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。

发明内容

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^{- 3}Pa；

(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^{- 3}pa；

(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^{- 3}pa；

(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RKF 10K(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FC120 10ml，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：GB 10006-88；

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。