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原文传递铝合金轮毂表面磁控溅射镀膜工艺的研究

论文题名：	铝合金轮毂表面磁控溅射镀膜工艺的研究
关键词：	磁控溅射;复合膜层;颜色调控;氮化锆薄膜;铝合金轮毂;电镀工艺
摘要：	目前铝合金轮毂采用的表面处理方式主要有喷漆、电镀与磁控溅射。喷漆工艺处理的铝合金轮毂表面硬度低、耐磨性差、颜色鲜艳度不够，而且色漆的烘干挥发会对空气造成污染。电镀工艺处理的铝合金轮毂，采用的电镀溶液中含有六价铬，镍，镉等对人体有害的元素，废弃溶液的排出会造成水污染。磁控溅射工艺处理的轮毂耐蚀性、耐磨性等方面性能突出，而且无废气、废水排出对环境无污染。但目前磁控溅射工艺制得的轮毂颜色单一，薄膜的制备过程中会产生漏镀、膜基结合力差等问题。如何采用磁控溅射技术，在铝合金轮毂表面制备多色系、装饰性强且性能达国家轮毂标准要求的薄膜成为了亟待研究的问题。　　本研究以在喷有介质漆的铝合金轮毂基体上沉积不同颜色的化合物薄膜为研究对象，以先进的中频非平衡反应磁控溅射技术为手段。得到了制备彩色化合物薄膜的最优工艺及参数。　　通过研究辉光放电清洗、主轰击、基体温度等工艺参数对膜基结合力、薄膜溅射均匀性的影响，调整工艺参数进行试验，分析实验结果表明，化合物薄膜在喷有介质漆的轮毂表面直接溅射会产生漏镀现象，然而在纯金属表层或膜层上溅射化合物薄膜，漏镀现象则会消失;某些纯金属膜层(如纯Zr)与介质漆是不能相结合的。采用多弧离子镀和溅射离子镀技术相结合，在轮毂表面沉积多层复合薄膜。其工艺为，首先采用多弧离子镀技术在轮毂表面沉积一层纯金属过渡膜层，保证了膜层与轮毂的结合力，再利用中频磁控溅射技术在过渡层上沉积一层金属化合物薄膜，解决了直接沉积化合物薄膜产生的漏镀、开裂、膜基结合力差以及着色困难等技术难题。　　通过研究采用中频磁控溅射制备金黄色Al/ZrN复合薄膜的技术，分析了反应气体流量与溅射时间对ZrN膜层色度的影响，得到了制备Al/ZrN复合薄膜的最终工艺参数即:氮气流量为15sccm，溅射时间为3min。并对所制备的薄膜的附着力、耐蚀性、耐热性、膜层硬度等国家规定的性能进行了测试，测试结果满足轮毂装饰性薄膜的要求。　　通过调整溅射金属材料和工艺参数，能够在轮毂表面沉积出几种色系的复合薄膜:银白色Cr/CrN，玫瑰红色Al/ZrCN，黑色Al/ZrC，制备不同色系薄膜满足了汽车轮毂的多样化、时尚化、个性化的要求。　　在镀膜真空室内自行设计了轮毂自转与公转装卡机构，解决了轮毂在溅射过程中被轮缘遮挡的轮辋均匀镀膜的技术难题。　　综上所述，论文研究出了在轮毂表面溅射彩色化合物薄膜的工艺及参数，解决了薄膜在制备过程中产生的漏镀、膜基结合力差、化合物薄膜开裂等问题，制各出了符合国家轮毂标准要求的薄膜，可用于轮毂的工业化生产。
作者：	安广
专业：	机械制造及其自动化
导师：	孙维连
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河北农业大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文