改善鋁薄膜粘附的方法
【專利說明】改善鋁薄膜粘附的方法
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[0001]本披露總體上涉及鋁薄膜和用于沉積鋁薄膜的方法。具體是，描述了用于改善沉積的鋁薄膜的粘附的多種方法。
背景
[0002]電鍍是一種在工業中廣泛用于在零件上提供具有所希望的物理品質的金屬涂層的方法。例如，電鍍涂層可以對零件的表面提供耐磨損及耐磨性、腐蝕保護及美學品質。電鍍涂層也可以被用于在尺寸不足的零件上增加厚度。
[0003]鋁襯底，特別地，可能是難以電鍍的，因為當暴露于空氣或水時鋁表面迅速得到一個氧化物層，并且因此傾向于抑制電沉積的薄膜的良好粘附。另外，由于鋁是更陽極的金屬之一，在暴露于電鍍溶液過程中，存在形成不令人滿意的浸漬沉積物的傾向，這可能會導致不連續的電鍍或電鍍過程的失敗。此外，如果電鍍一個鋁薄膜，電鍍方法通常涉及將純鋁金屬電鍍到襯底上。雖然純鋁具有有序的微結構和良好的美學特性，但是它是較軟的并且容易被刮擦。因此，當耐久性是電鍍薄膜的所希望特征時，在工業應用中存在電鍍鋁的重大挑占戈。
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[0004]本文描述了涉及具有改善的粘附的鋁薄膜的各種實施例。
[0005]根據一個實施例，描述了一種用于在鋁襯底的表面上形成保護涂層的方法。該方法包括在該鋁襯底的表面上形成一個促粘附層。該促粘附層具有多個空腔，這些空腔具有取向基本上垂直于該鋁襯底的表面的側壁。該促粘附層是與隨后的陽極氧化處理化學上相容的。該方法還包括在該促粘附層上沉積一個鋁層。該鋁層具有多個布置在該促粘附層的相應空腔內的錨定部分。這些錨定部分與該促粘附層的側壁嚙合，抵抗施加到該鋁層上的剪切力，將該鋁層固定到該促粘附層上。
[0006]根據一個附加的實施例，描述了一種用于在襯底上形成鋁層的方法。該方法包括在該襯底上形成一個氧化鋁粘附層。該氧化鋁粘附層具有多個由多個相應的孔壁限定的孔。該方法還包括在該形成過程中，通過同時允許這些孔壁生長和溶解這些孔壁控制該氧化鋁粘附層的平均孔徑，使得該平均孔徑足夠大，以允許在隨后的鋁層沉積工藝過程中在其中形成鋁材料。該方法還包括在該氧化鋁粘附層上沉積該鋁層。在該沉積過程中，在至少一部分相應的孔內形成該鋁層的錨定部分。這些錨定部分與這些孔壁嚙合，抵抗施加到該鋁層上的剪切力，將該鋁層固定到該氧化鋁層上。
[0007]根據另一個實施例，描述了一種用于鋁襯底的復合涂層。該復合涂層包括一個布置在該鋁襯底上的第一氧化鋁層。該第一氧化鋁層具有第一硬度。該復合涂層還包括一個設置在該第一氧化鋁層上的第二氧化鋁層。該第二氧化鋁層比該第一氧化鋁層更光學透明。該第一氧化鋁層被整體地結合到該第二氧化物層上。
附圖簡要說明
[0008]所描述的實施例及其優點可以通過參考以下描述結合附圖來最好地理解。這些圖絕不以形式和細節限制由本領域技術人員在不脫離所描述的實施例的精神和范圍下可能對所描述實施例做的任何改變。
[0009]圖1A-1C示出了經歷預處理的零件的截面圖，該預處理涉及陽極氧化處理以改善沉積的鋁層的粘附。
[0010]圖2A和2B示出了包括使用磷酸陽極氧化處理形成的氧化鋁粘附層的零件的截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
[0011]圖3A-3C示出了經歷預處理的零件的截面圖，該預處理涉及浸鋅(zincating)處理以改善沉積的鋁層的粘附。
[0012]圖4A-4C示出了經歷預處理的零件的截面圖，該預處理涉及表明粗化處理以改善沉積的鋁層的粘附。
[0013]圖5A-5C示出了經歷鋁沉積和陽極氧化處理(其中襯底的一部分被陽極氧化)零件的截面圖。
[0014]圖6示出一個表明高級工藝的流程圖，該工藝涉及襯底預處理以改善沉積的鋁層的粘附。
[0015]圖7示出適用于電鍍一些零件的一個電鍍架組件。
詳細說明
[0016]在本部分中描述了根據本申請的方法和裝置的代表性應用。提供這些實施例僅是為了加入上下文并有助于理解所描述的實施例。因此，本領域技術人員將清楚的是所描述的實施例可以在沒有某些或全部這些具體細節的情況下實施。在其他情況下，對眾所周知的方法步驟沒有詳細描述，以避免不必要地使所描述的實施例難以理解。其他應用也是可能的，這樣以下實施例不應被視為限制性的。
[0017]本申請涉及鋁薄膜以及在襯底上提供鋁薄膜。如在此所使用的，術語“薄膜”和“層”可互換地使用。除非另有說明，如在此所使用的，“鋁”和“鋁層”可以指任何合適的含鋁材料，包括純鋁，鋁合金或鋁混合物。如在此所使用的，“純”或“幾乎純的”鋁通常是指相比鋁合金或其他鋁混合物具有更高百分比的鋁金屬的鋁。這些鋁薄膜非常適合于對消費產品同時提供保護性和有吸引力的層。例如，在此所描述的方法可被用于為電子器件的外殼和殼體提供保護性和美學上吸引人的涂層。
[0018]在此所描述的是用于改善沉積的鋁層在襯底上的粘附的方法。在此描述的方法可以用于改善鋁層到襯底上的粘附而無需使用沖擊性(strick)層。方法涉及在沉積鋁層之前襯底的預處理。預處理在襯底上提供了具有間隙或空腔的三維表面，這些間隙或空腔能夠作為將該鋁層固定到該襯底上的錨定區域。在一些實施例中，方法涉及在沉積鋁之前在襯底上提供一個薄氧化鋁粘附層。在一些實施例中，方法涉及在沉積鋁之前在襯底上提供一個浸鋅層。在一些實施例中，方法涉及在沉積鋁之前使襯底表面粗化。一些實施例涉及兩種或更多種襯底預處理的組合。
[0019]這些和其他實施例將在下面參照圖1-7進行討論。然而，本領域的技術人員將容易理解，關于這些附圖在此所給出的詳細說明僅是為了說明的目的并且不應該被解釋為是限制性的。
[0020]如上所述，可能難以在鋁襯底上沉積，因為當暴露于空氣或水時，鋁襯底快速得到一個自然的氧化物層。該自然的氧化物層可以抑制許多金屬材料(如鋁)到鋁襯底的表面上的粘附。用于提供更好的粘附的常規方法包括形成一個鍍銅或鍍鎳的薄層，被稱為沖擊性物或沖擊性層。沖擊性層通常對鋁襯底以及還有隨后沉積的鋁層具有良好的粘附。然而，使用沖擊性層可能存在幾個缺點。例如，一個沖擊性層可以使零件在電鍍過程中更容易受到電化腐蝕。具體地，如果刮擦了外部涂層，暴露了電鍍的鋁層(以及有可能鋁襯底)緊鄰的沖擊性層，則不同材料的暴露可以在該零件上產生一個原電池。這可能增加隨后電鍍的和陽極氧化的零件上腐蝕的風險。
[0021]此外，也可能存在使用沖擊性層的制造挑戰。在一些制造方法中，利用陽極氧化處理將整個鋁層轉化為氧化鋁。在陽極氧化處理過程中，該沖擊性層可能在局部地區被暴露，從而產生遍及該零件的不同的電流密度分布。鋁層的局部較薄區域可整個更快成為陽極氧化的，從而導致具有遍及零件的不同厚度的陽極氧化層。此外，來自沖擊性層的材料可能污染陽極氧化浴并在所得氧化鋁中產生缺陷。為了避免在這些過程中暴露該沖擊性層，可以在該襯底與氧化鋁層之間安置一個鍍鋁的緩沖層。然而，該緩沖層可能增加該總的鋁和氧化鋁疊層的厚度。
[0022]為了避免達到該沖擊性層，可以將鋁緩沖層留在該沖擊性層與該鋁層的其余部分之間。由于鋁層的厚度可以是遍及零件可變化的(由于電流密度的變化)，緩沖層的厚度通常由遍及該零件最小的厚度決定。使用緩沖層的缺點之一是它可對該鋁和氧化鋁疊層增加不希望的額外厚度。此外，如果在陽極氧化處理過程中，氧化鋁層生長得太接近或超出了該鋁層的厚度，則陽極氧化溶液可能接觸該沖擊性層并與之反應。反應產物可能污染該陽極氧化溶液并且導致在所得氧化鋁層中的缺陷。至少由于這些原因，可能有利的是在某些應用中避免使用沖擊性層。然而，可能難以將鋁直接電鍍到襯底上，因為在電鍍過程中鋁通常不很好地粘附到襯底上，尤其當電鍍純的或幾乎純的鋁時。此外，