为提升铜基部件在严苛环境下的耐久性,常需在其表面沉积一层“防护”薄膜。本次在和用户研究的过程中,利用SD-650MH型高真空磁控溅射镀膜设备,在铜基底表面沉积3μm厚的纯钛薄膜,以显著提高铜件的耐腐蚀性能和膜-基结合力。
参数 | 数值/描述 | 工艺影响 |
起辉真空度 | ≈2 Pa | 紫红色辉光,初始溅射速率约0.5 Å/s |
最优真空度 | ≈0.5-1 Pa | 蓝色稳定辉光,溅射速率约5.2 Å/s |
镀膜厚度 | 3 μm (控制误差≈±3%) | 满足耐腐蚀和结合力要求,实现均匀覆盖铜表面 |
镀膜完成后,对钛膜的多项质量指标进行了检测,以评估工艺效果:
膜厚测量:使用精密台阶仪测量膜层厚度,或利用X射线荧光光谱仪(XRF)无损测试薄膜平均厚度。结果显示膜厚接近3μm,测量误差在±3%以内。
附着力测试:采用划痕法(Scratch Test)评估膜-基结合力,用逐渐增大的载荷尖端划破膜层,记录膜层开始剥离的临界载荷。钛膜在铜基底上的临界载荷超过25 N,表明膜层附着力优异。
膜层均匀性分析:对镀膜后的工件进行截面取样,使用扫描电子显微镜(SEM)观察并测量膜层厚度的均匀性。多点截面测厚结果表明,膜厚分布均匀,厚度波动在±3%左右,与工艺设计预期相符。
以上检测结果表明,经过SD-650MH磁控溅射工艺沉积的钛膜在厚度、附着力和均匀性方面都达到了高要求标准。这验证了工艺参数选择的合理性,以及设备控制的精确可靠。
应用场景
经过本次工艺验证,3μm钛膜在铜件表面的成功制备及其优异性能,意味着该技术方案可推广应用于多个高要求领域,包括但不限于:
精密电子元件:如射频连接器、微波器件、印制电路板上的铜导体等。这些器件往往对膜厚均匀性和表面阻抗有严苛要求。钛膜作为导电铜上的阻挡层或保护层,既能防止铜在空气中氧化,又可通过控制厚度达到所需的阻抗匹配。本工艺提供的高均匀性薄膜非常适合此类精密电子应用。
电化学设备:例如锂电池的铜集流体、电解池阳极铜板等。在腐蚀性电解质环境中,纯铜表面容易发生电化学腐蚀,而镀上一层致密钛膜后,可大幅提高其抗腐蚀能力。钛具有优异的耐酸碱腐蚀性能且本身导电性良好,薄膜钛层可以保护铜基体不被电解液侵蚀,同时保持电接触性能。因此,本技术在电池材料和电化学工程中具有潜在应用价值。
海洋防腐领域:针对海洋环境中的铜合金构件(如海水热交换器、船舶铜螺旋桨或管路等),钛膜提供了一道可靠的防腐屏障。海水中的氯离子对铜腐蚀性很强,而钛在海水中几乎不受腐蚀。给铜部件表面镀钛可以显著延长其在海水中的使用寿命,减少维护频率。实际应用中已有类似做法,例如在铜设备上爆炸焊接钛板形成覆层,来兼顾铜的机械强度和钛的抗腐蚀性。相比之下,磁控溅射钛膜属于更精细的表面工程手段,适用于复杂形状和精密部件的防护。