AT397816B - Verfahren zum herstellen einer dekorschicht auf einem gebrauchsgegenstand - Google Patents

Description

AT 397 816 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Dekorschicht auf einem Gebrauchsgegenstand, die physikalisch aus der Gasphase auf dem Gebrauchsgegenstand abgeschieden wird.

Dekorschichten, wie sie bei vielen Gebrauchsgegenständen, beispielsweise Brillengestellen, Uhrengehäusen, Schreibgeräten, Schmuckgegenständen u. dgl., Verwendung finden, sollen nicht nur das äußere 5 Erscheinungsbild des Gebrauchsgegenstandes mitbestimmen, sondern auch einen Schutz vor mechanischen Einwirkungen oder Korrosionen bieten. Aus diesem Grunde werden als Dekorschichten Hartstoffschichten eingesetzt, die mit Hilfe einer physikalischen Abscheidung aus der Gasphase, vorzugsweise durch ein Kathodenzerstäuben, auf den Gebrauchsgegenstand aufgebracht werden, wobei üblicherweise Carbide, Nitride, Carbonitride von Titan und Titanlegierungen Verwendung finden, die eine Anpassung an jo Goldfarbtöne erlauben. So ist es beispielsweise bekannt (CH-PS 676 856), eine Dekorschicht aus Titanoder Zirkonnitrid und Tantalnitird einzusetzen, wobei der goldene Farbton durch den Tantalanteil in einfacher Weise gesteuert werden kann. Bei einer anderen bekannten goldfarbigen Hartstoffschicht (DD-PS 270 325) wird dem Titannitrid Kupfer hinzugefügt, um den sonst auftretenden Grünanteil zu unterdrücken und einen weißlich bis rötlich goldenen Farbton zu erzielen. Außerdem kann eine der beiden metallischen 75 Komponenten dieser Hartstoffschicht als haftvermittelnde Schicht auf dem zu beschichtenden Gegenstand aufgebracht werden.

Da alle diese Dekorschichten zu einer stengeligen Struktur mit Korngrenzen neigen, die sich häufig über die gesamte Schichtdicke erstrecken, können beim Aufbrechen dieser Korngrenzen oder dem Brechen der Kristalle Risse über die Schichtdicke entstehen, die den Korrosionsschutz erheblich beeinträchtigen. 20 Um eine Korrosion des häufig aus einem Buntmetall bestehenden Gebrauchsgegenstandes sicher auszu schließen, werden daher vor dem Aufbringen der Dekorschichten Zwischenschichten aus Nickel oder Nickellegierungen als Korrosionsschutz abgeschieden. Die bekannten Dekorschichten aus Hartstoffen kommen folglich bei höheren Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit nicht ohne Nickelschicht aus und sind darüber hinaus im wesentlichen auf Gelb- und Grautöne beschränkt. 25 Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Dekorschicht der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß einerseits andere Farbtöne erzielt werden können und anderseits eine gute Korrosionsbeständigkeit ohne zusätzliche Nickelschicht erhalten wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß auf dem Gebrauchsgegenstand 60 bis 99,5 Gew. % wenigstens eines Hexaborides und 40 bis 0,5 Gew. % wenigstens eines einen amorphen Schichtaufbau 30 unterstützenden Metalles, wie Titan, Zirkonium und/oder Hafnium, und/oder einer Metallverbindung, beispielsweise die Carbide, Di- bzw. Dodekarboride und/oder Nitride dieser Metalle, aus der Gasphase abgeschieden werden.

Durch den Einsatz farbiger Hexaboride können die Farben Blau, Violett und Rot für Dekorschichten erhalten werden. Die farbigen Hexaboride neigen allerdings zu einem die Korrosionsfestigkeit und Zähigkeit 35 beeinträchtigenden kristallinen Schichtaufbau. Durch die Zulegierung von Metallen oder Metallverbindungen, die im wesentlichen amorph aufwachsen oder ein amorphes Aufwachsen der Schicht unterstützen, ohne selbst amorph auf Zuwachsen, wie dies beispielsweise bei Titannitrid der Fall ist, wird der kristalline Anteil am Schichtaufbau herabgesetzt, und zwar über das Mischungsverhältnis hinaus, so daß die Zähigkeit und Korrosionsfestigkeit der Dekorschicht entscheidend verbessert werden kann, ohne die ausgeprägte Färbung 4o zu verlieren. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß bei einem Anteil an farbigen Hexaboriden von wenigstens 60 Gew. % die Farbigkeit dieser Hexaboride noch gut zur Wirkung kommt, während ein Mindestanteil des zulegierten Metalls bzw. der zulegierten Metallverbindung von 0,5 Gew. % für eine ausreichende Bindewirkung sorgt.

Als Bindemetalle bieten sich insbesondere hochschmelzende Metalle an, wie sie sich als Übergangsme-45 talle der Gruppen IV B bis VI B des Periodensystems ergeben (Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram). Es können aber auch Eisen, Kobalt oder Nickel zu diesem Zweck als Bindemetalle eingesetzt werden. An Stelle dieser Bindemetalle können auch Carbide, Boride und/oder Nitride dieser Metalle eingesetzt werden, um die angestrebte Bindewirkung sicherzustellen. Besonders vorteilhafte Bedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn dem Hexaborid Zirkonium, Titan so und/oder Hafnium als Metall und/oder in Form eines Carbids Diborids und/oder Nitrids zulegiert wird bzw. werden. Die Diboride des Zirkoniums, Titans und Hafniums zeichnen sich dabei durch eine besonders gute Korrosionsfestigkeit aus, wobei sich im Schichtaufbau eine atomare Mischung ergibt, die keine Unterscheidung der Ausgangsverbindungen mehr zuläßt.

Als Hexaboride kommen aufgrund ihrer Eigenfarben vor allem die kubischen Hexaboride der Gruppe 55 der Lanthanide, des Yttriums und des Thoriums in Frage, wobei sich besonders ausgeprägte Farben für die Hexaboride auf der Basis von Yttrium, Lanthan oder Cer ergeben, welchen Hexaboriden auch der Vorteil einer entsprechenden Marktgängigkeit zukommt. 2

Claims (4)

1. AT 397 816 B Um die Verbindung der Dekorschicht mit dem Gebrauchgsgegenstand besonders gut zu gestalten, kann zwischen der Dekorschicht und dem Gebrauchsgegenstand eine Zwischenschicht aus wenigstens einem in der Dekorschicht verwendeten Metall oder einer in der Dekorschicht verwendeten Metallverbindung aufgebracht werden. Diese Zwischenschicht soll 5 um nicht übersteigen und nicht dünner als 0,1 um sein, damit eine ausreichende Haftvermittlung sichergestellt wird. Zum Aufbringen der Dekorschicht eignen sich grundsätzlich alle physikalischen Abscheideverfahren aus der Gasphase, wie das Kathodenzerstäubungsverfahren, das Elektronenstrahl-, das lonenstrahl- oder das Lichtbogenverdampfungsverfahren oder das lonenplattierverfahren. Besonders vorteilhafte Herstellungsbedingungen werden allerdings durch das Kathodenzer stäubungsverfahren erhalten, das ein Abarbeiten von keramischen Borid- oder Mischboridtargets erlaubt, ohne daß die Boride mit ihren zum Teil hohen Schmelzpunkten von 2000· bis über 3000* C aufgeschmolzen werden müssen. Außerdem bleibt die thermische Belastung für den zu beschichtenden Gebrauchsgegenstand gering, was wiederum die Auswahl des Werkstoffes für den Gebrauchsgegenstand weniger einschränkt. So können auch niedrigschmeizende Buntmetalle und Kunststoffe beschichtet werden. Mit Hilfe des Kathodenzerstäubungsverfahrens können außerdem Carbide, Boride und/oder Nitride der eingesetzten Metalle während des Abscheideverfahrens gebildet werden, wenn die Abscheidung unter Anwesenheit eines Stickstoff-, kohlenstoff- und/oder borhältigen Reaktivgases erfolgt. Zur Herstellung einer Dekorschicht auf einem stählernen Formteil wurde in einem Ausführungsbeispiel dieser Formteil in einen entsprechenden Vakuumapparat eingesetzt, der mit einem keramischen Mischtarget bestückt war, das pulvermetallurgisch aus 70 Gew. % Lanthanhexaborid und 30 Gew. % Zirkoniumdibo-rid hergestellt wurde. Der Abstand des Formteiles vom Target betrug etwa 50 mm. Nach dem Schließen der Vakuumkammer wurde diese bis auf 2 mPa evakuiert und danach unter ständigem Abpumpen mit einem Edelgas, z. B. Argon oder Krypton, rückgeflutet, wobei sich ein dynamischen Gleichgewicht von 1 mPa einstellte. Zwischen dem Target und einer Blende wurde für etwa 2 Minuten eine anomale Glimmentladung gezündet, um das dabei als Kathode geschaltete Target von allfälligen Verunreinigungen durch den Beschuß mit Edelgasionen zu reinigen. Nach einer Steigerung des Gasdruckes auf etwa 3,5 mPa durch eine entsprechende Edelgaszufuhr wurde eine Gleichspannung von 1500 V an den Formteil als Kathode und die Wand der Vakuumkammer als Anode angelegt, so daß aufgrund der einsetzenden anomalen Glimmentladung der Formteil durch ein lonenätzen gereinigt wurde, bis eine metallisch reine Oberfläche vorlag. Für die nachfolgende Beschichtung des Formteiles durch ein Zerstäuben des Targets wurde der Druck in der Vakuumkammer wieder auf etwa 1 mPa abgesenkt und die Spannung zwischen dem Formteil und der Wand der Vakuumkammer auf 100 V verringert. Zwischen dem Target und der Wand wurde eine anomale Glimmentladung bei einer auf die Targetoberfläche bezogenen Leistungsdichte von etwa 25 kW/m2 gezündet. Nach einer Beschichtungdauer von 40 Minuten wurde eine amorphe Dekorschicht mit einer Dicke von etwa 3 um erhalten, die einen ausgeprägten blauen Farbton aufwies. Die Härte wurde mit etwa 2200 HV 0,01 ermittelt. An Stelle eines Mischtargets kann in herkömmlicher Weise ein Target eingesetzt werden, das in den geforderten Mengenverhältnissen abwechselnd aus einem Hexaborid und einem Metall oder einer entsprechenden Metallverbindung besteht. Um die gemeinsame Ablagerung der Bestandteile der Dekorschicht auf dem Gebrauchsgegenstand sicherzustellen, können selbstverständlich auch Einzeltargets aus diesen Bestandteilen eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zur Carbid-, Borid- und/oder Nitridbildung ein geeignetes Target in Anwesenheit eines kohlenstoff-, bor- und/oder stickstoffhaltigen Reaktivgases zu zerstäuben. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen einer Dekorschicht auf einem Gebrauchsgegenstand, die physikalisch aus der Gasphase auf dem Gebrauchsgegenstand abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gebrauchsgegenstand 60 bis 99,5 Gew. % wenigstens eines Hexaborides und 40 bis 0,5 Gew. % wenigstens eines einen amorphen Schichtaufbau unterstützenden Metalles, wie Titan, Zirkonium und/oder Hafnium, und/oder einer Metallverbindung, beispielsweise die Carbide, Di- bzw. Dodekarbori-de und/oder Nitride dieser Metalle, aus der Gasphase abgeschieden werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Hexaborid auf der Basis von Yttrium , Lanthan oder Cer abschieden wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Dekorschicht eine Zwischenschicht aus wenigstens einem in der Dekorschicht verwendeten Metall oder einer 3 AT 397 816 B in der Dekorschicht verwendeten Metallverbindung aufgebracht wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekorschicht mit Hilfe eines Kathodenzerstäubungsverfahrens unter Anwesenheit eines Inertgases und wahlweise eines Stickstoff-, kohlenstoff- und/oder borhältigen Reaktivgases auf dem Gebrauchsgegenstand abgeschieden wird. 4