CN101280428A - 一种装饰防护涂层及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于消费电子产品的金属外壳的装饰防护涂层，涂层颜色为金属亮白色，该涂层主要由铬－铝－氮三组元构成，原子百分比分别为：铬80％－50％，铝5％－20％，氮15％－30％；涂层厚度为1.0－8.0μm；厚度2.0μm以上涂层显微硬度HV_0.020大于等于30Gpa。合成该涂层可以采用低压气相沉积过程，采用溅射或电弧离子镀获得相应比例的金属组分，控制氮的相对含量以获得铬－铝－氮涂层的金属亮白色。氮的相对含量可通过调节铬靶和/或铝靶的电源功率或通过质量流量计调节氮气流量来调节，以控制所述的铬－铝－氮膜层的颜色及其性能。

Description

一种装饰防护涂层及其合成方法

技术领域

本发明涉及一种装饰兼防护涂层及其合成方法，特别涉及一种金属亮白色硬质防护涂层及其合成方法。

背景技术

金属亮白色及其相近颜色作为高雅的流行颜色，日渐引起日用电子产品、机械产品、手机、手表和真空镀膜界的关注。但是，在现有的这些彩色薄膜中，存在着膜层硬度低和耐划伤能力弱、工艺的重复性差和膜层变色等突出问题，制约着这类装饰防护涂层的生产和应用。

如申请日为2003年3月11日，申请号为03113917.5，名称为“一种陶瓷制品的多弧离子镀膜方法”的发明专利，该方法在多弧离子真空镀膜机中进行，包括用惰性气体如氩气清洗工件6-10分钟；进行粗抽使真空度达到1.8-2.2Pa，然后精抽，使真空度达到3×10^-2Pa-5×10^-2Pa；使工件旋转，并引弧30-40秒后，冲入氮气，控制镀膜时间在3-5分钟。上述方法中阴极材料选用铜、铝、钛、钨、镍、银等其中一种，能制出仿金、仿银、古铜等色调。该专利所述的方法不能产生金属亮白色的效果，膜层硬度低，耐划伤能力弱，同时存在工艺的重复性差和膜层易变色等问题。

如申请日为2002年12月26日，申请号为02805593.4，名称为“具有白色涂层膜的个人装饰品及其制造方法”的发明专利。该专利公开了一种装饰品，包括金属或陶瓷构成的基础制件，在基础制件上形成的底层和着色层。着色层为不锈钢色的白色硬涂层膜，包括0.2-1.5μm厚度的耐磨层和0.002-0.1μm的最外层(装饰性涂层)。耐磨层和最外层均可通过物理气相沉积如溅射、电弧放电、离子镀和离子束喷射等方法形成。按照L，A，B色空间，CIE色度仪体系，装饰性涂层色评价值在85＜L＜95，1.5＜A＜4.0和4.5＜B＜6.5。该专利涂层共分三层：底层、耐磨层和装饰性涂层，存在着膜层表面硬度和耐划伤能力不足、工艺复杂及保持其一致性的难度高和膜层表里不一色差大等突出问题，而且其中大量采用湿镀造成的环境污染及其与后续的气相沉积层之间的结合力等问题都比较难以解决，制约着这类装饰防护涂层的生产和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种低压气相沉积合成金属亮白色硬质防护涂层，提高膜层硬度和耐划伤能力，和避免膜层变色。

本发明的金属亮白色防护涂层主要由铬、铝、氮三组元构成，组分的原子百分比分别为：铬80％-50％，铝5％-20％，氮15％-30％，涂层厚度控制在1.0-8.0μm，优选2.0-4.0μm；在优选条件下涂层显微硬度HV_0.020大于等于30Gpa和涂层颜色LAB值范围为70＜L＜96，-5＜A＜5，-5＜B＜5，优选值为L＝72.28±0.57；A＝0.93±0.05；B＝4.09±0.62。

另外，在基体与所述金属亮白色防护涂层之间可以添加过渡层；在所述金属亮白色防护涂层外表面可附加其它涂层，所述其它涂层为防污或着色附加涂层。

本发明中合成金属亮白色装饰防护涂层的方法包括低压气相沉积过程，采用溅射或电弧离子镀获得相应比例的金属组分，并控制氮的相对含量以获得铬-铝-氮膜层的金属亮白色；所述溅射或电弧离子镀优先采用定向发射的靶材，旋转圆柱形中频磁控溅射结合靶材旋转的圆柱形电弧离子镀；所述控制氮的相对含量可以采用通过调节铬靶和/或铝靶的电源功率，也可以通过调节相应配比的铬-铝合金靶的电源功率，即通过调节涂层中铬-铝-氮的相对含量，来控制所述的铬-铝-氮膜层的颜色及其性能；所述控制氮的相对含量还可采用通过质量流量计调节氮气流量来控制所述的铬-铝-氮膜层的颜色及其性能。

以上金属亮白色防护涂层具有涂层硬度高，耐腐蚀，耐热，耐划伤等特点，抗色变能力强。合成该涂层工艺过程控制简单而且非常稳定，重复性好，色差小，膜层的各项物理和化学性能指标均达到较高水平。

具体实施方式

下面对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明的金属亮白色防护涂层组分中可以以铬为主体，选择性的加入适量铝、钛等添加剂，在低压气相合成过程中再加入工作气体，例如惰性气体(Ar等)和氮气。在具体的实施方式中采用了铬-铝-氮的组分构成，组分的原子百分比分别为：铬80％-50％，铝5％-20％，氮15％-30％，优选比例采用铬80％-60％，铝5％-15％，氮15％-25％，其中可通过调节氮的相对含量来控制涂层的颜色。

合成所述金属亮白色防护涂层的方法包括低压气相反应镀膜过程，即通常所说的真空镀膜反应过程，首先选择反应镀膜的组分，优选分别用铬和铝的单质金属靶材，在其气相沉积合成涂层过程中，可以通过增加或减小靶电源的功率调节铬靶和/或铝靶的发射功率(依据靶材面积而定其大小)，也可以通过增或减靶电源的功率调节相应配比的铬-铝合金靶的发射功率(依据靶材面积而定其大小)，即调节在该涂层中铬和铝的上述相对含量，来控制所述的铬-铝-氮膜层的颜色及其性能；还可以通过质量流量计调节氮气流量(与靶材的发射功率相对应)，即调节氮的相对含量来控制铬-铝-氮膜层的颜色及其性能。其工艺条件及相应结果见表1。

*注：用显微硬度计测试时，加载0.02kg，保载时间5s，5次重复测试取平均；对于*所示的3项未作组分检测。

具体采用气相沉积合成所述涂层，使用设备SP1209SI-1磁控溅射离子镀镀膜机，旋转铬靶和旋转铝靶中频磁控溅射；反应气体采用氮气；固定铬靶功率，通过改变铝靶功率调整铬-铝-氮薄膜的金属化学成分的配比；主要通过调节氮的相对含量来控制铬-铝-氮膜层的颜色。

工件材质采用高速钢(HSS)和奥氏体不锈钢(SS)，气相沉积时间控制在90min。

合成的膜层厚度2.2μm；

显微硬度：HV_0.020高达43Gpa，一般30Gpa以上；

膜层颜色：L＝72.28±0.57；A＝0.93±0.05；B＝4.09±0.62。

所述反应镀膜过程还可以铬为主体，掺入适量的铝，可以选择性地添加钛等添加剂，以改善薄膜的化学和物理性能；工作气体还可以采用氩气和氮气的混和气体，氩气是一种最廉价的惰性气体，惰性气体易于离化而引发氮气和所发射的气相金属组分离化和活化，同时只有带电粒子才能被电磁场约束和加速而获得较高能量。所以氩气除了它本身具有较强的清洁作用，还有引发其它组分离化和活化而促进化学反应的更重要作用。

所述膜层硬度高，抗色变能力强。合成工艺过程控制简单，稳定，色差小，膜层的各项物理和化学性能指标均达到较高水平，具有非常好的装饰防护功能。

Claims (14)

1. 一种可用于电子产品和/或金属外壳的装饰防护涂层，其特征在于：该涂层主要由铬-铝-氮三组元构成，涂层颜色为金属亮白色。

2. 如权利要求1所述的装饰防护涂层，其特征在于所述涂层颜色的色度值范围：70＜L＜96，-5＜A＜5，-5＜B＜5。

3. 如权利要求1所述的装饰防护涂层，其特征在于所述涂层组分的原子百分比分别为：铬80％-50％，铝5％-20％，氮15％-30％。

4. 如权利要求3所述的装饰防护涂层，其特征在于所述涂层组分的原子百分比分别为：铬80％-60％，铝5％-15％，氮15％-25％。

5. 如权利要求1所述的装饰防护涂层，其特征在于所述涂层厚度为1.0-8.0μm。

6. 如权利要求5所述的装饰防护涂层，其特征在于所述涂层的厚度为2.0-4.0μm。

7. 如权利要求6所述的装饰防护涂层，其特征在于所述涂层的显微硬度HV_0.020大于等于30Gpa。

8. 如权利要求1所述的装饰防护涂层，其特征在于在所述涂层与所欲涂覆的基体之间可添加过渡层。

9. 如权利要求1所述的装饰防护涂层，其特征在于可在所述涂层外表面附加其它涂层。

10. 如权利要求9所述的装饰防护涂层，其特征在于所述其它涂层为防污或着色附加涂层。

11. 一种合成如权利要求1所述装饰防护涂层的方法，其特征在于所述方法包括低压气相沉积过程，采用溅射或电弧离子镀获得相应比例的金属组分，控制氮的相对含量以获得铬-铝-氮膜层的金属亮白色。

12. 如权利要求11所述的合成方法，其特征在于所述溅射或电弧离子镀采用定向发射的靶材，旋转圆柱形中频磁控溅射结合靶材旋转的圆柱形电弧离子镀。

13. 如权利要求12所述的合成方法，其特征在于所述控制氮的相对含量采用通过调节铬靶和/或铝靶的电源功率，也可以通过调节相应配比的铬-铝合金靶的电源功率，即通过调节涂层中铬-铝-氮的相对含量，来控制所述的铬-铝-氮膜层的颜色及其性能。

14. 如权利要求11所述的合成方法，其特征在于所述控制氮的相对含量采用通过质量流量计调节氮气流量即氮的相对含量，来控制所述的铬-铝-氮膜层的颜色及其性能。