CN102766845B

CN102766845B - 一种金属表面pvd装饰性镀膜方法

Info

Publication number: CN102766845B
Application number: CN201210235405.4A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: ZHUHAI CHENG'OU KITCHEN AND BATH PRODUCTS CO Ltd
Current assignee: ZHUHAI CHENG'OU KITCHEN AND BATH PRODUCTS CO Ltd
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: CN102766845A

Abstract

本发明公开了一种金属表面的PVD装饰性镀膜方法，包括装饰性镀膜为单色调膜的制备方法和包括装饰性镀膜为复合色调膜的制备方法，本发明方法是在纯金属膜层上采用PVD法分别沉积两种颜色膜层，控制最后一层膜厚度不超过0.02μm，故具有半透明效果，从而透过最后一层膜可以看到前一层膜层，使不同的颜色膜层沉积叠加，得到目标颜色的效果。本发明方法使PVD装饰性镀膜工艺变得简单易行，实际操作容易控制；并且可有效改善产品阴阳色，颜色不均匀的现象，有效提高了PVD良品率，同一批产品颜色差异较小，生产效率高，降低了设备产能负荷，达到节能降耗，缩短生产周期，快速达成客户的需求。

Description

一种金属表面PVD装饰性镀膜方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理，尤其涉及一种金属表面的PVD装饰性镀膜方法。

背景技术

PVD(Physical Vapor Deposition)即物理气相沉积，是指在真空条件下，利用气体放电使金属靶材蒸发并使蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。PVD基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀）。

PVD装饰镀膜属于一种光学膜，产生颜色的主要原因就是光的干涉。PVD装饰镀膜需要先选择靶材种类、材质和气体（如氮气、氧气、乙炔、氩气等），确定靶材和气体种类后，调整气体比例和用量，溅射功率，溅射时间，基材处理温度，沉积温度，沉积时间，最后镀出目标色的膜层。

PVD装饰镀膜能制备各种氮化物膜（TiN、ZrN、CrN、TiAlN）和碳化物膜及氧化物膜），采用多弧离子镀技术制备的膜的颜色种类繁多，如金黄色、玫瑰色、咖啡色、古铜色、灰色、黑色、灰黑色、棕色、绿色等，镀膜结束后可以用分光测色仪对PVD装饰镀膜颜色进行测量，使颜色得以量化，以确定出颜色是否满足要求。颜色量化的结果一般为色度值，色度值包括L*值（代表颜色的亮度）、a*值（代表红绿度）、b*值（代表黄蓝度）。PVD装饰镀膜表观颜色主要取决于a*值和b*值。

PVD装饰镀膜的颜色与靶材反应的气体相关，如N₂、C₂H₂、CH₄、O₂，当参与靶材反应的气体为单一气体，所镀的膜为单色调膜；当参与靶材反应的气体为至少两种气体，所镀的膜为复合色调膜。

其中，复合色调膜的工艺难度大，需要加入多种气体参与反应，其成色工艺复杂不稳定，颜色差异大，且单色调膜工艺同样存在产品阴阳色大，同炉产品间颜色差异大的问题，导致目前工艺生产的产品良品率非常低，需多次返工处理，造成生产效率低下，设备生产负荷增加，动力能源消耗增加，增加了生产成本，生产期加长，不能快速满足客户订单需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属表面的PVD装饰性镀膜方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种金属表面的PVD装饰性镀膜方法，包括装饰性镀膜为单色调膜，其方法步骤如下：

1) 采用PVD法将金属靶材沉积到金属表面，形成第一膜层；

2) 在第一膜层上面采用PVD法沉积一层膜，控制参与靶材反应的气体量等于合成目标色对应的气体量的50～80%，其它气体量等于合成目标色对应的气体量，形成第二膜层；一般，除了参与靶材反应的气体，其它气体为惰性气体，如氩气；

3) 在第二膜层上面采用PVD法沉积一层膜，使该膜层颜色为目标色，得单色调膜产品。

优选的，第三膜层厚度≤0.02μm。

优选的，所述PVD法为多弧离子镀膜法。

一种金属表面的PVD装饰性镀膜方法，包括装饰性镀膜为复合色调膜，采用分光测色仪将目标色量化，得到目标色a*值、b*值，当目标色a*值≥0，其方法步骤如下：

1) 采用PVD法将金属靶材沉积到金属表面，形成第一膜层；

2) 在第一膜层上面采用PVD法沉积一层a*值为目标色a*值的50～70%，且b*值等于目标色b*值的膜，形成第二膜层；

3) 第二膜层上面采用PVD法沉积一层a*值等于目标色a*值，且b*值为目标色b*值的70～90%的膜，形成第三膜层，得复合色调膜产品；

当目标色a*值＜0，其方法步骤如下：

1) 采用PVD法将金属靶材沉积到金属表面，形成第一膜层；

2) 在第一膜层上面采用PVD法沉积一层b*值为目标色b*值的70～90%，且a*值等于目标色a*值的膜，形成第二膜层；

3) 第二膜层上面采用PVD法沉积一层b*值等于目标色b*值，且a*值大于目标色a*值，同时a*值＜0的膜，形成第三膜层，得复合色调膜产品；

优选的，第三膜层厚度≤0.02μm。

优选的，所述PVD法为采用多弧离子镀膜法。

本发明控制最后一层的膜层厚度不要超过0.02μm，膜层厚度在0.02μm以内具有半透明效果，所以可以透过最后一层的半透明膜层看到上一层颜色，两层膜的叠加效果从而合成出最终的目标颜色。若最后一层膜厚度超过了0.02μm就为不透明膜层，不具有半透明效果，通过光的折射显示的颜色非目标色。

本发明的有益效果是：

本发明在纯金属膜层上分别沉积两种颜色膜层，控制最后一层膜厚度不超过0.02μm，故具有半透明效果，从而透过最后一层膜可以看到前一层膜层，使不同的颜色膜层沉积叠加，得到目标颜色的效果。本发明方法使PVD装饰性镀膜工艺变得简单易行，实际操作容易控制；并且可有效改善产品阴阳色，颜色不均匀的现象。

本发明工艺稳定性高，产品PVD颜色均匀稳定，有效提高了PVD良品率，同一批产品颜色差异较小，生产效率高，降低了设备产能负荷，达到节能降耗，缩短生产周期，快速达成客户的需求。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限如此。

实施例1

在一种金属表面镀ZrCN薄膜，该膜的颜色为黄铜色，其色度要求：a*值为-1.73～-0.95、b*值为27.56～30.63。

采用本发明方法加工上述产品，包括以下步骤：

1) 采用多弧离子镀膜机制膜，在金属表面沉积一层纯金属膜层：靶材为Zr，Ar流量：400SCCM，沉积10min，形成第一膜层；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：N₂用量：680SCCM，沉积8 min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值= -1.38，b*值=23.15；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：N₂用量：680SCCM，CH₄用量：25SCCM，沉积2 min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.01μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值= -0.90，b*值=28.29，得到复合色调膜产品，产品颜色为黄铜色，采用分光测色仪对产品进行测量，得到a*值=-1.20、b*值=28.28，颜色达到目标色范围，合格。

实施例2

在一种金属表面镀ZrCN薄膜，该膜的颜色要求同实施例1，其加工方法也同实施例1，仅将实施例1第三膜层的沉积时间由2 min增加为4 min，得到的第三膜层厚度为0.02μm，色度指标a*值=-0.87，b*值=30.60，得到复合色调膜产品。产品颜色为黄铜色，采用分光测色仪对产品进行测量，得到a*值= -0.98、b*值=30.59，颜色达到目标色范围，合格。

实施例3

在一种金属表面镀ZrCN薄膜，该膜的颜色要求同实施例1，其加工方法包括以下步骤：

1) 同实施例1步骤1）；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：N₂用量：550SCCM，沉积8min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值=-1.73，b*值=19.29；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：N₂用量：550SCCM，CH₄用量：22 SCCM，沉积2 min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.01μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值= -0.05，b*值=27.56，得到复合色调膜产品，产品颜色为黄铜色，采用分光测色仪对产品进行测量，得到a*值=-1.05、b*值=27.56，颜色达到目标色范围，合格。

实施例4

1) 同实施例1步骤1）；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：N₂用量：680SCCM，CH₄用量：8SCCM，沉积8 min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值= -1.34，b*值=24.80；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：N₂用量：610SCCM，CH₄用量：22SCCM，沉积2min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.01μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值=-0.76，b*值=27.69，得到复合色调膜产品，产品颜色为黄铜色，采用分光测色仪对产品进行测量，得到a*值=-1.13、b*值=27.69，颜色达到目标色范围，合格。

实施例5

在一种金属表面镀TiCN薄膜，该膜的颜色为一种咖啡色，其色度要求：a*值为1.5～2.5、b*值为18.0～20.0。

采用本发明方法加工上述产品，包括以下步骤：

1) 采用多弧离子镀膜机制膜，在金属表面沉积一层纯金属膜层：靶材为Ti，Ar流量：400SCCM，沉积5min，形成第一膜层；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：Ar用量：400SCCM、N₂用量：173SCCM沉积12min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值=0.75，b*值=19.96；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：Ar用量：400SCCM、N₂用量：130SCCM，CH₄用量：18SCCM，沉积4min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.02μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值=2.4，b*值=14.32，得到复合色调膜产品，产品颜色为咖啡色，采用分光测色仪对产品进行测量，得到a*值=2.48、b*值=19.90，颜色达到目标色，达到颜色范围上限，合格。

实施例6

在一种金属表面镀TiCN薄膜，该膜的颜色要求同实施例5，其加工方法包括以下步骤：

采用本发明方法加工上述产品，包括以下步骤：

1) 同实施例5步骤1）；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：Ar用量：400SCCM、N₂用量：175SCCM，CH₄用量：3SCCM，沉积12min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值=0.95，b*值=19.97；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：Ar用量：400SCCM、N₂用量：110SCCM，CH₄用量：12SCCM，沉积4min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.02μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值=1.8，b*值=12.6，得到复合色调膜产品，产品颜色为咖啡色，采用分光测色仪对产品进行测量，得到a*值=1.8、b*值=19.92，颜色达到目标色，合格。

实施例7

1) 同实施例5步骤1）；；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：Ar用量：400SCCM、N₂用量：163SCCM，CH₄用量：4SCCM，沉积12min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值=1.05，b*值=18.85；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：Ar用量：400SCCM、N₂用量：140SCCM， CH₄用量：9SCCM，沉积4min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.02μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值=1.6，b*值=16.2，得到复合色调膜产品，产品颜色为咖啡色，采用分光测色仪对产品进行测量，得到a*值=1.6、b*值=18.83，颜色达到目标色，合格。

实施例8

在一种金属表面镀ZrN薄膜，该膜的颜色为仿镍色，其色度要求：a*值为0.42～0.69、b*值为8.32～10.38，传统镀该颜色膜工艺中气体加入量为：Ar流量：120SCCM 、N₂用量：150SCCM，参与靶材反应的气体为N₂。

采用本发明方法加工上述产品，包括以下步骤：

1) 采用多弧离子镀膜机制膜，在金属表面沉积一层纯金属膜层：靶材为Zr，Ar流量：400 SCCM，沉积5.0 min，形成第一膜层；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：Ar流量：120SCCM、 N₂用量：75SCCM，沉积5.0 min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值=0.48，b*值=6.34；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：Ar流量：120SCCM、N₂用量：150SCCM，沉积3.0 min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.014μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值=0.41，b*值=10.01，得到复合色调膜产品，产品颜色为仿镍色，采用分光测色仪对产品进行测量，a*值=0.44、b*值=10.10，颜色达到目标色，未超过颜色范围上限，合格。

实施例9

在一种金属表面镀ZrN薄膜，该膜的要求同实施例8，采用本发明方法加工上述产品，包括以下步骤：

1) 同实施例8步骤1）；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：Ar流量：120 SCCM、 N₂用量：120 SCCM，沉积5.0 min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值=0.45，b*值=8.5；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：Ar流量：120 SCCM、 N₂用量：150 SCCM，沉积3.0 min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.014μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值=0.41，b*值=10.01，得到复合色调膜产品，产品颜色为仿镍色，采用分光测色仪对产品进行测量，a*值=0.43、b*值=10.09，颜色达到目标色，未超过颜色范围上限，合格。

实施例10

在一种金属表面镀TiN薄膜，该膜的颜色为仿不锈钢色，其色度要求：a*值为0.79～0.84、b*值为4.25～5.49，传统镀该颜色膜工艺中气体加入量为：Ar流量：200SCCM 、N₂用量：20 SCCM。

采用本发明方法加工上述产品，包括以下步骤：

1) 采用多弧离子镀膜机制膜，在金属表面沉积一层纯金属膜层：靶材为Ti，Ar流量：200SCCM，沉积3.0min，形成第一膜层；

2) 然后在第一膜层上面沉积一层膜：Ar流量：200SCCM，N₂用量：10SCCM，沉积2.0 min，形成第二膜层，该膜层的色度指标a*值=0.80，b*值=3.35；

3) 然后在第二膜层上面沉积一层膜：Ar流量：200SCCM、N₂用量：20SCCM，沉积2.0min，形成第三膜层，该膜层厚度为0.01μm（具有半透明效果，能看到第二膜层），色度指标a*值=0.70，b*值=4.55，得到复合色调膜产品，产品颜色为仿不锈钢色，采用分光测色仪对产品进行测量，得到a*值=0.82、b*值=4.58，颜色达到目标色，未超过颜色范围，合格。

对比例1

在一种金属表面镀ZrCN薄膜，该膜的颜色要求同实施例1，其加工方法也同实施例1，仅将实施例1第三膜层的沉积时间由2 min增加至6 min，得到的第三膜层厚度为0.03值（该膜层不透明），色度指标a*值=-0.81，b*值=32.85，得到复合色调膜产品。采用分光测色仪对产品进行测量，a*值=-0.80、b*值=32.89，颜色超过目标色范围，不合格。

对比例2

在一种金属表面镀ZrN薄膜，该膜的颜色要求同实施例8，其加工方法也同实施例8，仅将实施例8第三膜层的沉积时间由3 min增加至6 min，得到的第三膜层厚度为0.028μm，色度指标a*值=0.45，b*值=10.15，得到单色调膜产品。采用分光测色仪对产品进行测量，有阴阳色（同一产品不同面的色度指标（a*值和b*值）相差在±0.25外），其a*值=0.56、b*值=12.3，颜色超过目标色范围，不合格。

由实施例1、实施例2、实施例8、对比例1及对比例2对比分析可知，本发明的加工方法，控制第二膜层的厚度不超过0.02μm尤为重要。

采用本发明的方法镀PVD装饰性镀膜，能有效改善产品阴阳色，颜色不均匀的现象，以至显著提高产品的良品率，良品率提高了32 %以上，以实施例1、实施例8为例。

采用实施例1及传统的一次性镀ZrCN薄膜的方法，分别对100个铜合金工件进行表面镀ZrCN薄膜，膜的颜色要求同实施例1，结果采用传统一次性镀ZrCN薄膜方法的工件，良品率为66%，采用本实施例方法的工件，良品率98%，本发明方法良品率提高了32 %。

采用实施例8及传统的一次性镀ZrN薄膜的方法，分别对100个锌合金工件进行表面镀ZrN薄膜，膜的颜色要求同实施例8，结果采用传统一次性镀ZrN薄膜方法的工件，良品率为34%，采用本实施例方法的工件，良品率100%，本发明方法良品率提高了66%。

以上实施例良品判断方法为： PVD装饰性镀膜后，检测产品不同面的色度指标，色度指标（包括a*值和b*值）均在目标色要求范围内，且同一产品不同面的色度指标相差不超过±0.25，即可判断为良品，即无阴阳色，颜色均匀。

Claims

1.一种金属表面的PVD装饰性镀膜方法，包括装饰性镀膜为单色调膜，其方法步骤如下：

1) 采用PVD法将金属靶材沉积到金属表面，形成第一膜层；

2) 在第一膜层上面采用PVD法沉积一层膜，控制参与靶材反应的气体量等于合成目标色对应的气体量的50～80%，其它气体量等于合成目标色对应的气体量，形成第二膜层；

3) 在第二膜层上面采用PVD法沉积一层厚度≤0.02μm的膜，使该膜层颜色为目标色，得单色调膜产品。

2.一种金属表面的PVD装饰性镀膜方法，包括装饰性镀膜为复合色调膜，采用分光测色仪将目标色量化，得到目标色a*值、b*值，当目标色a*值≥0，其方法步骤如下：

1) 采用PVD法将金属靶材沉积到金属表面，形成第一膜层；

3) 第二膜层上面采用PVD法沉积一层a*值等于目标色a*值，且b*值为目标色b*值的70～90%的膜，形成厚度≤0.02μm的第三膜层，得复合色调膜产品；

当目标色a*值＜0，其方法步骤如下：

1) 采用PVD法将金属靶材沉积到金属表面，形成第一膜层；

3) 第二膜层上面采用PVD法沉积一层b*值等于目标色b*值，且a*值大于目标色a*值，同时a*值＜0的膜，形成厚度≤0.02μm的第三膜层，得复合色调膜产品；

3.根据权利要求1所述的金属表面的PVD装饰性镀膜方法，其特征在于：所述PVD法为多弧离子镀膜法。

4.根据权利要求2所述的金属表面的PVD装饰性镀膜方法，其特征在于：所述PVD法为采用多弧离子镀膜法。