CN103882395B - 一种工件表面的pvd双色拉丝处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工件表面的PVD双色拉丝处理方法。该方法为：首先，采用PVD技术在工件表面沉积底层膜；然后，采用磁控溅射方法，以石墨为靶材，在底层膜表面溅射沉积类石墨层作为黑色膜；最后，进行拉丝处理，得到双色膜。与现有的金属碳化物等作为黑色膜相比，本发明将类石墨层作为黑色膜，其一方面与底层膜具有良好的结合力，另一方面与金属碳化物薄膜相比硬度较低且韧性好，从而易于与底层膜实现分层，通过拉丝处理得到双色膜，避免了黑色膜无法拉掉或者两层膜同时被拉掉的现象。

Description

一种工件表面的PVD双色拉丝处理方法

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，尤其涉及一种工件表面的PVD双色拉丝处理方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，家居、家电以及汽车、电子等消费类产品行业得到迅猛发展，与此同时人们对产品的外观也提出了多样化的需求，外观不仅成为产品在市场上能否热销的必备要素，而且使得各类产品的附加值大大提高。目前，具有仿古双色外观的产品在国内外均逐年盛行，尤其在高端产品市场受到追捧。

产品的仿古表面处理主要采用的工艺为：在产品表面电镀黄铜、紫铜、或青铜等后进行化学氧化而形成黑褐色氧化皮膜，再利用拉丝技术破坏部分黑褐色氧化皮膜，露出新鲜的铜表面，从而形成双色。

在产品表面进行电镀虽然可获得高防腐、高耐磨且装饰性强的镀层，但是电镀工艺存在公认的缺点：产出大量含有害化学物质的废水，严重污染环境，因此亟需改进。为此，采用物理气相沉积（PVD）技术替代电镀技术制备双色膜。PVD技术是一种无毒、环保、零排放、环境友好的表面处理技术，是利用某种物理过程，如物质的热蒸发、离化或受到能量粒子轰击时物质表面的原子溅射等现象，实现原子从源物质到待沉积位置的可控转移过程，其最大特点是：薄膜是在真空条件，以及原子、分子尺度沉积得到的，因此致密性更高、缺陷更少、性能更优。

采用PVD镀膜技术在产品表面制备双色膜的处理过程称为PVD双色拉丝处理，具体为：首先在工件表面采用PVD技术先后沉积底层膜与表层黑色膜，再利用拉丝技术破坏黑色膜，露出底层膜，从而形成双色。

PVD双色拉丝处理中，表层黑色膜的选择至关重要，一方面需要与底层膜具有优异的结合力，另一方面要求在拉丝过程中容易与底层膜相分层。目前，通常选用的表层黑色膜为金属碳化物，例如TiC、TiCN、CrN、ZrC等，该类物质具有高硬度、脆性大的特点，但是作为PVD双色拉丝处理中的表层黑色膜时，常常存在以下问题：

（1）拉丝力度较小时无法破坏该表层黑色膜，加大拉丝力度时又容易同时破坏底层膜与表层黑色膜而露出工件基底；

（2）利用PVD技术沉积该表层黑色膜时，经常是通过调整碳源气体以及氮气流量来调节该黑色膜黑度，但是在实际操作中，往往存在流量控制不稳定、炉腔内气体分布不均匀的问题，因此容易导致同炉不同位置处得到的沉积薄膜以及不同炉的沉积薄膜之间产生较大颜色差异，颜色的一致性不易控制；另外，对于黑度较高的产品，需要高气体流量进行沉积，容易引起靶中毒；

（3）该黑色硬质薄膜结构不稳定，加热或紫外光辐照后容易发生变色。

因此，表层黑色薄膜的制备是PVD技术在双色拉丝表面处理能否成功应用的关键之一，而采用金属碳化物薄膜作为表层黑色膜时拉丝工艺不稳定、控制困难，产品合格率低。

申请号为201210269744.4的中国发明专利申请公开了一种金属件双色拉丝干式镀膜方法，其中采用PVD镀膜技术制备双色薄膜；但是，其中仍然采用传统的金属碳化物，如CrC、TiC等作为黑色膜层，因此仍然没有解决上述问题。

发明内容

本发明的技术目的是针对PVD双色拉丝处理中，采用金属碳化物作为黑色膜的不足，提供一种工件表面PVD双色拉丝处理的新方法，

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种工件表面的PVD双色拉丝处理方法，其特征是：首先，采用PVD技术在工件表面沉积底层膜；然后，采用磁控溅射方法，以石墨为靶材，在底层膜表面溅射沉积类石墨层作为黑色膜；最后，进行拉丝处理，得到双色膜。

所述的底层膜材料不限，包括Ti、Zr、Cu等纯金属，TiN、ZrN等金属氮化物，以及TiCN等金属碳氮化合物与金属氧化物等。

采用PVD技术在工件表面沉积底层膜，包括但不限于磁控溅射、多弧离子镀等方法。

所述的类石墨层为非晶碳结构，主要成分由SP2杂化态的石墨相组成，具有类似石墨的性能特征，因此称为“类石墨层”。

所述的磁控溅射沉积类石墨层的具体过程为：将表面沉积底层膜的工件置于磁控溅射装置的真空腔室内，通入Ar气，开启磁控溅射源，以石墨为靶材，向工件施加脉冲负偏压，溅射石墨靶材沉积类石墨层。作为优先，所述的脉冲负偏压为-30V～-150V；进一步优选，所述的脉冲负偏压为-30V～-70V。

通过调节沉积时间能够调整所述类石墨层的厚度，从而对所述黑色膜的黑度进行调整。

综上所述，本发明采用磁控溅射技术在底层膜表面沉积类石墨层作为黑色膜，与现有技术中采用的金属碳化物等作为黑色膜相比，具有如下优点：

（1）利用磁控溅射的方法溅射靶材时具有离化率低的特点，当溅射石墨靶时能够获得主要成分为SP2杂化的石墨相，具有类似石墨的性能特征，称为类石墨薄膜，该薄膜一方面与底层膜具有良好的结合力，另一方面由于其硬度远远低于DLC以及金属碳化物，例如TiC、TiCN、ZrC等硬质黑色薄膜，因而在外力作用下容易实现与底层膜的分层，从而便于通过拉丝处理对类石墨层进行破坏、露出底层膜，使工件表面呈现双色，而不会出现表层黑色膜无法拉掉，或者将表层黑色膜与底层膜同时拉掉的现象；进一步地，通过对基体脉冲负偏压的优选，进一步保证了表层黑色薄膜与底层膜的分层，实现了拉丝工艺的顺利进行。

（2）本发明中，类石墨层的黑度随着厚度的增加逐渐加深，通过改变沉积时间就能够调整该石墨层的厚度，从而获得所需要的不同黑度的薄膜；而现有技术中，PVD金属碳化物黑色膜，如TiC、TiCN、ZrC等的厚度往往是通过调节氮气以及碳源气体流量而调节的；与调节气流量相比，调整沉积时间能够消除气体质量流量计误差对颜色造成的干扰，以及高气体流量造成的靶中毒，且操作简单，易于控制。

(3)本发明中，该类石墨层的结构、成分稳定，加热或紫外光辐照后不会发生变色。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

本实施例中，对工件表面进行PVD双色拉丝处理以得到青古铜双色表面，具体包括如下步骤：

(1)采用PVD技术在工件表面沉积ZrN底层膜；

(2)将步骤(1)处理后的工件置于磁控溅射装置的真空腔室内，通入Ar气，以石墨为靶材，开启磁控溅射源，向工件基体施加脉冲负偏压-50V，溅射石墨靶材，在工件的ZrN底层膜表面沉积类石墨层300nm；

经测试，该类石墨层的Lab值为51.12，-0.14，-0.16；

(3)采用拉丝轮在工件表面进行拉丝处理，该拉丝轮破坏了表层类石墨层，使底层膜露出，得到了青古铜双色表面。

实施例2：

本实施例中，对工件表面进行PVD双色拉丝处理以得到古镍双色表面，具体包括如下步骤：

(1)采用PVD技术在工件表面沉积CrN底层膜；

(2)将步骤(1)处理后的工件置于磁控溅射装置的真空腔室内，通入Ar气，以石墨为靶材，开启磁控溅射源，向工件基体施加脉冲负偏压-50V，溅射石墨靶材，在工件的CrN底层膜表面沉积类石墨层500nm；

经测试，该类石墨层的Lab值为49.46，-0.08，-0.09；

(3)采用拉丝轮在工件表面进行拉丝处理，该拉丝轮破坏了表层类石墨层，使底层膜露出，得到了古镍双色表面；未出现表层类石墨层无法拉掉，或者类石墨层与CrN底层膜同时被拉掉的现象；未出现表层类石墨层无法拉掉，或者类石墨层与CrN底层膜同时被拉掉的现象。

实施例3：

本实施例中，对工件表面进行PVD双色拉丝处理以得到红古铜双色表面，具体包括如下步骤：

(1)采用PVD技术在工件表面沉积Cu底层膜；

(2)将步骤(1)处理后的工件置于磁控溅射装置的真空腔室内，通入Ar气，以石墨为靶材，开启磁控溅射源，向工件基体施加脉冲负偏压-30V，溅射石墨靶材，在工件的Cu底层膜表面沉积类石墨层800nm；

经测试，该类石墨层的Lab值为42.56，-0.07，-0.06；

(3)采用拉丝轮在工件表面进行拉丝处理，该拉丝轮破坏了表层类石墨层，使底层膜露出，得到了红古铜双色表面；未出现表层类石墨层无法拉掉，或者类石墨层与

Cu底层膜同时被拉掉的现象。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种工件表面的PVD双色拉丝处理方法，其特征是：首先，采用PVD技术在工件表面沉积底层膜；然后，采用磁控溅射方法，以石墨为靶材，在底层膜表面溅射沉积类石墨层作为黑色膜；最后，进行拉丝处理，得到双色膜；

在底层膜表面溅射沉积类石墨层的过程为：将表面沉积底层膜的工件置于磁控溅射装置的真空腔室内，通入Ar气，开启磁控溅射源，以石墨为靶材，向工件施加脉冲负偏压，溅射石墨靶材沉积类石墨层；所述的脉冲负偏压为-30V～-70V；

通过调节沉积时间调整所述类石墨层的厚度，从而对所述黑色膜的黑度进行调整。

2.根据权利要求1所述的工件表面的PVD双色拉丝处理方法，其特征是：采用磁控溅射方法或者多弧离子镀的方法在工件表面沉积底层膜。

3.根据权利要求1所述的工件表面的PVD双色拉丝处理方法，其特征是：所述的底层膜材料为纯金属、金属氮化物、金属碳氮化合物或者金属氧化物。