CN104746076B - 一种在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法 - Google Patents

Abstract

一种在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法，包括在镀膜前将干净的贝壳手表刻度盘在80℃以下进行2个小时以上烘烤的步骤；具体包括如下步骤：1）抽真空：将干净干燥的贝壳手表刻度盘放入真空炉的镀膜室内，并抽真空；2）加热：在真空炉中将贝壳手表刻度盘在80℃以下进行2个小时以上烘烤；3）采用阴极电弧镀底层，采用中频溅射法，或中频溅射法和/或阴极电弧镀表面层，所述底层和表面层均采用低偏压镀膜；4）出炉：贝壳手表刻度盘随炉冷却后出炉。本发明方法能在贝壳手表刻度盘上镀上金色、玫瑰金色、银白色和枪黑色膜层等，使贝壳手表刻度盘呈现出金属或陶瓷质感，且呈半透明状，使贝壳基材上特有的光泽和纹理得以显现，使刻度盘更显高贵艺术美感。

Description

一种在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法

技术领域

本发明涉及一种在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法。

背景技术

手表刻度盘，俗称表面板，有各种各样的外观样式，从材料到美饰设计、从加工方法到涂装工艺，呈现五花八门，也花尽人们的心思。最常用的材料是铝和铜片，常用的美饰手法有压纹、丝印、镶嵌、油漆、染色等数不胜数。有一种不常见的方式是采用贝壳作为刻度盘的基材。贝壳表面显露出丰富的干涉色彩，具有独特的光泽和纹理，具有特殊的美感，非常时尚。贝壳刻度盘传统的美饰工艺是油漆和染色，但均无法提升其金属质感或陶瓷质感。

如果采用真空镀膜技术在贝壳刻度盘上镀上很薄的金属膜或金属化合物薄膜，不但使可以使贝壳刻度盘呈现出多种色彩，如银白色、金色、玫瑰金色、黑色、蓝色、咖啡色等，还可以使贝壳显现出金属质感或陶瓷质感，且由于该镀层很薄呈半透明状，人们还可以看见贝壳上特有的变幻的珍珠光泽和纹理，具有独特的艺术美感。

2012年已终止的中国实用新型专利200820701979.9，名称为“一种贝壳装饰片”，该专利公开了在贝壳基材的外表面镀覆一层金属膜或陶瓷膜，膜厚不超过1微米，基材和薄膜之间设有一层钛膜，但未公开镀膜的工艺。

2009年4月29日公开的申请号为200810218416.5中国发明专利，名称为“一种贝壳装饰片及其加工方法”，该专利公开了一种在贝壳片上真空镀金属膜和陶瓷膜的方法：采用金属或陶瓷材料靶材、用中频真空溅射镀膜。先在基材上进行离子清冼，再预镀一层钛膜，再后在其上用中频溅射镀金属膜或陶瓷膜，膜厚不超过1微米，镀膜时温度为70度，出炉为60度。

上述专利所涉及的在贝壳上真空镀陶瓷膜的工艺是不合理的，业内人士都清楚，陶瓷材料的靶材是不导电的，是不能用中频溅射法溅射沉积成陶瓷膜的，所以该发明是不能实现的。

此外，贝壳是生物材料，含水份多，材质较脆，真空镀膜会大量放气，且容易碎裂，该专利没有提及在贝壳上真空镀膜关键的技术措施以适应此特点，这往往导致镀膜的成败。

另外，该专利提及在贝壳预镀钛底层前进行离子清洗，但没有提及负偏压参数，如果按常规离子清洗工艺参数，该操作非常容易导致贝壳碎裂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能显著提高成品率的在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法。

本发明通过如下技术方案解决其技术问题：一种在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法，其特征在于，包括在镀膜前将干净干燥的贝壳手表刻度盘在80℃以下进行2个小时以上烘烤的步骤，以给贝壳排湿排气，该步骤能显著提升在贝壳上真空镀膜的成品率。

作为本发明的优选实施方式，所述在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法具体包括如下步骤：

1）抽真空：将干净干燥的的贝壳手表刻度盘放入真空炉的镀膜室内，并抽真空；

2）加热：在真空炉中将贝壳手表刻度盘在80℃以下进行2个小时以上烘烤；

3）采用阴极电弧镀底层，采用中频溅射法，或中频溅射法和/或阴极电弧镀表面层，所述底层和表面层均采用低偏压镀膜；

4）出炉：贝壳手表刻度盘随炉冷却后出炉。

本方法采用低偏压阴极电弧镀底层，并不采用高能量辉光清洗和离子清洗，有利于降低贝壳的碎片率，进一步提高本发明贝壳手表刻度盘的成品率。

步骤3）的具体过程如下：

向镀膜室内充入惰性气体，根据颜色需求，选择相应颜色对应的方法镀底层和表面层：

底层，底层膜厚在0.1微米以下，镀膜温度在80℃以下：

a)金色和玫瑰金色：采用Ti阴极电弧镀底层；

b)银白色：采用Ti阴极电弧镀底层；

c)枪黑色：采用Cr阴极电弧镀底层；

表面层，表面层膜厚在0.5微米以下，镀膜温度在80℃以下：

d)金色：采用Au靶直流磁控溅射镀表面层；

e)玫瑰金色：采用玫瑰金即Au和Cu的合金靶和Cu靶用磁控溅射镀表面层；

f)银白色：采用Cr阴极电弧镀表面层；

g)枪黑色：采用多层复合膜结构，包括中间层和顶层，所述中间层由两层以上膜层构成：

g-1）中间层的第一层：采用Cr阴极电弧镀过渡层后，采用Ti靶和石墨靶，用中频磁控溅射镀由Ti到TiC、碳量梯度渐增的梯度层；

g-2)中间层的最上层：采用Cr阴极电弧镀过渡层后，采用Ti靶和石墨靶，用中频磁控溅射镀由Ti到TiC的梯度层，获得碳量梯度渐增而钛量梯度渐降的梯度层，最后再镀纯非晶碳层；

g-3）顶层：为石墨中頻磁控溅射靶，并充入乙炔或甲烷反应气体，镀含H的非晶碳膜层。

在步骤g-1）与g-2)之间还包括重复步骤g-1）一次以上的步骤。

步骤3）中所述的低偏压指偏压在-30V以下，防止贝壳片碎裂。

步骤4）中贝壳手表刻度盘随炉冷却到50℃以下后出炉。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1）本发明方法能在贝壳手表刻度盘上镀上金色、玫瑰金色、银白色和枪黑色膜层等，使贝壳手表刻度盘呈现出金属或陶瓷质感，且呈半透明状，使贝壳基材上特有的光泽和纹理得以显现，使刻度盘更显高贵艺术美感，而且本发明方法经生产实践证实可靠有效，且成品率高，实施过程中绿色环保，无污染，具有非常好的市场前景；

2）采用本发明方法获得的镀层颜色均匀，颜色色调与深浅可调，可满足多种美饰设计要求。

附图说明

图1为本发明在贝壳手表刻度盘上镀金色、玫瑰金色、银白色后的结构示意图；

图2为本发明在贝壳手表刻度盘上镀枪黑色膜后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步描述：

本实施例在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法具体包括如下步骤：

1）抽真空：将干净干燥的贝壳手表刻度盘放入真空炉的镀膜室内，并抽真空达6x10^-3Pa。

2）加热：由于贝壳材料含水量高，在真空炉中将贝壳手表刻度盘在80℃以下进行2个小时以上烘烤, 使贝壳充分除湿排气。现有技术中，一般只有入炉前的烘烤步骤，该步骤的作用是烘掉贝壳表面残留的水分。而贝壳作为生物材料，内部本身就含有很多水份。且这些水份的去除，不能通过高温烘烤，温度过高水排出过猛会导致贝壳碎裂，一般采用70至80℃长时间烘烤，让贝壳内部的水份缓慢释放出。真空条件下烘烤能更有效地使贝壳片内的水份充分排出，排出水气随即被抽走，降低了贝壳片表面的饱和蒸气压，有利于后续水份地排出。本发明的贝壳实在进行了入炉前的烘烤与入炉后的真空烘烤两步，确保镀膜质量和安全。

3）采用阴极电弧镀底层，采用中频溅射法，或中频溅射法和/或阴极电弧镀表面层，所述底层和表面层均采用低偏压镀膜。

4）出炉：贝壳手表刻度盘随炉冷却到50℃以下后出炉。出炉温度低可减少出炉贝壳片的内外温差，降低热应力，防碎裂，更安全。

本发明不采用高能量辉光清洗和离子清洗，有利于降低贝壳的碎片率，进一步提高本发明贝壳手表刻度盘的成品率。

行业内共识，离子清洗与镀底层即镀基材与表面镀层之间的过渡层是镀膜作业过程中的两个步骤，前者是用高能离子把被镀基材表面不洁物和氧化皮轰击(反溅)出来，使表面净化，后者是在基材表面上沉积一层与基材和表面镀层亲和力都良好的过渡层，以提高两者的结合力，通常采用金属Ti或Cr作为这个过渡底层。若用阴极电弧来完成这两个步骤的话，离子轰击清洗阶段必须用较高负偏压，增加离子能量轰击(反溅)净化基体，并非把靶材粒子镀到基材表面，到打底层阶段时再把负偏压降下来，让靶材粒子以适量能量飞到基材表面并沉积，与其生成结合力良好的过渡底层。鉴于贝壳片不能用高偏压作离子清洗的，否则贝壳片会碎裂，本发明直接省去了“离子清洗”的步骤，而直接采用阴极电弧镀底层，这是因为阴极电弧镀粒子能量高，沉积速度快，表面较粗糙，镀层结合力好。

上述步骤3）中镀底层和表面层的具体步骤如下：

底层是贝壳基材与表面层之间的过渡层，它应与上下两者都有互融性，才有良好的结合力。不同颜色的表面层所选用的材料不同，所以其底层材料也应不同，故镀底层的靶材和工艺各异。底层一般为阴极电弧镀的Ti或Cr层。

镀底层：

向镀膜室中充入氬气至8.5x10^-2~3x10^-1Pa，采用低偏压镀底层，偏压在-30V以下，占空比50%，底层膜厚在0.1微米以下，镀膜温度80℃以下。采用低温低偏压镀膜工艺，以防止贝壳片碎裂，镀层控制在0.1微米以下，使镀层具有半透明效果。

a)金色和玫瑰金色：轮流开启多个小圆型Ti阴极电弧镀底层，弧流70A，共镀3分钟；

b)银白色：开启多个小圆型Ti阴极电弧镀底层，弧流70A，镀2分钟；

c)枪黑色：开启多个小圆型Cr阴极电弧镀底层，弧流65A，镀2分钟；

镀表面层：

向镀膜室中充入氬气至1.5~3x10^-1Pa，采用低偏压镀膜，偏压在-30V以下，占空比50%，表面层膜厚在0.5微米以下，以使其具有半透明效果，镀膜温度80℃以下。

d)金色：采用Au靶直流磁控溅射镀表面层，靶流为直流2A，配直流偏压-30V以下，镀15分钟；

e)玫瑰金色：采用玫瑰金靶即Au和Cu的合金靶和Cu靶，以直流磁控溅射镀表面层，玫瑰金靶流为直流2A，Cu靶流为直流0.5A以下，配直流偏压-30V以下，共镀15分钟；

f)银白色：开启多个Cr阴极电弧，弧流65A，控制镀膜温升不超过80度，镀20分钟；

g)枪黑色：为多层复合膜结构，包括中间层和顶层，所述中间层由两层以上膜层构成，控制镀膜温度不超过80℃：

g-1）中间层的第一层：偏压-30V以下，占空比50%，开启多个Cr阴极电弧，弧流65A，镀Cr 3分钟，关弧，获得过渡层后，开启Ti中频磁控溅射靶，靶流30A，先镀几分钟，随后开启石墨中频磁控溅射靶，即掺入C使其反应合成TiC，石墨靶的靶流从5A梯度递增至15A，镀层从Ti到TiC，共镀8分钟，获得由Ti到TiC的梯度层，停镀冷却；

g-2)重复步骤g-1）镀中间层的第二层，重复次数越多，镀层黑度越深；

g-3)镀中间层的最上层，先重复步骤g-1前半段，即镀Cr 3分钟，关弧，获得过渡层后，再开启Ti中频磁控溅射靶，靶流30A，先镀几分钟，随后开启石墨中频磁控溅射靶，即掺入C使其反应合成TiC，石墨靶的靶流从5A梯度递增至15A，同时Ti靶从30A梯度递降至5A，维持3分钟后停Ti靶，获得碳量梯度渐增而钛量梯度渐降的TiC梯度层，最后只开石黑靶镀纯非晶碳膜，总共镀8分钟，停镀冷却；

g-4）顶层：开启石墨中頻磁控溅射靶，靶流20A，镀几分钟后，充入乙炔气体，从10SCCM渐增至40SCCM，镀含H的非晶碳膜，共镀35分钟。

镀金色、玫瑰金色、银白色后的贝壳手表刻度盘的结构示意图如图1所示，1为贝壳手表刻度盘，2为底层，3为镀金色或玫瑰金色或银白色表面层，镀这些膜层使贝壳手表刻度盘呈现出相应色彩的金属质感。

镀枪黑色后的贝壳手表刻度盘的结构示意图如图2所示，1为贝壳手表刻度盘，2为底层，3为中间层的第一层，4为中间层的第二层，结构与第一层相同，5为中间层的第三层，也为中间层的最上层，6为顶层，是含氢非晶碳膜层。按本发明方法镀本发明镀枪黑色膜层后，能使贝壳手表刻度盘呈现出黑色的陶瓷质感，且还能透过枪黑色膜层看到贝壳表面特有的光泽和纹理。

Claims (4)

1.一种在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法，其特征在于，包括在镀膜前将干净的贝壳手表刻度盘在80℃以下进行2个小时以上烘烤的步骤；

具体步骤如下：

1)抽真空：将干净干燥的贝壳手表刻度盘放入真空炉的镀膜室内，并抽真空；

2)加热：在真空炉中将贝壳手表刻度盘在80℃以下进行2个小时以上烘烤；

3)采用阴极电弧镀底层，采用中频溅射法和/或阴极电弧镀表面层，所述底层和表面层均采用低偏压镀膜，镀膜温度均控制在80℃以下，所述的低偏压指偏压在-30V以下；

4)出炉：贝壳手表刻度盘随炉冷却后出炉。

2.根据权利要求1所述的在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法，其特征在于，步骤3)的具体过程如下：

向镀膜室内充入惰性气体，根据颜色需求，选择相应颜色对应的方法镀底层和表面层：

底层，底层膜厚在0.1微米以下：

a)金色和玫瑰金色：采用Ti阴极电弧镀底层；

b)银白色：采用Ti阴极电弧镀底层；

c)枪黑色：采用Cr阴极电弧镀底层；

表面层，表面层膜厚在0.5微米以下：

d)金色：采用Au靶直流磁控溅射镀表面层；

e)玫瑰金色：采用玫瑰金即Au和Cu的合金靶和Cu靶直流磁控溅射镀表面层；

f)银白色：采用Cr阴极电弧镀表面层；

g)枪黑色：为多层复合膜结构，包括中间层和顶层，所述中间层由两层以上膜层构成：

g-1)中间层的第一层：采用Cr阴极电弧镀过渡层后，采用Ti靶和石墨靶，用中频磁控溅射镀由Ti到TiC、碳量梯度渐增的梯度层；

g-2)中间层的最上层：采用Cr阴极电弧镀过渡层后，采用Ti靶和石墨靶，用中频磁控溅射镀由Ti到TiC的梯度层，获得碳量梯度渐增而钛量梯度渐降的梯度层，最后再镀纯非晶碳层；

g-3)顶层：采用石墨中頻磁控溅射靶，并充入乙炔或甲烷反应气体，镀含H的非晶碳膜层。

3.根据权利要求2所述的在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法，其特征在于，在步骤g-1)与g-2)之间还包括重复步骤g-1)一次以上的步骤。

4.根据权利要求1所述的在贝壳手表刻度盘上真空镀膜的方法，其特征在于，步骤4)中贝壳手表刻度盘随炉冷却到50℃以下后出炉。