CN104999842A

CN104999842A - 一种增强耐盐雾性的装饰涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN104999842A
Application number: CN201510423258.7A
Authority: CN
Inventors: 林朝宗
Original assignee: Benefit Solid (shanghai) Vacuum Equipment Technology Co Ltd
Current assignee: Benefit Solid (shanghai) Vacuum Equipment Technology Co Ltd
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2015-10-28

Abstract

本发明提供了一种增强耐盐雾性的装饰涂层，包括基体、打底层和耐盐雾装饰层，所述基体为不锈钢材质，所述耐盐雾装饰层为利用TiAl靶和Zr靶共镀或Cr靶和Zr靶共镀所制得的复合陶瓷层。合成该涂层可采用反应磁控溅镀方法，通过改变反应气体含量、基体偏压和占空比使涂层获得不同颜色和亮度。该涂层膜基结合力好，重复性高，色差小，耐盐雾腐蚀能力强，具有很好的装饰防护功能。

Description

一种增强耐盐雾性的装饰涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂层表面处理领域，尤指一种利用真空镀膜技术制备增强耐盐雾性的装饰涂层及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展和人类生活水平的不断提高，对各种材料如装饰材料的要求趋于环保化、多功能化、高强轻质化等方向发展。得益于全球经济一体化的发展，现今诸多产品远销世界各地。而在海洋运输环境中，海洋环境中的Cl离子对金属具有很强的腐蚀性。盐雾腐蚀是电化学腐蚀的一种。这就要求产品外壳在满足外观属性的同时具备一定的耐盐雾腐蚀性。

对比文件1，专利申请号：200510007098.4，申请人：F.波尔希名誉工学博士公司，申请日：2005.2.7，本案公开了“制造耐腐蚀装饰涂层的方法和用于金属基底的涂层系统”，包括在基底上涂覆一个粘着层，涂漆，用一种金属等离子技术形成涂层，主要是电镀方法镀铬的步骤。但该方法需要用到电镀Cr工艺，严重污染环境，已逐步被社会淘汰。

对比文件2，专利申请号：200480038871.7，申请人：山特维克知识产权股份有限公司，申请日：2004.12.15，本案公开了“涂覆装饰性涂层的不锈钢条带”，涉及在连续卷式工序中，制造被涂覆的不锈钢带的方法，该方法导致所涂覆的薄的装饰性涂层具有卓越的附着性。装饰性涂层在连续卷式工序中利用物理气相沉积技术沉积优选低于10μm厚度的均匀分布的涂层。作为选择，装饰性表面涂饰层也可在两步工序中生产，在完成物理气相沉积适当涂层后，进行适当的热处理，涂覆薄层转换为装饰性表面涂饰层。但该方法需进一步进行热处理，工艺较为复杂。

对比文件3，专利申请号：200710103673.X，申请人：北京实力源科技开发有限责任公司刘阳，申请日：2005.2.7，本案公开了“一种装饰防护涂层及其合成方法”，提供一种低压气相沉积合成黑色及所需相近颜色的硬质装饰防护涂层，提供膜层硬度和耐划伤能力，并避免膜层变色。但该方案提供的涂层没有很好的耐盐雾性。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术中的不足，利用中频反应磁控溅镀的方法，提供一种增强耐盐雾性的装饰涂层。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种增强耐盐雾性的装饰涂层，包括基体和沉积在基体上的打底层和耐盐雾装饰层，所述基体为不锈钢材质，所述耐盐雾装饰层为利用TiAl靶和Zr靶共镀或Cr靶和Zr靶共镀所制得的复合陶瓷层。根据本发明的一个实施例，耐盐雾装饰层为TiAl靶和Zr靶共镀所制得的TiAl/Zr共镀复合陶瓷层，打底层为TiAl合金。根据本发明的另一个实施例，耐盐雾装饰层为Cr靶和Zr靶共镀所制得的Cr/Zr共镀复合陶瓷层，打底层为CrZr合金。

本发明的另一目的是针对现有技术中的不足，利用中频反应磁控溅镀的方法，提供一种增强耐盐雾性的装饰涂层的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种增强耐盐雾性的装饰涂层的制备方法，其特征在于涂层结构包括沉积在基体上的打底层和耐盐雾装饰层，该制备方法包括以下步骤：A、基体溅镀前的预清洗；B、对基体施加偏压进行Ar等离子体辉光清洗；C、中频磁控反应溅镀打底层和耐腐蚀装饰涂层。

基体溅镀前的预清洗依序为碱液清洗除油去污、纯水超声清洗、烘干；Ar等离子体辉光清洗工艺条件为Ar气流量700sccm，气压0.8-1pa，基体偏压400-550V，时间10-15min；溅镀TiAlZr体系涂层时TiAl靶和Zr靶装于中频耦合对靶位，溅镀CrZr体系涂层时Cr靶和Zr靶装于中频耦合对靶位；反应气体为N₂和C₂H₂，通过改变反应气体含量获得不同颜色和亮度；通过改变基体偏压和占空比获得不同颜色和亮度，偏压80～200V，占空比50～60％。

本发明的有益效果：本发明涂层与基体结合牢固，色泽靓丽，使装饰涂层具有很好的耐盐雾性，同时也具备很好的表面硬度、耐磨性，增加了产品的附加价值。

附图说明

图1是本发明涂层的一种结构示意图。

图2是本发明涂层的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的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。

如图所示，一种增强耐盐雾性的装饰涂层，包括基体10、打底层20和耐盐雾装饰层30，所述基体为不锈钢材质。根据本发明的第一实施例，耐盐雾装饰层20为TiAl靶和Zr靶共镀所制得的复合陶瓷层，打底层为TiAl合金。根据本发明的第二实施例，耐盐雾装饰层30为Cr靶和Zr靶共镀所制得的复合陶瓷层，打底层20为CrZrN复合陶瓷。在所述第二实施例中，该装饰涂层还可以增加一层收底层40，所述收底层为CrN、CrZrN、CrCN陶瓷中的一种。

TiAl/Zr共镀所得涂层为蓝黑色，利用分光测色计测得其色差值分别为L(明度值)42～53，a(色度值)-2～+2，b(色度值)-2～+2。中性盐雾测试时间超过48Hr，而一般工艺只要求耐盐雾大于24Hr即合格。未出现不良。Cr/Zr共镀所得涂层为银白色，L值75～85，a值-2～+2，b值-2～+5。中性盐雾测试时间超过93Hr未出现不良。总涂层厚度为1～2μm。涂层经过百格测试、90度折弯测试、CS-10橡皮摩擦测试，具有优异的膜基结合力和耐磨性。

在反应磁控溅射合成所述耐盐雾装饰涂层的过程中，加入反应镀膜室内的工作气体可包括惰性气体氩气和反应气体N₂、C₂H₂。其中，通过改变对基体施加的偏压、占空比，改变反应过程中N₂和C₂H₂的相对比例来控制膜层颜色、光泽及其耐盐雾性能。其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很好的满足客户要求，具有耐盐雾、耐磨、耐划伤等特性，使产品具有很好的附加价值。

实施例1：TiAl/Zr对靶共镀TiAlZrCN复合陶瓷涂层，涂层结构为基体/TiAl/TiAlZrCN。

在型号为YG-1612物理气相沉积设备中，通入N₂和C₂H₂，采用TiAl和Zr对靶中频反应磁控溅镀方法沉积TiAlZrCN复合陶瓷涂层。其中，在1×10^-3pa的背底真空下，通入Ar调节气压为0.8pa，对基体施加400-500V偏压进行15min的Ar等离子体辉光清洗后，首先利用TiAl靶溅镀方法沉积TiAl作为打底层，接入加入N₂和少量C₂H₂反应气体，反应过程中逐渐增加N₂流量，采用TiAl和Zr对靶中频反应磁控溅镀方法沉积TiAlZrCN复合陶瓷涂层。优选的，N₂气流量50->210sccm，C₂H₂气流量30sccm，基体偏压150V，电源占空比50％，TiAl/Zr对靶电流30A，总反应时间85min。具体参数见下表。溅镀TiAl/Zr共镀复合陶瓷层时TiAl靶和Zr靶装于中频耦合对靶位，TiAl靶含量为Ti:Al＝70％:30％,纯度大于99.95％，Zr靶纯度均大于99.95％。将Ti:Al＝70％:30％的比例制作TiAl靶，可以将沉积涂层中Ti、Al含量比例更加恒定，保证涂层质量。而Zr元素的沉积速度与Ti、Al不同，因此将其制作在两个靶位上。

反应过程中，逐渐增加N2含量可以保证膜层逐渐由金属向陶瓷转变，使薄膜具有较小的内应力，且保证薄膜良好的粘附性。少量的C2H2可以使涂层具有深邃的蓝黑色。优选的，对工件施加的偏压定为150V，占空比为50％，此时涂层具有客户所需的明暗度。若是增加偏压，涂层的L明度值随之增加。而增加占空比，则会略微减小L值。

涂层厚度1.6μm，涂层成分为Ti 15-25％，Al 5-10％，Zr 50-60％，C x％，N y％。x，y值根据工艺的变化在一定范围浮动。L＝49.72，a＝-0.40，b＝-1.49。中性盐雾试验超过48Hr未出现不良。涂层经过百格测试、90度折弯测试、CS-10橡皮摩擦测试，具有优异的膜基结合力和耐磨性。

实施例2：Cr/Zr对靶共镀CrZrN复合陶瓷涂层，涂层结构为基体/CrZr/CrZrN。

在型号为YG-1612物理气相沉积设备中，通入N₂，采用Cr和Zr对靶中频反应磁控溅镀方法沉积CrZrN复合陶瓷涂层。其中，在1×10^-3pa的背底真空下，通入Ar调节气压为0.8pa，对基体施加400-500V偏压进行15min的Ar等离子体辉光清洗后，先利用Cr和Zr对靶中频反应磁控溅镀方法沉积CrZr作为打底层，然后加入N2反应气体，沉积陶瓷膜层。优选的，Ar气流量450sccm，N2气流量120sccm，基体偏压100-200V，电源占空比50％，Cr/Zr对靶电流35A，总反应时间70min。Cr靶和Zr靶纯度均大于99.95％

涂层厚度0.9μm，L＝82.42，a＝-0.25，b＝3.72。中性盐雾试验超过93Hr未出现不良。

实施例3：Cr/Zr对靶共镀CrZrN复合陶瓷涂层，涂层结构为基体/CrZr/CrZrN/CrCN。

在型号为YG-1612物理气相沉积设备中，通入N₂，采用Cr和Zr对靶中频反应磁控溅镀方法沉积CrZrN复合陶瓷涂层。其中，在1×10^-3pa的背底真空下，通入Ar调节气压为0.8pa，对基体施加400-500V偏压进行15min的Ar等离子体辉光清洗后，利用Cr和Zr对靶中频反应磁控溅镀方法沉积CrZr合金作为打底层，然后加入N₂反应气体，沉积陶瓷膜层，最后加入C₂H₂反应气体，利用Cr靶沉积CrCN作为收底层，使得原本银白色的涂层的b值(色度值)变大。优选的，Ar气流量450sccm，N₂气流量120sccm，基体偏压100-200V，电源占空比50％，Cr/Zr对靶电流35A。收底层只开Cr靶，电流35A，N₂气流量10sccm，基体偏压150V，电源占空比60％。总反应时间70min。

涂层厚度1.1μm，L＝83.82，a＝-0.43，b＝-1.67。中性盐雾试验超过63Hr未出现不良。

Claims

1.一种增强耐盐雾性的装饰涂层，其特征在于：所述增强耐盐雾性的装饰涂层包括基体和沉积在基体上的打底层和耐盐雾装饰层，所述基体为不锈钢材质，所述耐盐雾装饰层为利用TiAl靶和Zr靶共镀或Cr靶和Zr靶共镀所制得的复合陶瓷层。

2.根据权利要求1所述的耐盐雾装饰涂层，其特征在于：所述耐盐雾装饰层为TiAl靶和Zr靶共镀所制得的TiAl/Zr共镀复合陶瓷层，打底层为TiAl合金。

3.根据权利要求1所述的耐盐雾装饰涂层，其特征在于：所述耐盐雾装饰层为Cr靶和Zr靶共镀所制得的Cr/Zr共镀复合陶瓷层，打底层为CrZr合金。

4.根据权利要求3所述的耐盐雾装饰涂层，其特征在于：所述耐盐雾装饰层还包括一层收底层，所述的收底层为CrN、CrZrN、CrCN陶瓷中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种耐盐雾装饰涂层，其特征在于：耐盐雾装饰涂层厚度为1～2μm。

6.根据权利要求1所述的一种耐盐雾装饰涂层的制备方法，其特征在于：所述的涂层制备步骤包括：

1）基体溅镀前的预清洗；

2）对基体施加偏压进行Ar等离子体辉光清洗；

3）中频磁控反应溅镀打底层和耐盐雾装饰涂层。

7.根据权利要求6所述的一种耐盐雾装饰涂层的制备方法，其特征在于：基体溅镀前的预清洗依序为碱液清洗除油去污、纯水超声清洗、烘干。

8.根据权利要求6所述的一种耐盐雾装饰涂层的制备方法，其特征在于：Ar等离子体辉光清洗工艺条件为Ar气流量700sccm，气压0.8-1pa，基体偏压400-550V，时间10-15min。

9.根据权利要求6所述的一种耐盐雾装饰涂层的制备方法，其特征在于：溅镀TiAl/Zr共镀复合陶瓷层时TiAl靶和Zr靶装于中频耦合对靶位，溅镀Cr/Zr共镀复合陶瓷层时Cr靶和Zr靶装于中频耦合对靶位，TiAl靶含量为Ti:Al=70%:30%,纯度大于99.95%，Cr靶和Zr靶纯度均大于99.95%。

10.根据权利要求6所述的一种耐盐雾装饰涂层的制备方法，其特征在于：反应气体为N₂和C₂H₂，对工件施加的偏压80～200V，电源占空比50～60%，通过增加偏压使得明度值变大，增加占空比使得明度值下降。