CN110863173B - Pvd膜层及其制备方法及具有该膜层的金属制品 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种PVD膜层，用于沉积在基材上，PVD膜层包括依次层叠于基材表面的Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层。本申请还提出了一种PVD膜层的制备方法，包括：提供一基材；对所述基材进行离子清洗；依次在所述基材的表面沉积Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层。本申请还提出了一种金属制品，包括一基材及镀设在所述基材表面的PVD膜层。本申请获得的金属制品的Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层之间具有较强的结合力，且外观色差较为稳定。

Description

PVD膜层及其制备方法及具有该膜层的金属制品
技术领域
本申请涉及镀膜领域，尤其涉及一种PVD膜层及其制备方法及具有该膜层的金属制品。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对日常使用的各种物品(包括电子设备产品)外观的美学要求越来越高。电子设备产品的外观效果引起广泛重视，产品外壳的表面处理也在追求美观大方或个性时尚。
现有技术中通常采用真空磁控溅射技术在壳体表面沉积颜色层，但该颜色层与壳体之间的结合力较小，使用过程中部分颜色层容易从壳体表面剥落，导致失去光泽感。
发明内容
有鉴于此，有必要提出一种PVD膜层及其制备方法及具有该膜层的金属制品。以解决此问题。
本申请的第一方面提供一种PVD膜层，用于沉积在基材上，所述PVD膜层包括依次层叠于所述基材表面的Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层；
其中，在CraNb过渡层中，a为Cr的原子数，b为N的原子数，a：b＝(28-39)：(10-13)；
在XdCreNf过渡层中，X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe、Ti和Si中的一种，XdCreNf过渡层中，d为X的原子数，e为Cr的原子数，f为N的原子数；
在YgChCriNj颜色层中，Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Si和Fe中的一种，g为Y的原子数，h为C的原子数，i为Cr的原子数，j为N的原子数。
进一步地，在XdCreNf过渡层中，当X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe和Si中的一种时，d、e、f的原子数比为：(40-46)：(22-32)：(12-16)。
进一步地，在XdCreNf过渡层中，当X为元素Ti，d、e、f的原子数比为：1:6:3。
进一步地，在YgChCriNj颜色层中，当Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S和Fe中的一种时，g、h、i、j的原子数比为：(14-18)：(8-36)：19：(17-20)。
进一步地，在YgChCriNj颜色层中，当Y为元素Si，g、h、i、j的原子数比为：(34-52)：(28-43)：(6-10)：(5-9)。
本申请第二方面一种PVD膜层的制备方法，包括以下步骤：
提供一基材；
对所述基材进行离子清洗；
依次在所述基材的表面沉积Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层，其中，在CraNb过渡层中，a为Cr的原子数，b为N的原子数，a：b＝(28-39)：(10-13)；
在XdCreNf过渡层中，X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe、Ti和Si中的一种，d为X的原子数，e为Cr的原子数，f为N的原子数；
在YgChCriNj颜色层中，Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Si和Fe中的一种，g为Y的原子数，h为C的原子数，i为Cr的原子数，j为N的原子数。
进一步地，对所述基材进行离子清洗的具体步骤包括：
将所述基材放置于镀膜机腔室内；
将所述镀膜机腔室进行抽真空，及将所述镀膜机腔室加热第一预设温度并保持第一预设时间；
向所述镀膜机腔室内持续通入第一气流量的氩气，直至所述镀膜机腔室内的温度下降至第二预设温度；
向所述镀膜机腔室内持续通入第二气流量的氩气，同时通过所述镀膜机向所述基材施加第二预设时间的第一偏压，以对所述基材进行离子清洗；
其中，所述第一预设温度为110℃-130℃；所述第一预设时间为1.6h-2.4h；所述第一气流量为800sccm-1200sccm；所述第二预设温度为90℃-110℃；所述第二气流量为800sccm-1200sccm；所述第二预设时间为24min-36min；所述第一偏压为800V-1200V。
进一步地，所述依次在所述基材的表面沉积Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层的步骤如下：
向所述镀膜机腔室内持续通入第三气流量的氩气，开启铬靶，通过所述镀膜机对所述铬靶施加第一电流，通过所述镀膜机向所述基材施加第二偏压，以在所述基材的表面沉积Cr打底层；
向所述镀膜机腔室内持续通入第四气流量的氩气和第五气流量的氮气，开启铬靶，通过所述镀膜机对所述铬靶施加第二电流，通过所述镀膜机向所述基材和所述Cr打底层施加第三偏压，以在所述Cr打底层的表面沉积CraNb过渡层；
向所述镀膜机腔室内持续通入第六气流量的氩气和第七气流量的氮气，开启铬靶和X靶，通过所述镀膜机对所述铬靶施加第三电流，通过所述镀膜机对所述X靶施加第四电流，通过所述镀膜机向所述基材、所述Cr打底层及所述CraNb过渡层施加第四偏压，以在所述CraNb过渡层的表面沉积所述XdCreNf过渡层，所述X靶为铝靶、钼靶、银靶、铌靶、镍靶、硫靶、铁靶、钛靶和硅靶中的一种；
向所述镀膜机腔室内持续通入第八气流量的氩气、第九气流量的氮气和第十气流量的乙炔，开启铬靶和Y靶，通过所述镀膜机对所述铬靶施加第五电流，通过所述镀膜机对所述Y靶施加第六电流，通过所述镀膜机向所述基材、所述Cr打底层、所述CraNb过渡层及所述XdCreNf过渡层施加第五偏压，以在所述XdCreNf过渡层的表面沉积所述YgChCriNj颜色层，所述Y靶为钛靶、铝靶、钼靶、银靶、铌靶、镍靶、硫靶、硅靶和铁靶中的一种。
进一步地，所述第三气流量为400sccm-600sccm；所述第一电流为8.5A-13.5A；所述第二偏压为160V-200V；所述Cr打底层的沉积时间为32min-40min；
所述第四气流量为400sccm-600sccm；所述第五气流量为20sccm-50sccm；所述第二电流为8A-12A；所述第三偏压为120V-240V；所述CraNb过渡层的沉积时间为160min-240min；
所述第六气流量为400sccm-600sccm；所述第七气流量为45sccm-75sccm；所述第三电流为4.5A-7.5A；所述第四电流为8A-12A；所述第四偏压为120V-180V；所述XdCreNf过渡层的沉积时间为8min-12min；
所述第八气流量为160sccm-240sccm；所述第九气流量为45sccm-75sccm；所述第十气流量为9sccm-15sccm；所述第五电流为1.5A-2.5A；所述第六电流为8.5A-13.5A；所述第五偏压为160V-240V；所述YgChCriNj颜色层的沉积时间为60min-100min。
本申请第三方面提出了一种金属制品，包括一基材及镀设在所述基材表面的PVD膜层，所述PVD膜层为上述的PVD膜层。
本申请通过在基材表面依次层叠Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层，由于Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层均具有相同的金属元素，使得各个镀层之间具有较强的结合力，可有效避免发生脱模的问题，且获得的金属制品的外观色差较为稳定。
附图说明
图1为本申请一实施方式中的金属制品的剖视图。
图2为本申请一实施方式中的PVD膜层的制备方法的流程图。
图3为图2中的对基材进行离子清洗的具体流程图。
图4为图2中的依次在基材的表面沉积Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层的具体流程图。
主要组件符号说明
金属制品 100
基材 10
PVD膜层 20
Cr打底层 21
Cr<sub>a</sub>N<sub>b</sub>过渡层 22
X<sub>d</sub>Cr<sub>e</sub>N<sub>f</sub>过渡层 23
Y<sub>g</sub>C<sub>h</sub>Cr<sub>i</sub>N<sub>j</sub>颜色层 24
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
请参照图1，图1为本申请一实施方式中的金属制品100，包括一基材10及PVD膜层20。
具体地，PVD膜层20包括依次层叠于基材10表面的Cr打底层21、CraNb过渡层22、XdCreNf过渡层23、YgChCriNj颜色层24。
其中，Cr打底层21为透明色。
其中，在CraNb过渡层22中，a为Cr的原子数，b为N的原子数，a：b＝(28-39)：(10-13)。具体地，CraNb过渡层22为透明色。
其中，在XdCreNf过渡层23和YgChCriNj颜色层24中，X和Y为调色元素，通过调整X和/或Y的元素种类及XdCreNf过渡层23和YgChCriNj颜色层24中各元素之间的溅射比例(原子数比例)，从而使得膜层呈现不同的颜色。
在XdCreNf过渡层23中，X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe、Ti和Si中的一种，d为X的原子数，e为Cr的原子数，f为N的原子数。
当X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe和Si中的一种时，d、e、f的原子数比为：(40-46)：(22-32)：(12-16)。
例如，当X为元素Ag时，该镀层为AgdCreNf过渡层。
在该镀层中，通过调节Ag原子、Cr原子和N原子的溅射比例(各元素之间原子个数比值)，可以使得该膜层呈现出浅白、银白等不同的色域。
例如，当X为元素Si和C时。
在该镀层中，通过调节Si原子、C原子和N原子的溅射比例(各元素之间原子个数比值)，可以使得该膜层呈现出灰色、黑色等不同的色域。
例如，当X为元素Ti时，d、e、f的原子数比为：1:6:3。该镀层为Ti1Cr6N3过渡层。此时该镀层为黑色。
当X为元素Mo、Nb、Ni、S、Fe和Si中的一种时，其对应的镀层及颜色不再一一赘述。
在YgChCriNj颜色层24中，Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Si和Fe中的一种，g为Y的原子数，h为C的原子数，i为Cr的原子数，j为N的原子数。
当Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S和Fe中的一种时，g、h、i、j的原子数比为：(14-18)：(8-36)：19：(17-20)。
例如，当Y为元素Ti时，该镀层为TigChCriNj颜色层。
在该镀层中，通过调节Ti原子、C原子、Cr原子和N原子的溅射比例(各元素之间原子个数比值)，可以使得该膜层呈现出浅黄、黄色等不同的色域。
例如，当Y为元素Ag时，该镀层为AggChCriNj颜色层。
在该镀层中，通过调节Ag原子、C原子、Cr原子和N原子的溅射比例(各元素之间原子个数比值)，可以使得该膜层呈现出浅白、银白等不同的色域。
例如，当Y为元素S时，该镀层为SgChCriNj颜色层。
在该镀层中，通过调节S原子、C原子、Cr原子和N原子的溅射比例(各元素之间原子个数比值)，可以使得该膜层呈现出灰色、黑色等不同的色域。
当Y为元素Mo、Nb、Ni、S、Fe和Si中的一种时，其对应的镀层及颜色不再一一赘述。
其中，Cr打底层21的材料为金属Cr，铬的原子极性比现有技术中选用的钛具有更强的原子极性，与基材10表面存在的多种形态的原子和分子的结合力更强，因此更能够稳固的结合于基材10表面。
其中，在CraNb过渡层22中，由于铬氮分子间的作用力较强，且与Cr打底层21及CraNb过渡层22具有相同的金属元素铬，与Cr打底层21及XdCreNf过渡层23的结合力较大，不易剥落。
其中，在Cr打底层21、CraNb过渡层22、XdCreNf过渡层23、YgChCriNj颜色层24中，元素数依次增加，使得元素数最终呈现为金字塔状，这在镀膜的过程中，使得从里到外的Cr打底层21、CraNb过渡层22、XdCreNf过渡层23和YgChCriNj颜色层24能够通过元素数目的逐层递增，以起到逐层保护和逐层致密的效果，使得膜层结构能够从外到内的进行逐层保护，亦使得层与层之间的结合力更加稳定，形成致密的多层梯度结构，避免发生脱模。
另外，CraNb过渡层22、XdCreNf过渡层23、YgChCriNj颜色层24中结构均含有Cr元素和N元素，由于铬氮分子间的作用力较强，提高膜层之间的结合力，消除各层之间的内应力，并提高膜层硬度。其中X元素和Y元素均为调色元素，且YgChCriNj颜色层比XdCreNf过渡层23多一个元素C，这会使得YgChCriNj颜色层24的颜色比XdCreNf过渡层23的颜色深，即使部分YgChCriNj颜色层24由于外界因素脱落而裸露XdCreNf过渡层23，但是由于两者颜色相近，且XdCreNf过渡层23中由于X元素的存在，使得XdCreNf过渡层23能够对YgChCriNj颜色层24的脱落进行色差弥补，并不会影响PVD膜层整体外观效果。
其次，Cr打底层21、CraNb过渡层22、XdCreNf过渡层23、YgChCriNj颜色层24中均具有相同的金属元素Cr，CraNb过渡层22、XdCreNf过渡层23、YgChCriNj颜色层24中均具有相同的非金属元素N，这会使得各个镀层之间具有较强的结合力和支撑力，可有效避免颜色层发生脱模的问题，且获得的制品的外观色差较为稳定，可以与消除基材物理性能不匹配引起的内应力。
请参阅图2，图2是本申请一实施方式提供的PVD膜层的制作方法的流程图，包括以下步骤：
S110：提供一基材10。
其中，基材10包括但不限于是电子产品屏幕及背壳，手表屏幕及背壳、交通工具窗口(例如汽车)、航天器窗口(例如飞机)、光学镜头(例如眼镜)、五金产品(例如玻璃洁具、首饰、手表、服装配件)、玻璃、蓝宝石、陶瓷、树脂、金属。
在本实施例中，基材10为不锈钢，且基材10上复合有少量的塑胶件。
S120：对基材10进行离子清洗。
具体地，请参阅图3，对基材10进行离子清洗的步骤包括：
S121：将基材10放置于镀膜机腔室内。
其中，该镀膜机为一真空镀膜机。
S122：将镀膜机腔室进行抽真空，及将镀膜机腔室加热第一预设温度并保持第一预设时间。
其中，镀膜机腔室抽真空后的真空度为6.0*10-3Pa，在该真空度下，基材10表面缝隙内及塑胶件内的脏污会受到负压吸引而运动至基材10及塑胶件表面，有利于基材10表面缝隙内及塑胶件内的脏污的清除。
其中，第一预设温度为110℃-130℃；第一预设时间为1.6h-2.4h。
将镀膜机腔室加热第一预设温度时，基材10及塑胶件表面的水汽和油污会逐渐挥发，并在第一预设时间内除尽。在温度大于130℃并继续增加时，塑胶件会逐渐变软。而当第一预设温度小于110℃时，基材10及塑胶件表面的水汽和油污的挥发速率较慢，所耗费的时间远大于2.4h，耗费时间较长。
S123：向镀膜机腔室内持续通入第一气流量的氩气，直至镀膜机腔室内的温度下降至第二预设温度。
其中，第一气流量为800sccm-1200sccm。
氩气为惰性气体，不和金属材质的基材10发生反应，且在镀膜机内持续通入氩气过程中，镀膜机腔室内的活泼气体逐渐被排除，避免了镀膜过程中基材10与活泼气体发生反应而影响镀层和基材10之间的结合力。此气流量区间内的氩气充满镀膜机腔室的速率较快，且耗时较短。可以理解，在实际使用时，可根据实际需要选择相应气流量的氩气，例如600sccm，1400sccm。
其中，第二预设温度为90℃-110℃。
在离化后的氩离子轰击靶材并使得靶材原子或靶材分子沉积在基材10表面时，由于靶材原子或靶材分子脱离原靶材时会携带一定的能量，这会使得基材10在沉积过程中升温并升温20℃左右，在第二预设温度为90℃-110℃的区间内，即使基材10表面温度升高至最高点也不会使得基材10上的塑胶件有开始变软的趋势，从而保证了镀膜过程的顺利进行。
S124：向镀膜机腔室内持续通入第二气流量的氩气，同时通过镀膜机向基材10施加第二预设时间的第一偏压，以对基材10进行离子清洗。
其中，第二气流量为800sccm-1200sccm。第二预设时间为24min-36min。第一偏压为负压。第一偏压为800V-1200V。
氩气为离子清洗时的工作气体。在通入氩气过程中。氩气碰撞基材10时会离化为带正电的氩离子，该氩离子会与基材10表面的脏污原子或脏污分子结合在一起；由于基材10表面通入了第一偏压，第一偏压会在基材10周围形成电场，在电场作用下，结合有脏污原子或分子的氩离子会飞离基材10，以除去基材10表面的脏污。
氩气在此气流量区间时，氩气的离化速率较高，生成的氩离子较多，这使得氩离子能与基材10表面更多的脏污原子或脏污分子结合在一起；在电压为800V-1200V的第一偏压下，结合有脏污原子或分子的氩离子会更快的飞离基材10表面。这两者结合使得整个离子清洗过程耗时较短，仅为24min-36min。
可以理解地，在实际使用时，针对不同的基材10，可根据实际需要选择相应的第二气流量和第一偏压，以实现更快更好的对基材10进行离子清洗。
S130：依次在基材10的表面沉积Cr打底层21、CraNb过渡层22、XdCreNf过渡层23、YgChCriNj颜色层24，其中，a为Cr的原子数，b为N的原子数，a：b＝(28-39)：(10-13)。
请参阅图4，沉积膜层的具体步骤如下：
S131：向镀膜机腔室内持续通入第三气流量的氩气，开启铬靶，通过镀膜机对铬靶施加第一电流，通过镀膜机向基材10施加第二偏压，以在基材10的表面沉积Cr打底层21。
其中，开始通入氩气、开启铬靶、施加第一电流及施加第二偏压的步骤为同时进行，并不存在先后顺序。
其中，第三气流量为400sccm-600sccm。第一电流为8.5A-13.5A，第二偏压为160V-200V。Cr打底层21的沉积时间为32min-40min。
氩气为沉积Cr打底层21时的工作气体。在通入氩气过程中。氩气碰撞基材10时会离化为带正电的氩离子。由于基材10表面通入了第二偏压，铬靶上施加了第一电流，这会使得镀膜机腔室内形成稳定的电场和磁场，在该电场和磁场的作用下，氩离子会轰击铬靶使得铬靶原子或铬靶分子脱离铬靶并沉积在基材10表面，形成Cr打底层21。
在32min-40min内持续通入此气流量的氩气时，离化后的氩离子轰击铬靶后获得所需量的铬靶原子，并且，还能增加铬靶原子和基材10表面原子之间的镀膜配合度，改善崩膜现象。在第一电流为8.5A-13.5A，第二偏压为160V-200V的条件下，形成的电场和磁场能使得氩离子沿着一定速度轰击靶材，并使得所需量的铬靶原子或铬靶分子保持一定速率的沉积在基材10表面，以获得所需厚度的Cr打底层21，沉积后Cr打底层21和基材10之间的结合也更为稳定；并且，还能控制铬靶原子或铬靶分子的离子能量，从而提高溅射效力，调节渗透效果，增加铬靶原子或铬靶分子同基材10之间的亲和力。
可以理解地，在实际使用时，针对不同的基材10，可根据实际需要选择相应的第三气流量、第一电流和第二偏压，以实现Cr打底层21更快更稳定的结合于基材10表面及获得所需厚度的Cr打底层21。
S132：向镀膜机腔室内持续通入第四气流量的氩气和第五气流量的氮气，开启铬靶，通过镀膜机对铬靶施加第二电流，通过镀膜机向基材10和Cr打底层21施加第三偏压，以在Cr打底层21的表面沉积CraNb过渡层22。
其中，开始通入氩气、开启铬靶、施加第二电流及施加第三偏压的步骤为同时进行，并不存在先后顺序。
其中，第四气流量为400sccm-600sccm。第五气流量为20sccm-50sccm。第二电流为8A-12A。第三偏压为120V-240V。CraNb过渡层22的沉积时间为160min-240min。
氩气为沉积CraNb过渡层22时的工作气体。在通入氩气过程中。氩气碰撞Cr打底层21时会离化为带正电的氩离子。在通入氮气的过程中，氮气会碰撞Cr打底层21并离化为氮离子并游离于Cr打底层21的表面。由于基材10及Cr打底层21表面通入了第三偏压，铬靶上施加了第二电流，这会使得镀膜机腔室内形成稳定的电场和磁场，在该电场和磁场的作用下，氩离子会轰击铬靶使得铬靶原子或铬靶分子脱离铬靶并沉积在Cr打底层21表面，并与游离于Cr打底层21表面的氮离子结合形成CraNb过渡层22。
在160min-240min内持续通入此气流量区间的氩气时，离化后的氩离子轰击铬靶后获得所需量的铬靶原子或铬靶分子，并且，还能增加铬靶原子、氮原子和Cr打底层21表面原子之间的镀膜配合度，改善崩膜现象。在第二电流为8A-12A，第三偏压为120V-240V的条件下，形成的电场和磁场能使得氩离子沿着一定速度轰击靶材，并使得所需量的铬靶原子或铬靶分子保持一定速率的沉积在Cr打底层21表面。由于氮为非金属元素，铬为金属元素，氮和铬结合后两者之间的电势能较大，结合的更为稳定，且氮气在此气流量区间时，离化后的氮离子和铬结合并以一定速率沉积在Cr打底层21表面；并且，还能控制铬靶原子或铬靶分子的离子能量，从而提高溅射效力，调节渗透效果，增加铬靶原子或铬靶分子同Cr打底层21之间的亲和力。
可以理解地，在实际使用时，针对不同的基材10，可根据实际需要选择相应的第四气流量、第五气流量、第二电流、第三偏压，以实现CraNb过渡层22更快更稳定的结合于Cr打底层21表面及获得所需厚度的CraNb过渡层22。
S133：向镀膜机腔室内持续通入第六气流量的氩气和第七气流量的氮气，开启铬靶和X靶，通过镀膜机对铬靶施加第三电流，通过镀膜机对X靶施加第四电流，通过镀膜机向基材10、Cr打底层21及CraNb过渡层22施加第四偏压，以在CraNb过渡层22的表面沉积XdCreNf过渡层23。
其中，X靶为铝靶、钼靶、银靶、铌靶、镍靶、硫靶、铁靶、钛靶和硅靶中的一种。
其中，开始通入氩气和氮气、开启铬靶和X靶、施加第三电流、施加第四电流及施加第四偏压的步骤为同时进行，并不存在先后顺序。
其中，第六气流量为400sccm-600sccm。第七气流量为45sccm-75sccm。第三电流为4.5A-7.5A。第四电流为8A-12A。第四偏压为120V-180V。XdCreNf过渡层23的沉积时间为8min-12min。
氩气为沉积XdCreNf过渡层23时的工作气体。在通入氩气过程中。氩气会碰撞CraNb过渡层22时会离化为带正电的氩离子。在通入氮气的过程中，氮气会碰撞CraNb过渡层22并离化为氮离子并游离于CraNb过渡层22的表面。由于CraNb过渡层22表面通入了第四偏压，铬靶上施加了第三电流，X靶上施加了第四电流，这会使得镀膜机腔室内形成稳定的电场和磁场，在该电场和磁场的作用下，氩离子会分别轰击铬靶使得铬靶原子脱离铬靶及轰击X靶使得X靶原子脱离X靶，脱离后的铬靶原子和X靶原子会沉积在基材10表面，并与游离于XdCreNf过渡层23表面的氮离子结合形成XdCreNf过渡层23。
在8min-12min内持续通入此气流量区间的氩气时，离化后的氩离子轰击铬靶和X靶后能分别获得所需量的铬靶原子和X靶原子，并且，还能增加铬靶原子、X靶原子和CraNb过渡层22表面原子之间的镀膜配合度，改善崩膜现象。在第三电流为4.5A-7.5A、第四电流为8A-12A、第四偏压为120V-180V的条件下，形成的电场和磁场能使得氩离子沿着一定速度轰击铬靶和X靶，会使得所需量的铬靶原子和X靶原子保持一定速率的沉积在CraNb过渡层22表面。由于氮为非金属元素，铬和X均为金属元素，氮、铬及X结合后三者之间的电势能较大，结合的更为稳定，且氩气在此气流量区间时，离化后的氮离子和铬、X结合能以一定速率沉积在CraNb过渡层22表面，获得所需厚度的XdCreNf过渡层23；并且，还能控制铬靶原子或铬靶分子的离子能量，从而提高溅射效力，调节渗透效果，增加铬靶原子和X靶原子同CraNb过渡层22之间的亲和力。
可以理解地，在实际使用时，针对不同的基材10，可根据实际需要选择相应的第六气流量、第七气流量、第三电流、第四电流、第四偏压，以实现XdCreNf过渡层23更快更稳定的结合于CraNb过渡层22表面及获得所需厚度的XdCreNf过渡层23。
S134：向镀膜机腔室内持续通入第八气流量的氩气、第九气流量的氮气和第十气流量的乙炔，开启铬靶和Y靶，通过镀膜机对铬靶施加第五电流，通过镀膜机对Y靶施加第六电流，通过镀膜机向基材10、Cr打底层21、CraNb过渡层22及XdCreNf过渡层23施加第五偏压，以在XdCreNf过渡层23的表面沉积YgChCriNj颜色层24。
其中，Y靶为钛靶、铝靶、钼靶、银靶、铌靶、镍靶、硫靶、硅靶和铁靶中的一种。
其中，开始通入氩气、氮气和乙炔、开启铬靶和Y靶、施加第五电流、施加第六电流及施加第五偏压的步骤为同时进行，并不存在先后顺序。
其中，第八气流量为160sccm-240sccm。第九气流量为45sccm-75sccm。第十气流量为9sccm-15sccm。第五电流为1.5A-2.5A。所述第五偏压为160V-240V；第六电流为8.5A-13.5A。YgChCriNj颜色层24的沉积时间为60min-100min。
氩气为沉积YgChCriNj颜色层24时的工作气体。在通入氩气过程中。氩气碰撞XdCreNf过渡层23时会离化为带正电的氩离子。在通入氮气的过程中，氮气会碰撞XdCreNf过渡层23并离化为氮离子并游离于XdCreNf过渡层23表面。在通入乙炔的过程中，乙炔会碰撞XdCreNf过渡层23并离化为碳离子并游离于XdCreNf过渡层23的表面。由于基材10及XdCreNf过渡层23表面通入了第五偏压，铬靶上施加了第五电流，Y靶上施加了第六电流，这会使得镀膜机腔室内形成稳定的电场和磁场，在该电场和磁场的作用下，氩离子会分别轰击铬靶使得铬靶原子脱离铬靶及轰击Y靶使得Y靶原子脱离Y靶，脱离后的铬靶和Y靶会沉积在XdCreNf过渡层23表面，并与游离于XdCreNf过渡层23表面的氮离子、碳离子结合形成YgChCriNj颜色层24。
在60min-100min持续通入此气流量区间的氩气时，离化后的氩离子轰击铬靶和Y靶后能分别获得所需量的铬靶原子和Y靶原子，并且，还能增加铬靶原子、Y靶原子和XdCreNf过渡层23表面原子之间的镀膜配合度，改善崩膜现象。在第五电流为1.5A-2.5A、第五偏压为160V-240V、第六电流为8.5A-13.5A的条件下，形成的电场和磁场能使得氩离子沿着一定速度轰击铬靶和Y靶，并使得所需量的铬靶原子和Y靶原子保持一定速率的沉积在XdCreNf过渡层23表面。由于氮和碳均为为非金属元素，铬和Y均为金属元素，氮、碳、铬及Y结合后四者之间的电势能较大，结合的更为稳定。且氮气和乙炔在此气流量区间时，离化后的氮离子、碳离子、铬和Y结合并能以一定速率沉积在XdCreNf过渡层23表面，获得所需厚度的YgChCriNj颜色层24；并且，还能控制铬靶原子和Y靶原子的离子能量，从而提高溅射效力，调节渗透效果，增加铬靶原子和Y靶原子同YgChCriNj颜色层24之间的亲和力。
可以理解地，在实际使用时，针对不同的基材10，可根据实际需要选择相应的第八气流量、第九气流量、第十气流量、第五电流、第五偏压、第六电流，以实现YgChCriNj颜色层24更快更稳定的结合于XdCreNf过渡层23表面及获得所需厚度的YgChCriNj颜色层24。
下面对采用上述制备方法获得的不同金属制品100进行具体说明。
实施例一
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr34N11过渡层、Ti1Cr6N3过渡层、Ti16C9Cr19N17颜色层，Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为玫瑰金色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
实施例二
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr33N11过渡层、Ti1Cr6N3过渡层、Ti16C9Cr19N20颜色层，Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为浅黄色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
实施例三
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr33N11过渡层、Ti1Cr6N3过渡层、Ti16C19Cr19N17颜色层，Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为深黄色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
实施例四
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr34N11过渡层、Ti1Cr6N3过渡层、Ti16C27Cr19N17颜色层，Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为黄铜色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
实施例五
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr34N11过渡层、Ti1Cr6N3过渡层、Ti16C36Cr19N17颜色层，Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为黑色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
实施例六
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr33N4过渡层、Si43C13Cr29N14过渡层、Si43C36Cr8N7颜色层。Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为黑色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
实施例七
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr29N3过渡层、Si33C27Cr22N17过渡层、Si38C35Cr13N7颜色层。Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为绿色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
实施例八
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr34N11过渡层、Ag30C27Cr22N19过渡层、Ag38C35Cr13N7颜色层。Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为银白色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
实施例九
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、Cr33N10过渡层、Si44C11Cr22N23过渡层、Si38C23Cr5N11颜色层。Cr打底层沉积于基材表面。本实施例中，PVD膜层为蓝色。在本实施例中，各个镀层中不同元素之间原子数比例均是通过大量实验验证获得，在此不作赘述。
对比例一
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、CrN过渡层、TiCCrN颜色层。Cr打底层沉积于基材表面。
对比例二
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、CrN过渡层、TiCN颜色层。Cr打底层沉积于基材表面。
对比例三
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、CrN过渡层、CrN过渡层、ZrCrCN颜色层。Cr打底层沉积于基材表面。
对比例四
金属制品包括不锈钢材质的基材及PVD膜层，该PVD膜层包括依次层叠的Cr打底层、CrN过渡层、YCrC颜色层、YCrCN颜色层。Cr打底层沉积于基材表面。其中，Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Si和Fe中的一种。
在实施例一至实施例九中，获得的金属制品仅仅在颜色方面存在差异，而PVD膜层的色差良率和脱模良率均相同。
请参阅下面的实施例一至实施例九获得的金属制品的良率验证结果表格一。
Figure BDA0002251022940000181
请参阅下面的对比例一至对比例四获得的金属制品的良率验证结果表格二。
良率 对比例一 对比例二 对比例三 对比例四
DL 89.0％ 87.0％ 88.0％ 89.0％
DA 92.0％ 93.0％ 94.0％ 92.0％
DB 90％ 95.0％ 94.0％ 90％
色差 80％ 75％ 76％ 80％
其中，该色差良率是采用色差仪对金属制品的dL(亮度)、da(红绿色差)及db(蓝黄色差)进行检测获得，其中，-3≤dL(65.83)≤1，0.5≤da(4.67)≤0.5)，-2.5≤db(13.48)≤0.5，当产品的dL、da和db值均在上述范围内时，则该产品合格。当产品的dL、da和db值均在上述范围内时，则该产品不合格。并且当产品dL(亮度)、da(红绿色差)及db(蓝黄色差)中的其中一种良率不合格(良率为0％)时，色差良率也为0％。
从上述表格一和表格二的验证结果可以得到，实施例一至实施例九的dL(亮度)、da(红绿色差)及db(蓝黄色差)良率均大于对比例一至对比例四的dL(亮度)、da(红绿色差)及db(蓝黄色差)良率；且实施例一的色差良率均远远大于对比例一及对比例二的脱模良率。故实施例一至实施例九中的金属制品的色差更为稳定。
请参阅下面的实施例一至实施例九中获得的金属制品的结合力临界载荷及维氏硬度的验证结果表格三。
Figure BDA0002251022940000191
请参阅下面的对比例一至对比例四中获得的金属制品的结合力临界载荷及维氏硬度的验证结果表格四。
性能 对比例一 对比例二 对比例三 对比例四
载荷(N) 25 26 24 28
硬度Gpa 17 18 15 16
其中，该结合力临界载荷是采用全自动划痕测量仪测量获得，测量对象为PVD膜层20和基材10。该维氏硬度是采用显微硬度仪测量PVD膜层20获得。
从上述表格三和表格四的验证结果可以得到，实施例一至实施例九中的结合力临界载荷均大于30N，而对比例一至对比例四中的结合力临界载荷均小于30N。故相较于对比例一至对比例四，实施例一至实施例九中的基材10和PVD膜层20之间的结合力高，PVD膜层20更为不易从基材10表面脱落。
其次，实施例一至实施例九中的维氏硬度大于20Gpa，而对比例一至对比例四中的维氏硬度小于20Gpa。故相较于对比例一至对比例四，实施例一至实施例九中的PVD膜层20的硬度大，机械性能和耐磨性能较好。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施方式的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其它单元或步骤，单数不排除复数。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种PVD膜层，用于沉积在基材上，所述PVD膜层包括依次层叠于所述基材表面的Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层，其中，在CraNb过渡层中，a为Cr的原子数，b为N的原子数，a：b＝(28-39)：(10-13)；
其中，在XdCreNf过渡层中，X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe、Ti和Si中的一种，d为X的原子数，e为Cr的原子数，f为N的原子数；
在XdCreNf过渡层中，当X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe和Si中的一种时，d、e、f的原子数比为：(40-46)：(22-32)：(12-16),或
当X为元素Ti，d、e、f的原子数比为：1:6:3；
在YgChCriNj颜色层中，Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S和Fe中的一种，g为Y的原子数，h为C的原子数，i为Cr的原子数，j为N的原子数；
在YgChCriNj颜色层中，当Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S和Fe中的一种时，g、h、i、j的原子数比为：(14-18)：(8-36)：19：(17-20)。
2.一种如权利要求1所述的PVD膜层的制备方法，包括以下步骤：
提供一基材；
对所述基材进行离子清洗；
依次在所述基材的表面沉积Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层，其中，在CraNb过渡层中，a为Cr的原子数，b为N的原子数，a：b＝(28-39)：(10-13)；
在XdCreNf过渡层中，X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe、Ti和Si中的一种，d为X的原子数，e为Cr的原子数，f为N的原子数；
在XdCreNf过渡层中，当X为元素Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S、Fe和Si中的一种时，d、e、f的原子数比为：(40-46)：(22-32)：(12-16),或
当X为元素Ti，d、e、f的原子数比为：1:6:3；
在YgChCriNj颜色层中，Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S和Fe中的一种，g为Y的原子数，h为C的原子数，i为Cr的原子数，j为N的原子数；
在YgChCriNj颜色层中，当Y为元素Ti、Al、Mo、Ag、Nb、Ni、S和Fe中的一种时，g、h、i、j的原子数比为：(14-18)：(8-36)：19：(17-20)。
3.如权利要求2所述的PVD膜层的制备方法，其中，对所述基材进行离子清洗的具体步骤包括：
将所述基材放置于镀膜机腔室内；
将所述镀膜机腔室进行抽真空，及将所述镀膜机腔室加热第一预设温度并保持第一预设时间；
向所述镀膜机腔室内持续通入第一气流量的氩气，直至所述镀膜机腔室内的温度下降至第二预设温度；
向所述镀膜机腔室内持续通入第二气流量的氩气，同时通过所述镀膜机向所述基材施加第二预设时间的第一偏压，以对所述基材进行离子清洗；
其中，所述第一预设温度为110℃-130℃；所述第一预设时间为1.6h-2.4h；所述第一气流量为800sccm-1200sccm；所述第二预设温度为90℃-110℃；所述第二气流量为800sccm-1200sccm；所述第二预设时间为24min-36min；所述第一偏压为800V-1200V。
4.如权利要求3所述的PVD膜层的制备方法，其中，所述依次在所述基材的表面沉积Cr打底层、CraNb过渡层、XdCreNf过渡层、YgChCriNj颜色层的步骤如下：
向所述镀膜机腔室内持续通入第三气流量的氩气，开启铬靶，通过所述镀膜机对所述铬靶施加第一电流，通过所述镀膜机向所述基材施加第二偏压，以在所述基材的表面沉积所述Cr打底层；
向所述镀膜机腔室内持续通入第四气流量的氩气和第五气流量的氮气，开启铬靶，通过所述镀膜机对所述铬靶施加第二电流，通过所述镀膜机向所述基材和所述Cr打底层施加第三偏压，以在所述Cr打底层的表面沉积CraNb过渡层；
向所述镀膜机腔室内持续通入第六气流量的氩气和第七气流量的氮气，开启铬靶和X靶，通过所述镀膜机对所述铬靶施加第三电流，通过所述镀膜机对所述X靶施加第四电流，通过所述镀膜机向所述基材、所述Cr打底层及所述CraNb过渡层施加第四偏压，以在所述CraNb过渡层的表面沉积所述XdCreNf过渡层，所述X靶为铝靶、钼靶、银靶、铌靶、镍靶、硫靶、铁靶、钛靶和硅靶中的一种；
向所述镀膜机腔室内持续通入第八气流量的氩气、第九气流量的氮气和第十气流量的乙炔，开启铬靶和Y靶，通过所述镀膜机对所述铬靶施加第五电流，通过所述镀膜机对所述Y靶施加第六电流，通过所述镀膜机向所述基材、所述Cr打底层、所述CraNb过渡层及所述XdCreNf过渡层施加第五偏压，以在所述XdCreNf过渡层的表面沉积所述YgChCriNj颜色层，所述Y靶为钛靶、铝靶、钼靶、银靶、铌靶、镍靶、硫靶、硅靶和铁靶中的一种。
5.如权利要求4所述的PVD膜层的制备方法，其中，所述第三气流量为400sccm-600sccm；所述第一电流为8.5A-13.5A；所述第二偏压为160V-200V；所述Cr打底层的沉积时间为32min-40min；
其中，所述第四气流量为400sccm-600sccm；所述第五气流量为20sccm-50sccm；所述第二电流为8A-12A；所述第三偏压为120V-240V；所述CraNb过渡层的沉积时间为160min-240min；
其中，所述第六气流量为400sccm-600sccm；所述第七气流量为45sccm-75sccm；所述第三电流为4.5A-7.5A；所述第四电流为8A-12A；所述第四偏压为120V-180V；所述XdCreNf过渡层的沉积时间为8min-12min；
其中，所述第八气流量为160sccm-240sccm；所述第九气流量为45sccm-75sccm；所述第十气流量为9sccm-15sccm；所述第五电流为1.5A-2.5A；所述第六电流为8.5A-13.5A；所述第五偏压为160V-240V；所述YgChCriNj颜色层的沉积时间为60min-100min。
6.一种金属制品，包括一基材及镀设在所述基材表面的PVD膜层，所述PVD膜层为权利要求1所述的PVD膜层。
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