CN111057994A - 一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，它涉及真空镀膜技术领域。其在基片上依次通过Ti打底层，再通过真空磁控溅射的方法镀TiN过渡层、TiCN功能层，最后使用磁控溅射镀TiCN颜色层，达到最终稳定的表面涂层颜色。本发明制备得到的每层膜都能起到不同的功能性与颜色过渡的作用，该种膜层具有高硬度、高耐磨性、很好的耐腐蚀性和化学稳定性的特点，通过各个膜层的颜色递进能够大幅度提高工件的外观装饰性能，应用前景广阔。

Description

一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术
技术领域
本发明涉及的是真空镀膜技术领域，具体涉及一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术。
背景技术
PVD(Physical Vapor Deposit1n)，是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程，通常利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子。阴极靶由镀膜材料制成，基片作为阳极，真空室中通入0.1-10Pa的氩气或其它惰性气体，在阴极(靶)1-3KV直流负高压或13.56MHz的射频电压作用下产生辉光放电，电离出的氩离子轰击靶表面，使得靶原子溅出并沉积在基片上，形成薄膜。
PVD镀膜能在多种材质上制备膜，颜色种类繁多，如金色、银色、咖啡色、蓝色、紫色等。由于终端客户对产品表面膜层效果需求越来越高档，PVD镀膜机作为高档表面处理的设备应用越来越广泛。随着市场的发展，越来越多的客户需求产品表面最终膜层为PVD装饰膜层，并且颜色多样化，其中对咖啡色的需求也越来越多。
目前，公知的咖啡色PVD镀膜技术多以O2与Ti结合而生成浅蓝色，再与C2H2或C等物质中的碳元素结合反应，从而做成深蓝色、咖啡色效果。
现有技术咖啡色PVD膜的生成需输入O2到真空炉室内，会使炉室内的钢氧化，破坏炉壁及炉内结构，造成维修困难，会增加运作成本；而且O2活性大，会与腔体内多种物质反应生成多种氧化物，使工件表面颜色均一性差。
为了解决上述问题，设计一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术尤为必要。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，有效提高工件的外观装饰性能，制备的膜层硬度高，耐磨性高，耐腐蚀性好，化学稳定性强，易于推广使用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，在基片上依次通过Ti打底层，再通过真空磁控溅射的方法镀TiN过渡层、TiCN功能层，最后使用磁控溅射镀TiCN颜色层，达到最终稳定的表面涂层颜色，其工艺步骤如下：
①将不锈钢基片超声清洗后，进炉；
②在真空腔体中抽真空至8×10-4Pa，加热到150℃；
③对不锈钢基片进行离子清洗20min，离子源电压1800V，工件偏压 600V，占空比50%，Ar：30mL/min，真空度0.3Pa；
④使用钛靶Ti进行磁控溅射沉积Ti打底层；
⑤使用钛靶Ti和氮气N2进行磁控溅射沉积TiN过渡层；
⑥使用钛靶Ti、乙炔C2H2和氮气N2进行磁控溅射沉积TiCN功能层；
⑦使用钛靶Ti、氮气N2、乙炔C2H2进行磁控溅射沉积TiCN颜色层；
⑧镀膜工序结束后，首先关闭靶电源、偏压电源，然后关闭气源、停转架，工件在真空镀膜室内冷却至80-100℃时，向镀膜室内充大气，取出工件。
作为优选，所述的步骤④中磁控溅射沉积Ti打底层的技术参数为：溅射沉积时间15min，钛靶功率6KW，真空度0.35Pa，Ar：250mL/min，工件偏压：150V，占空比50%，沉积温度150℃。
作为优选，所述的步骤⑤中磁控溅射沉积TiN过渡层的技术参数为：溅射沉积时间20min，钛靶功率6KW，Ar：180mL/min，氮气：20mL/min，真空度0.37Pa，工件偏压120V，占空比50%，沉积温度150℃。
作为优选，所述的步骤⑥中磁控溅射沉积TiCN功能层的技术参数为：溅射沉积时间30min，钛靶功率6KW，真空度0.30-0.45Pa，Ar：180mL/min，氮气从20mL/min升到100mL/min，乙炔从0mL/min升到50mL/min，工件偏压120V，占空比50%，沉积温度150℃。
作为优选，所述的步骤⑦中磁控溅射沉积TiCN颜色层的技术参数为：溅射沉积时间20min，钛靶功率6KWA，真空度0.40Pa，Ar：150ml/min，氮气流量：120mL/min，乙炔：60ml/min，工件偏压：120V，占空比30%，沉积温度150℃。
本发明的有益效果：本技术制备的每层膜都能起到不同的功能性与颜色过渡的作用，该种膜层具有高硬度、高耐磨性、很好的耐腐蚀性和化学稳定性的特点，通过各个膜层的颜色递进能够大幅度提高工件的外观装饰性能，应用前景广阔。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明制备的咖啡色PVD薄膜的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，在基片1上依次通过Ti打底层2，再通过真空磁控溅射的方法镀TiN过渡层3、TiCN功能层4，最后使用磁控溅射镀TiCN颜色层5，达到最终稳定的表面涂层颜色，其工艺步骤如下：
①将不锈钢基片1超声清洗后，进炉；
②在真空腔体中抽真空至8×10-4Pa，加热到150℃；
③对不锈钢基片1进行离子清洗20min，离子源电压1800V，工件偏压 600V，占空比50%，Ar：30mL/min，真空度0.3Pa；
④使用钛靶Ti进行磁控溅射沉积Ti打底层2：溅射沉积时间15min，钛靶功率6KW，真空度0.35Pa，Ar：250mL/min，工件偏压：150V，占空比50%，沉积温度150℃。
⑤使用钛靶Ti和氮气N2进行磁控溅射沉积TiN过渡层3：溅射沉积时间20min，钛靶功率6KW，Ar：180mL/min，氮气：20mL/min，真空度0.37Pa，工件偏压120V，占空比50%，沉积温度150℃。
⑥使用钛靶Ti、乙炔C2H2和氮气N2进行磁控溅射沉积TiCN功能层4：溅射沉积时间30min，钛靶功率6KW，真空度0.30-0.45Pa，Ar：180mL/min，氮气从20mL/min升到100mL/min，乙炔从0mL/min升到50mL/min，工件偏压120V，占空比50%，沉积温度150℃。
⑦使用钛靶Ti、氮气N2、乙炔C2H2进行磁控溅射沉积TiCN颜色层5：溅射沉积时间20min，钛靶功率6KWA，真空度0.40Pa，Ar：150ml/min，氮气流量：120mL/min，乙炔：60ml/min，工件偏压：120V，占空比30%，沉积温度150℃。
⑧镀膜工序结束后，首先关闭靶电源、偏压电源，然后关闭气源、停转架，工件在真空镀膜室内冷却至80-100℃时，向镀膜室内充大气，取出工件。
本具体实施方式制备而成的新型咖啡色膜由基片1、Ti打底层2、TiN过渡层3、TiCN功能层4、TiCN颜色层5组成，各层的技术优势在于：
(1)Ti打底层2相较于现有的电镀、喷涂技术，可有效防止膜层脱落，使膜层具有卓越的附着力和耐久力。
(2)磁控溅射镀的TiN过渡层3使膜层纯度高，致密性好，补充了多弧镀膜的耐磨性能，提升膜厚，使膜层具有高硬度、高耐磨性(低摩擦系数)、很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点。
(3)TiCN功能层4对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强，对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等具有优良的抗腐蚀能力。
(4)TiCN颜色层5重复性与稳定性高，整体颜色深韵、光亮，颜色均匀一致，在常规环境下，户内或者户外都抗氧化、不褪色，不会失去光泽且不留下痕迹，正常的使用情况下不会破损，耐用性能优越。
采用本技术制备所得的咖啡色PVD薄膜的测试结果为：膜厚1.58um，颜色L＝48.18，a＝6.18，b＝4.46；百格硬度5B，纳米硬度：2130nHV，振动耐磨、盐雾测试通过，表面光滑，外观良好。
本具体实施方式采用多弧与磁控技术合二为一的咖啡色调色技术，通过各个膜层的颜色递进大幅提高工件的外观装饰性能，每层膜都能起到不同的功能性与颜色过渡的作用，具有广阔的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，其特征在于，在基片(1)上依次通过Ti打底层(2)，再通过真空磁控溅射的方法镀TiN过渡层(3)、TiCN功能层(4)，最后使用磁控溅射镀TiCN颜色层(5)，达到最终稳定的表面涂层颜色，其工艺步骤如下：
①将不锈钢基片(1)超声清洗后，进炉；
②在真空腔体中抽真空至8×10-4Pa，加热到150℃；
③对不锈钢基片(1)进行离子清洗20min，离子源电压1800V，工件偏压 600V，占空比50%，Ar：30mL/min，真空度0.3Pa；
④使用钛靶Ti进行磁控溅射沉积Ti打底层(2)；
⑤使用钛靶Ti和氮气N2进行磁控溅射沉积TiN过渡层(3)；
⑥使用钛靶Ti、乙炔C2H2和氮气N2进行磁控溅射沉积TiCN功能层(4)；
⑦使用钛靶Ti、氮气N2、乙炔C2H2进行磁控溅射沉积TiCN颜色层(5)；
⑧镀膜工序结束后，首先关闭靶电源、偏压电源，然后关闭气源、停转架，工件在真空镀膜室内冷却至80-100℃时，向镀膜室内充大气，取出工件。
2.根据权利要求1所述的一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，其特征在于，所述的步骤④中磁控溅射沉积Ti打底层(2)的技术参数为：溅射沉积时间15min，钛靶功率6KW，真空度0.35Pa，Ar：250mL/min，工件偏压：150V，占空比50%，沉积温度150℃。
3.根据权利要求1所述的一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，其特征在于，所述的步骤⑤中磁控溅射沉积TiN过渡层(3)的技术参数为：溅射沉积时间20min，钛靶功率6KW，Ar：180mL/min，氮气：20mL/min，真空度0.37Pa，工件偏压120V，占空比50%，沉积温度150℃。
4.根据权利要求1所述的一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，其特征在于，所述的步骤⑥中磁控溅射沉积TiCN功能层(4)的技术参数为：溅射沉积时间30min，钛靶功率6KW，真空度0.30-0.45Pa，Ar：180mL/min，氮气从20mL/min升到100mL/min，乙炔从0mL/min升到50mL/min，工件偏压120V，占空比50%，沉积温度150℃。
5.根据权利要求1所述的一种磁控溅射工艺的咖啡色调色技术，其特征在于，所述的步骤⑦中磁控溅射沉积TiCN颜色层(5)的技术参数为：溅射沉积时间20min，钛靶功率6KWA，真空度0.40Pa，Ar：150ml/min，氮气流量：120mL/min，乙炔：60ml/min，工件偏压：120V，占空比30%，沉积温度150℃。
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