CN113025967A

CN113025967A - 一种仿金色涂层的制备方法

Info

Publication number: CN113025967A
Application number: CN202110250831.4A
Authority: CN
Inventors: 杨锐
Original assignee: Nanchang Kohler Co ltd
Current assignee: Nanchang Kohler Co ltd
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2041-03-08
Also published as: CN113025967B

Abstract

本发明提供了一种仿金色涂层的制备方法，包括以下步骤：1)将待镀件进行表面清洁处理；2)在惰性气体保护下，采用气体离子源对待镀件进行等离子刻蚀处理；3)在惰性气体保护下，将处理后的待镀件采用锆的高能粒子进行轰击处理，在待镀件表面附上锆离子半渗透层；4)采用磁控多弧方法并使用锆靶材在处理后的待镀件表面沉积锆金属膜打底层；5)采用磁控多弧方法并使用锆靶材在处理后的待镀件表面沉积，得到第一膜层；6)采用磁控多弧方法并使用锆靶材及铬靶材在所述待镀件第一膜层表面继续沉积，得到第二膜层，得到碳氮化锆和碳氮化铬混合涂层。通过本方法能够得到金黄色颜色均匀，色值稳定的产品，且方法的重复性好，能实现批量的稳定生产。

Description

一种仿金色涂层的制备方法

技术领域

本申请属于基体表面处理技术领域，进一步涉及在基体表面形成的一种仿金色涂层的制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展与进步，人们对材料性能的要求也日益提高，而利用溅射薄膜进行材料表面防腐、表面装饰以及各种工模具的表面强化是提高材料性能的一种有效途径。目前，无论家庭还是公共场所都投入大量的资金用于装饰装修，装饰行业的巨大需求引起了镀层行业和科技界的极大关注和研究兴趣。其中过渡金属氮化物涂层因具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨性能及人们喜爱的较低亮度的金黄颜色，已经在手表、眼镜架、牙齿、金属家具、五金制品、陶瓷及玻璃制品等方面得到广泛的应用，成为装饰镀层行业高度重视的研究对象。尤其是在卫浴行业中，一直致力于开发出以金色涂层装饰的产品。

现有技术中，包括氮化锆、氮化钛等的过渡金属氮化物涂层的常用制备方法包括磁控溅射法，化学气相沉积法等。但是，这些表面镀膜工艺在卫浴产品上要想得到所需稳定仿金色色值的产品，同时满足性能要求及生产低成本等方面存在一定困难；且现有工艺大部分是使用单一靶材去完成，很难稳定达到所需的L、a、b色值范围并进行批量生产。

发明内容

针对目前存在的问题，研究提供一种仿金色涂层的制备方法，能够得到金黄色颜色均匀，色值稳定的产品，且方法的重复性好，能实现批量的稳定生产。

为实现上述发明目的的一个方面，可通过如下技术方案实现：

一种仿金色涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)将待镀件进行表面清洁处理；

2)在惰性气体保护下，采用气体离子源对步骤1)处理后的待镀件进行等离子刻蚀处理；

3)在惰性气体保护下，将经所述步骤2)处理后的待镀件采用锆的高能粒子进行轰击处理，在待镀件表面附上锆离子半渗透层；

4)采用磁控多弧方法并使用锆靶材在所述步骤3)处理后的待镀件表面沉积锆金属膜打底层；

5)采用磁控多弧方法并使用锆靶材在所述步骤4)处理后的待镀件表面沉积，得到第一膜层；

6)采用磁控多弧方法并使用锆靶材及铬靶材在所述待镀件第一膜层表面继续沉积，得到第二膜层，最终得到碳氮化锆和碳氮化铬超硬涂层，即本申请所需的仿金色镀层。

根据本申请的制备方法，步骤1)中，所述表面清洁处理包括：将待镀件放入除油液及除蜡液中，对表面进行除油、除蜡和除尘；或者将待镀件采用超声清洗。

根据本申请的制备方法，步骤2)中，具体地，将所述待镀件装载入真空镀膜机中，抽真空并提供惰性保护气体；所述气体离子源装置可采用霍尔离子源对待镀件表面进行等离子刻蚀处理，以进一步清除表面的吸附气体以及杂质，提高沉积涂层与待镀件表面的结合强度以及成膜质量；优选地，惰性保护气体为氩气，其流量为300-500sccm，例如400sccm，离子源用于提升气体离化率，电流为0.8A～1.5A,例如1.0A；等离子刻蚀处理时间优选200-300s，例如240s。

根据本申请的制备方法，步骤3)中，所述轰击处理时，偏压为350～450V，例如400V，占空比为30％，优选惰性保护气体为氩气，其流量为400～600sccm，例如480sccm，使用的靶材为锆，电流为80～85A，例如80A；处理时间为40-60s。本申请将经步骤2)处理后的待镀件进行用锆的高能粒子进行轰击处理，得到锆离子半渗透层，以增加待镀件与膜层之前的结合力并在原待镀件表面打入锆离子层，提高了待镀件与打底镀膜层的结合力。

根据本申请的制备方法，步骤4)中，所述表面沉积时，使用锆靶材，电流为75～85A，偏压200～300V，占空比30％，优选采用氩气，其流量为400～500sccm，沉积时间为80-100s。此步骤中，在经步骤3)处理后的待镀件表面镀一层锆金属膜，即打底镀膜层，以增加膜层硬度保证产品耐腐蚀以及耐摩擦性能。

根据本申请的制备方法，优选地，在步骤5)沉积第一膜层或步骤(6)沉积第二膜层之前还包括真空镀膜机内抽气步骤，将其内部抽真空，抽气时间优选为400-500s，例如420s。

根据本申请的制备方法，步骤5)中，表面沉积得到第一膜层时，使用锆靶材，电流为80～85A，偏压60～90V，占空比50％，采用的Ar气流量为300～350sccm，N₂气流量为600～800sccm，C₂H₂流量为50～70sccm，沉积时间为70-80秒。

根据本申请的制备方法，步骤6)中，表面沉积得到第二膜层时，使用锆靶材，其电流为80～85A以及使用铬靶材，其电流为40～50A，偏压60～90V，占空比50％，采用的Ar气流量为300～350sccm，N₂气流量为600～800sccm，C₂H₂流量为50～70sccm，沉积时间为70-80秒。优选地，相比与第一膜层沉积时，第二次表面沉积时可提高N₂气流量。N₂气可以调节产品色值，通过步骤5)和步骤6)本申请在待镀件表面形成了仿金色的碳氮化锆和碳氮化铬的混合涂层，涂层成分包括ZrxCyNz和CrxCyNz，涂层厚度为0.1～0.3μm。

本文中表面沉积采用的磁控多弧方法为现有技术，本领域人员熟知其具体操作，不再赘述。

根据本申请的制备方法，所述待镀件材料选自铜、不锈钢、铝合金、陶瓷、耐热树脂等，优选不锈钢或耐热树脂。

根据本申请的制备方法，所述碳氮化锆和碳氮化铬混合涂层的色值范围为：L*值为70-75，a*值为1.0-3.0，b*值为17.0-21.0。其中，色值采用L、a、b值的三个数值表示，L值表示亮度，a值表示红绿，b值表示黄蓝，只有L、a、b值都相同才是相同颜色。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

本申请通过各工艺处理步骤的组合以及镀膜靶材选择，沉积参数等的优化，在基材表面得到了颜色均匀且色值稳定的金黄色涂层，得到了可工业生产的仿金色涂层制品；并且本申请方法步骤简单且重复性好，能实现稳定的批量生产，同一批次产品色差较小，良品率可达95％以上。

具体实施方式

下面的实施例将对将对本申请所提供的方法予以进一步的说明，但本申请不限于所列出的实施例，还应包括在本申请的权利要求范围内其他任何公知的改变，本申请的具体应用并不仅限于例子中说到的应用，对本领域熟悉的人可以在本申请的权利要求范围内作任何的修改和进行进一步的发挥。

实施例1

本实施例提供一种仿金色涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：将不锈钢待镀件放入除油液丙酮中，对表面进行除油、除蜡和除尘，进行表面清洁处理；

步骤S2：将上述待镀件装载入真空镀膜机中，抽真空并提供保护气体氩气，采用气体离子源装置对待镀件进行等离子刻蚀处理；

步骤S3：在氩气保护下，将经上述处理后的待镀件采用锆的高能粒子进行轰击处理，在待镀件表面附上锆离子半渗透层；

步骤S4：采用磁控多弧方法在上述处理后的待镀件表面沉积纯锆金属膜，作为打底层；

步骤S5：开启抽气，将真空镀膜机内部抽真空；

步骤S6：采用磁控多弧方法使用锆靶材在上述处理后的待镀件表面沉积，得到第一膜层；

步骤S7：开启抽气，将真空镀膜机内部抽真空；

步骤S8：采用磁控多弧方法使用锆和铬靶材在待镀件的第一镀层表面继续沉积，得到第二膜层，最终得到具有碳氮化锆超硬涂层即仿金色镀层的制品，涂层厚度为0.3μm。

各步骤中具体工艺参数如下表1：

表1

实施例2

本实施例与实施例1步骤相同，步骤S2-S5具体工艺参数同表1，不同之处在于步骤S6和S8的参数，制品涂层厚度为0.25μm，如下表2：

表2

实施例3

本实施例与实施例1步骤相同，步骤S2-S5具体工艺参数同表1，不同之处在于步骤S6和S8的参数，制品涂层厚度为0.20μm，如下表3：

表3

实施例4

本实施例与实施例1步骤相同，步骤S2-S5具体工艺参数同表1，不同之处在于步骤S6和S8的参数，制品涂层厚度为0.3μm，如下表4：

表4

实施例5

本实施例与实施例1步骤相同，步骤S2-S5具体工艺参数同表1，不同之处在于步骤S6和S8的参数，制品涂层厚度为0.3μm，如下表5：

表5

实施例6

将铝合金待镀件采用与实施例1相同的步骤处理，得到具有碳氮化锆超硬涂层即仿金色镀层的制品，制品涂层厚度为0.3μm。

采用色差仪检测本实施例1-6制品涂层颜色的色值参数，为：L*值为70-75，a*值为1.0-3.0，b*值为17.0-21.0，具体见下表6：

表6

序号	L*值	a*值	b*值
				实施例1	71.78	2.13	20.41
实施例2	72.53	2.05	19.86
				实施例3	73.65	1.93	19.16
实施例4	73.78	2.03	18.71
				实施例5	74.18	1.73	17.92
实施例6	73.81	1.85	18.66

按照本实施例1实施批量生产，研究其颜色稳定性，具体的生产负荷量及色值稳定性测试如下表7：该表中各项参数测量方法均采用现有相应标准方法，不再赘述。

表7

本申请的系统中所涉及的各个装置或元件等均可以采用本领域现有的具有相应功能作用的处理设施、装置或元件，对此不作一一赘述。文中未特别说明之处，均为本领域技术人员根据掌握的现有技术所能了解或知晓的，对此不作一一赘述。

Claims

1.一种仿金色涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将待镀件进行表面清洁处理；

2)在惰性气体保护下，采用气体离子源装置对步骤1)处理后的待镀件进行等离子刻蚀处理；

6)采用磁控多弧方法并使用锆靶材及铬靶材在所述待镀件第一膜层表面继续沉积，得到第二膜层，最终得到碳氮化锆和碳氮化铬的混合涂层。

2.根据权利要求1所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述表面清洁处理包括：将待镀件放入除油液及除蜡液中，对表面进行除油、除蜡和除尘。

3.根据权利要求1-2任一项所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：步骤2)中，将所述待镀件装载入真空镀膜机中，抽真空并提供惰性保护气体；所述气体离子源对待镀件表面进行等离子刻蚀处理；优选地，惰性保护气体为氩气，其流量为300-500sccm，离子源的电流为0.8A～1.5A；等离子刻蚀处理时间优选200-300s。

4.根据权利要求1-3任一项所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述轰击处理时，偏压为350～450V，占空比为30％，惰性保护气体优选为氩气，其流量为400～600sccm，使用的靶材为锆，电流为80～85A，处理时间为40-60s。

5.根据权利要求1-4任一项所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述表面沉积时，使用锆靶材，电流为75～85A，偏压200～300V，占空比30％，采用氩气，其流量为400～500sccm，沉积时间为80-100s。

6.根据权利要求1-5任一项所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：在步骤5)沉积第一膜层或步骤(6)沉积第二膜层之前还包括真空镀膜机内抽气步骤，将其内部抽真空，抽气时间优选为400-500s。

7.根据权利要求1-6任一项所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：步骤5)中，表面沉积得到第一膜层时，使用锆靶材，电流为80～85A，偏压60～90V，占空比50％，采用的Ar气流量为300～350sccm，N₂气流量为600～800sccm，C₂H₂流量为50～70sccm，沉积时间为70-80秒。

8.根据权利要求1-7任一项所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：步骤6)中，表面沉积得到第二膜层时，使用锆靶材，其电流为80～85A以及使用铬靶材，其电流为40～50A，偏压60～90V，占空比50％，采用的Ar气流量为300～350sccm，N₂气流量为600～800sccm，C₂H₂流量为50～70sccm，沉积时间为70-80秒。

9.根据权利要求1-8任一项所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：所述待镀件材料选自铜、不锈钢、铝合金、陶瓷和耐热树脂中的一种，优选不锈钢或耐热树脂。

10.根据权利要求1-9任一项所述的仿金色涂层的制备方法，其特征在于：所述碳氮化锆和碳氮化铬混合涂层的色值范围为：L*值为70-75，a*值为1.0-3.0，b*值为17.0-21.0。