CN113621914B - 银白色涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种银白色涂层及其制备方法，可以提高银白色涂层的耐磨性，使银白色涂层可以更好地应用于相关产品上。该涂层包括：表面层，该表面层包括银白色主体金属、第一氮化物和第二氮化物，第一氮化物为主体金属的氮化物，第二氮化物的硬度大于第一氮化物的硬度；打底层，该打底层为表面层与基材之间的膜层。
Description
技术领域
本申请涉及表面技术领域，并且更具体地，涉及一种银白色涂层及其制备方法。
背景技术
目前手机中框或边框主要是金属构件，用来支撑手机的强度和刚度。例如有采用不锈钢边框并用物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)装饰涂层、铝合金边框并用阳极氧化外观装饰涂层、压铸铝表面喷漆、锆基非晶合金并用PVD涂层等。
目前市面上的PVD涂层颜色以黑灰色和银白色居多，其中黑灰色PVD涂层表层一般为碳化物或类金刚石涂层，碳化物和类金刚石涂层的维氏硬度都在1200HV以上，有的可达1800HV以上，硬度高、耐磨性好，不仅起到装饰作用，还可以保护基材。而银白色PVD涂层一般为纯金属，例如用铬、钛、不锈钢等做靶材进行物理气相沉积，由于这些纯金属的硬度偏低，因此得到的PVD涂层耐磨性较差，对基材的保护作用有限。因此提高银白色PVD涂层的耐磨性，是银白色PVD涂层直接应用在相关产品上所面临的主要问题。
发明内容
本申请提供一种银白色涂层及其制备方法，可以提高银白色涂层的耐磨性，使银白色涂层可以更好地应用于相关产品上。
第一方面，提供了一种银白色涂层，包括：表面层，该表面层包括银白色主体金属、第一氮化物和第二氮化物，第一氮化物为主体金属的氮化物，第二氮化物的硬度大于第一氮化物的硬度；打底层，该打底层为表面层与基材之间的膜层。
现有技术中银白色涂层的硬度不高，本申请实施例提供一种银白色涂层，当应用在产品的表面时，可以使产品表面达到银白色效果，同时提高产品表面的硬度和耐磨性。其中，主体金属可以是颜色为银白色的金属中的任一种或多种，使得表面层可以呈现银白色效果，第一氮化物和第二氮化物在表面层中起到增强硬度的作用，提高涂层的耐磨性。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，打底层为金属膜层。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，打底层中的金属为主体金属。
打底层中的金属与表面层中的主体金属一致，相同的材料共格沉积，可以增强打底层和表面层之间的结合力。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，涂层设置于基材上，基材包括金属基材和/或无机非金属基材。
基材即为产品的一部分，例如手机的金属外观件和转轴等。基材可以是金属材料，也可以是无机非金属材料，基材可以是任何可以设置在产品上的材料，本申请实施例在此不作具体限定。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基材为金属基材时，打底层中的金属为基材中的金属。
打底层的中的金属与基材中的金属一致，相同的材料共格沉积，可以增强涂层和基材之间的结合力，涂层不易剥落，持久性好。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，表面层和打底层之间还包括一个或多个中间层，中间层用于连接打底层和表面层。
本申请实施例中，中间层中包括打底层中的材料，相同的材料共格沉积，使得打底层和中间层结合力强；该中间层还包括表面层中的材料，相同的材料共格沉积，使得表面层和中间层结合力强。由此可以实现打底层和表面层的良好连接。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，主体金属为铬、钛、锆中的任一种或多种。
铬、钛、锆本身为银白色金属，可以使得涂层表面呈现银白色效果，且铬、钛、锆具有较高的硬度，重量轻、强度高，耐磨性和耐腐蚀性都较好。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第二氮化物为钨的氮化物和/或硅的氮化物。
氮化钨的维氏硬度大于3000HV，氮化硅的维氏硬度大于2200HV，在表面层中起到增强硬度的作用，提高涂层的耐磨性。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一氮化物的质量百分数小于15％。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第二氮化物的质量百分数小于10％。
由于本申请实施例的涂层表面需要呈银白色效果，而有的第一氮化物和/或第二氮化物的颜色并非银白色，将第一氮化物的质量百分数控制在15％以下，将第二氮化物的质量百分数控制在10％以下，可以较好实现涂层表面银白色且硬度较高。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，表面层还包括一种或多种氧化物。
白色的氧化物可以在表面层中起到调色作用，使表面层呈现更好的银白色。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，表面层还包括一种或多种碳化物，碳化物中碳元素的质量百分数小于1％。
有的碳化物具有极高的硬度，甚至与金刚石相近，这些碳化物在表面层中可以进一步提高表面层的硬度。但这些碳化物往往颜色较深，将碳化物中碳元素的质量百分数控制在1％以下，可以不影响涂层表面的银白色效果。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，表面层还包括第三氮化物和/或第四氮化物，第三氮化物为第一氮化物中的金属元素和第二氮化物中的金属元素形成的第一合金的氮化物，所述第四氮化物为所述第一氮化物中的金属元素和所述第二氮化物中的金属元素形成的第二合金的氮化物，所述第一合金中的金属元素比例与所述第二合金中的金属元素比例不同。
本申请实施例的银白色涂层，除了第一氮化物和第二氮化物，还可能包括第一氮化物中的金属元素和第二氮化物中的金属元素形成的合金的氮化物。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，表面层中氮元素的质量百分数小于10％。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一氮化物和第二氮化物的维氏硬度大于1500HV。
高硬度的氮化物掺杂可以显著提高银白色涂层的硬度。
第二方面，提供了一种制备银白色涂层的方法，包括：在基材上沉积打底层，打底层为表面层与基材之间的膜层；在打底层上沉积表面层，表面层包括银白色主体金属、第一氮化物和第二氮化物，第一氮化物为所述主体金属的氮化物，第二氮化物的硬度大于第一氮化物的硬度。
本申请实施例除了提供银白色涂层，还提供银白色涂层的制备方法。可以采用物理气相沉积的方法制备该银白色涂层，例如通过选用相应的靶材，然后通入相应一定量气体来实现。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，打底层为金属膜层。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，打底层中的金属为主体金属。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，涂层设置于基材上，基材包括金属基材和/或无机非金属基材。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，基材为金属基材时，打底层中的金属为基材中的金属。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，在打底层上沉积表面层之前，该方法还包括：在打底层上沉积一个或多个中间层，该中间层用于连接打底层和表面层。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，主体金属为铬、钛、锆中的任一种或多种。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第二氮化物为钨的氮化物和/或硅的氮化物。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第一氮化物的质量百分数小于15％。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第二氮化物的质量百分数小于10％。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，表面层还包括一种或多种氧化物。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，表面层还包括一种或多种碳化物，该碳化物中碳元素的质量百分数小于1％。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，表面层还包括第三氮化物和/或第四氮化物，第三氮化物为第一氮化物中的金属元素和第二氮化物中的金属元素形成的第一合金的氮化物，所述第四氮化物为所述第一氮化物中的金属元素和所述第二氮化物中的金属元素形成的第二合金的氮化物，所述第一合金中的金属元素比例与所述第二合金中的金属元素比例不同。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，表面层中氮元素的质量百分数小于10％。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第一氮化物和第二氮化物的维氏硬度大于1500HV。
第三方面，提供了一种银白色涂层，该涂层根据上述第二方面和第二方面的任一种实现方式中的方法制得。
第四方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括外壳，该外壳包括上述第一方面和第一方面的任一种实现方式以及第三方面中的银白色涂层。
附图说明
图1是本申请实施例提供的银白色涂层的一种具体应用场景；
图2是本申请实施例提供的银白色涂层的示意性结构图；
图3是本申请实施例提供的银白色涂层的制备方法的示意性流程图；
图4是本申请实施例提供的第一种银白色涂层的示意性结构图；
图5是本申请实施例提供的第二种银白色涂层的示意性结构图；
图6是本申请实施例提供的第三种银白色涂层的示意性结构图；
图7是本申请实施例提供的第四种银白色涂层的示意性结构图；
图8是本申请实施例提供的第五种银白色涂层的示意性结构图；
图9是本申请实施例提供的第六种银白色涂层的示意性结构图；
图10是本申请实施例提供的第七种银白色涂层的示意性结构图；
图11是本申请实施例提供的第八种银白色涂层的示意性结构图；
图12是本申请实施例提供的第九种银白色涂层的示意性结构图。
具体实施方式
为了便于理解本申请的技术方案，首先对本申请涉及的概念做简要介绍。
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)是用物理的方法(如蒸发、溅射等)使镀膜材料气化，在基体表面沉积成膜的方法。除传统的真空蒸发和溅射沉积技术外，还包括近30多年来蓬勃发展起来的各种离子束沉积，离子镀和离子束辅助沉积技术。其沉积类型包括:蒸发镀、磁控溅射、电弧离子镀等。
图1示出了本申请实施例提供的银白色涂层的一种具体应用场景。如图1所示，手机或折叠手机的金属、陶瓷、玻璃、蓝宝石外观件例如手机边框、手机中框、手机后盖、相机边框等，这些部件可能有既需要银白色的表面效果同时又需要较高硬度的情况。因此本申请施例提供的银白色涂层可以应用于图1所示的手机外观件和转轴等部分。应理解，图1只是本申请实施例提供的银白色涂层应用场景的举例，并不构成对本申请实施例的限定，除了图1所示应用场景，本申请实施例提供的银白色涂层还可以应用于其他手机产品、PAD产品、PC产品、可穿戴式如手表、手环等的银白色外观件或其他需要高硬度和高耐磨性的部分。
目前想要达到手机外观件银白色的效果，主要有三种方案。第一种方案是直接将不锈钢的原始表面进行喷砂处理，将金属基材直接裸露在表面。由于应用于手机边框的不锈钢其维氏硬度一般低于500HV，因此耐磨性和耐划性都不佳。第二种方案是在不锈钢表面使用铬(Cr)靶进行PVD镀膜，可以使表面呈银白色效果。但是Cr的硬度也较低，难以达到黑灰色PVD涂层的硬度水平。第三种方案是在不锈钢表面使用铬(Cr)靶进行PVD镀膜，同时通少量氮气，也可以使表面呈银白色效果。镀膜过程通入少量氮气使涂层中掺杂少量CrN，可以使涂层的维氏硬度增加到1000HV以上，但是仍然达不到最好的黑灰色PVD涂层的硬度。
因此本申请实施例提供一种银白色涂层，当应用在产品的表面时，可以使产品表面达到银白色效果，同时提高产品表面的硬度和耐磨性。另外本申请实施例提供的银白色涂层有较好的结合力，在使用过程中不易脱落，持久性好。
图2示出了本申请实施例的银白色涂层的示意性结构图。如图2所示，该银白色涂层包括表面层、打底层和基材。
表面层，表面层包括主体金属、第一氮化物和第二氮化物，第一氮化物为主体金属的氮化物，第二氮化物中硬度大于第一氮化物的硬度。
即本申请实施例中银白色涂层的表面层为一种氮化物掺杂金属基复合材料。其中，主体金属可以是颜色为银白色的金属中的任一种或多种，使得表面层可以呈现银白色效果，例如铬、钛、锆等。第一氮化物为主体金属的氮化物，例如CrN、TiN、ZrN等，这些第一氮化物已经有较高的硬度，例如CrN的维氏硬度可达1750HV。第二氮化物为硬度大于第一氮化物的氮化物，可以是金属氮化物，例如W2N的维氏硬度大于3000HV；也可以是无机非金属氮化物，例如Si3N4的维氏硬度大于2200HV。第二氮化物在表面层中起到增强硬度的作用，提高涂层的耐磨性。
可选地，第一氮化物的质量百分数小于15％。
可选地，第二氮化物的质量百分数小于10％。
可选地，表面层中还包括一种或多种氧化物，该氧化物可以是主体金属的氧化物，例如CrO2、TiO2、ZrO2等，也可以是第二氮化物所对应的氧化物，例如WO3和SiO2等。其中TiO2、ZrO2、WO3、SiO2等白色的氧化物可以在表面层中起到调色作用，使表面层呈现更好的银白色。
可选地，表面层中还包括一种或多种碳化物，该碳化物中碳元素的质量百分数小于1％。该碳化物可以是主体金属的碳化物，例如Cr3C2、TiC、ZrC等，也可以是第二氮化物所对应的碳化物，例如WC和SiC等。这些碳化物都具有极高的硬度，例如TiC的硬度仅次于金刚石，WC的硬度与金刚石相近。这些碳化物在表面层中可以进一步提高表面层的硬度。
可选地，表面层还包括第三氮化物和/或第四氮化物，该第三氮化物为第一氮化物中的金属元素和第二氮化物中的金属元素形成的第一合金的氮化物，所述第四氮化物为所述第一氮化物中的金属元素和所述第二氮化物中的金属元素形成的第二合金的氮化物，所述第一合金中的金属元素比例与所述第二合金中的金属元素比例不同。例如，第一氮化物和第二氮化物可以是Cr、Ti、Zr、W中的任一种或多种，则第三氮化物可以是Cr、Ti、Zr、W中的任意多种元素共同形成的氮化物，例如CrWN，其中Cr和W的比例为7:1，则第四氮化物也可以是CrWN，其中Cr和W的比例为8:1。
可选地，表面层中氮元素的质量百分数小于10％。
可选地，第一氮化物和第二氮化物的维氏硬度大于1500HV。
可选地，主体金属选择维氏硬度大于70HV的银白色金属。
打底层，该打底层为表面层与基材之间的膜层。
可选地，该打底层可以是金属膜层。可选地，打底层中的金属与表面层中的主体金属一致，例如铬、钛、锆等，相同的材料共格沉积，可以增强打底层和表面层之间的结合力。可选地，打底层的中的金属与基材中的金属一致，相同的材料共格沉积，可以增强涂层和基材之间的结合力，涂层不易剥落，持久性好。
基材，该基材即为产品的一部分，例如手机的金属外观件和转轴等。基材可以是金属材料，例如锆基非晶合金、不锈钢、钛合金、铝合金等；也可以是无机非金属材料，例如玻璃、陶瓷、蓝宝石等。基材可以是任何可以设置在产品上的材料，本申请实施例在此不作具体限定。
可选地，在表面层和打底层之间还包括一个或多个中间层，中间层用于连接打底层和表面层。中间层中的每一层可以包括一种或多种单质或化合物。例如，中间层为一层，该中间层中包括打底层中的材料，相同的材料共格沉积，使得打底层和中间层结合力强；该中间层还包括表面层中的材料，相同的材料共格沉积，使得表面层和中间层结合力强。由此可以实现打底层和表面层的良好连接。再例如，在以上示例中，打底层还包括基材中的材料，由此不仅可以实现涂层内部的良好连接，还可以实现涂层与基材的良好连接。
本申请实施例的银白色涂层，可以实现产品表面银白色且高硬度，达到美观的效果同时提高产品表面的耐磨性，该银白色涂层与产品结合良好不易脱落，持久性好。
图3示出了本申请实施例的银白色涂层的制备方法的示意性流程图，如图3所示，该方法包括步骤301和步骤302。
S301，在基材上沉积打底层，打底层为表面层与基材之间的膜层。
S302，在打底层上沉积表面层，表面层包括主体金属、第一氮化物和第二氮化物，第一氮化物为主体金属的氮化物，第二氮化物中硬度大于第一氮化物的硬度。
其中，可以采用物理气相沉积的方法制备该银白色涂层，例如磁控溅射技术和/或电弧离子镀技术。表面层中的主体金属通过选用相应的靶材然后通入一定量的惰性气体例如氩气实现，例如铬靶、钛靶、锆靶等，表面层中的第一氮化物和第二氮化物通过选用相应的靶材，然后通入一定量的氮气发生化学反应实现，例如选择铬靶并通入一定量氮气，则可以生成第一氮化物CrN，选择钨靶并通入一定量氮气，则可以生成第二氮化物W2N。本申请实施例中的一定量为人为规定的量。
可选地，第一氮化物的质量百分数小于15％。
可选地，第二氮化物的质量百分数小于10％。
可选地，表面层中还包括一种或多种氧化物，可以通过在沉积过程中通入一定量氧气实现。例如选择主体金属铬靶、钛靶、锆靶，然后通入一定量氧气，从而生成主体金属对应的氧化物CrO2、TiO2、ZrO2等，也可以选择钨靶、硅靶，然后通入一定量氧气，从而生成对应的氮化物WO3和SiO2。
可选地，表面层中还包括一种或多种碳化物，该碳化物中碳元素的质量百分数小于1％，可以通过在沉积过程中通入一定量乙炔实现。例如选择主体金属铬靶、钛靶、锆靶，然后通入一定量乙炔，从而生成主体金属对应的碳化物Cr3C2、TiC、ZrC等，也可以选择钨靶、硅靶，然后通入一定量乙炔，从而生成对应的碳化物WC和SiC等。
可选地，表面层还包括第三氮化物和/或第四氮化物，该第三氮化物为第一氮化物中的金属元素和第二氮化物中的金属元素形成的第一合金的氮化物，所述第四氮化物为所述第一氮化物中的金属元素和所述第二氮化物中的金属元素形成的第二合金的氮化物，所述第一合金中的金属元素比例与所述第二合金中的金属元素比例不同。例如，第一氮化物和第二氮化物可以是Cr、Ti、Zr、W中的任一种或多种，则第三氮化物可以是Cr、Ti、Zr、W中的任意多种元素共同形成的氮化物，例如CrWN，其中Cr和W的比例为7:1，则第四氮化物也可以是CrWN，其中Cr和W的比例为8:1。
可选地，表面层中氮元素的质量百分数小于10％。
可选地，第一氮化物和第二氮化物的维氏硬度大于1500HV。
可选地，主体金属选择维氏硬度大于70HV的银白色金属。
可选地，打底层为金属膜层。可选地，可以在基材上沉积与表面层中相同的主体金属作为打底层，例如铬、钛、锆等，相同的材料共格沉积，可以增强打底层和表面层之间的结合力。可选地，可以在基材上沉积与基材中相同的金属作为打底层，相同的材料共格沉积，可以增强涂层和基材之间的结合力，涂层不易剥落，持久性好。
可选地，在表面层和打底层之间还包括一个或多个中间层，中间层用于连接打底层和表面层。中间层中的每一层可以包括一种或多种单质或化合物，可以通过选择不同的靶材并且通入不同的气体实现。例如，中间层为一层，选择与打底层中相同的材料作为靶材，相同的材料共格沉积，使得打底层和中间层结合力强；该中间层还可以选择与表面层中相同的材料作为靶材，相同的材料共格沉积，使得表面层和中间层结合力强。由此可以实现打底层和表面层的良好连接。再例如，在以上示例中，沉积打底层时还可以选择与基材中相同的材料作为靶材，由此不仅可以实现涂层内部的良好连接，还可以实现涂层与基材的良好连接。
应理解，本申请实施例的银白色涂层的制备方法用于得到本申请实施例的银白色涂层，这里的制备方法仅为便于理解而示例。基于相同的构思，本领域的技术人员可以在上述方法中作出等价变换，以达到实现相同或相似的效果。基于这些等价变换得到的制备方法，依然能够得到本申请实施例的银白色涂层。因此，这些等价变换均应落入本申请的保护范围。
以下结合具体的示例对本申请实施例提供的银白色涂层进行详细说明。应理解，以下说明只是对本申请实施例的银白色涂层的举例，并不构成对本申请实施例的限定。除了以下示例，其他与本申请实施例相同或相似的银白色涂层都应包含在本申请实施例的保护范围中。
图4示出了本申请实施例提供的第一种银白色涂层的示意性结构图。如图4所示，该第一种银白色涂层结构包括三层，最下面为锆基非晶合金基材，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为锆基非晶合金。该涂层的表面层为纯金属Cr、CrN、W2N，以及含有极少量的纯金属W，即表面层为一种氮化物掺杂铬基金属复合材料，其中CrN的质量百分数低于10％，W2N的质量百分数低于5％。在表面层和基材之间为通过PVD工艺形成的打底层纯金属Cr。
以下介绍该第一种银白色涂层的制备方法。
基材选择为锆基非晶合金，其中锆的质量百分数大于52％。设备选择为磁控溅射系统，磁控溅射镀膜是指将涂层材料作为靶阴极，利用氩离子轰击靶材，产生阴极溅射，把靶材原子溅射到工件上形成沉积层的一种镀膜技术。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属铬作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和铬靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的铬金属层。
然后进行表面层镀膜。保持铬靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。然后开启钨靶，使铬靶和钨靶同时进行溅射，持续时间为90分钟。
由此可以在锆基非晶合金基材之上形成纯金属铬的打底层和Cr、CrN、W2N以及极少量的纯金属钨(W)构成的表面层。Cr可以使表面层呈现银白色的效果。而CrN的维氏硬度约为1750HV，W2N的维氏硬度大于3000HV，由此可以提高银白色涂层的维氏硬度达1800HV以上，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。
图5示出了本申请实施例提供的第二种银白色涂层的示意性结构图。如图5所示，该第二种银白色涂层结构包括五层，最下面为锆基非晶合金基材或不锈钢或铝，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为锆基非晶合金或不锈钢或铝。该涂层的表面层为纯金属Cr、CrN、W2N，以及含有极少量的纯金属W，即表面层为一种氮化物掺杂铬基金属复合材料，其中CrN的质量百分数低于10％，W2N的质量百分数低于5％。在表面层和基材之间包括通过PVD工艺形成的纯金属锆(Zr)打底层，Zr和不锈钢(SUS)形成的中间层1以及SUS和Cr形成的中间层2。
以下介绍该第二种银白色涂层的制备方法。
基材选择可以是锆基非晶合金、不锈钢和铝，这里以锆基非晶合金为例，其中锆的质量百分数大于52％。设备选择为磁控溅射系统。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属锆作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和锆靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的锆金属层。
然后进行中间层1镀膜。开启不锈钢靶，使锆靶和不锈钢靶共同沉积30分钟后，关闭锆靶。再进行中间层2镀膜。开启铬靶，使铬靶和不锈钢靶共同沉积30分钟后，关闭不锈钢靶。
最后进行表面层镀膜。保持铬靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。然后开启钨靶，使铬靶和钨靶同时进行溅射，持续时间为90分钟。
由此可以在锆基非晶合金基材之上形成纯金属锆的打底层，Zr和不锈钢(SUS)构成的中间层1，SUS和Cr构成的中间层2，Cr、CrN、W2N以及极少量的纯金属W构成的表面层。其中，由于基材和打底层都含有Zr，相同材料共格沉积可以增强涂层和基体的结合力。中间层1和中间层2可以在打底层和表面层之间起到良好的过渡作用，以提高膜层之间的结合力，并且减小膜层的内应力。中间层中的不锈钢可以起到打底着色的作用，即使得中间层呈银白色，Cr可以提高中间层的硬度。Cr可以使表面层呈现银白色的效果。而CrN的维氏硬度约为1750HV，W2N的维氏硬度大于3000HV，由此可以提高银白色涂层的维氏硬度达1800HV以上，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。
图6示出了本申请实施例提供的第三种银白色涂层的示意性结构图。如图6所示，该第三种银白色涂层结构包括三层，最下面为不锈钢基材，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为不锈钢。该涂层的表面层为纯金属Cr、CrN、Si3N4，以及含有极少量的硅(Si)，即表面层为一种氮化物掺杂铬基金属复合材料，其中CrN的质量百分数低于10％，Si3N4的质量百分数低于5％。在表面层和基材之间为通过PVD工艺形成的打底层纯金属Cr。
以下介绍该第三种银白色涂层的制备方法。
基材选择为316不锈钢，设备选择为磁控溅射系统和电弧离子镀系统。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属铬作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和铬靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的铬金属层。
然后进行表面层镀膜。保持铬靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。开启硅电弧靶，使得硅电弧沉积和铬磁控溅射沉积同时进行，沉积时间为90分钟。
由此可以在不锈钢基材之上形成纯金属铬的打底层和Cr、CrN、Si3N4以及极少量的Si构成的表面层。Cr可以使表面层呈现银白色的效果。而CrN的维氏硬度约为1750HV，Si3N4的维氏硬度大于2200HV，高硬度的CrN和Si3N4共同掺杂可以显著提高银白色涂层的维氏硬度，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。
图7示出了本申请实施例提供的第四种银白色涂层的示意性结构图。如图7所示，该第四种银白色涂层结构包括三层，最下面为铝基材，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为铝。该涂层的表面层为纯金属钛(Ti)、TiN、W2N，以及含有极少量的W，即表面层为一种氮化物掺杂钛基金属复合材料，其中TiN的质量百分数低于10％，W2N的质量百分数低于5％。在表面层和基材之间为通过PVD工艺形成的打底层纯金属Ti。
以下介绍该第四种银白色涂层的制备方法。
基材选择为7075铝合金，设备选择为磁控溅射系统。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属钛作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和钛靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的钛金属层。
然后进行表面层镀膜。保持钛靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。开启钨靶，使得钛靶和钨靶溅射沉积同时进行，沉积时间为90分钟。
由此可以在铝基材之上形成纯金属Ti的打底层和Ti、TiN、W2N以及极少量的W构成的表面层。Ti可以使表面层呈现银白色的效果。高硬度的TiN和W2N共同掺杂可以显著提高银白色涂层的维氏硬度，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。
图8示出了本申请实施例提供的第五种银白色涂层的示意性结构图。如图8所示，该第五种银白色涂层结构包括三层，最下面为钛基材，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为钛。该涂层的表面层为纯金属Zr、ZrN、Si3N4，以及含有极少量的Si，即表面层为一种氮化物掺杂锆基金属复合材料，其中ZrN的质量百分数低于10％，Si3N4的质量百分数低于5％。在表面层和基材之间为通过PVD工艺形成的打底层纯金属Zr。
以下介绍该第五种银白色涂层的制备方法。
基材选择为TC4钛合金，设备选择为磁控溅射系统。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属锆作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和锆靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的锆金属层。
然后进行表面层镀膜。保持锆靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。开启硅靶，使得锆靶和硅靶溅射沉积同时进行，沉积时间为90分钟。
由此可以在铝基材之上形成纯金属Zr的打底层和Zr、ZrN、Si3N4以及极少量的Si构成的表面层。Zr可以使表面层呈现银白色的效果。高硬度的ZrN和Si3N4共同掺杂可以显著提高银白色涂层的维氏硬度，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。
图9示出了本申请实施例提供的第六种银白色涂层的示意性结构图。如图9所示，该第六种银白色涂层结构包括五层，最下面为锆基非晶合金基材或不锈钢或铝，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为锆基非晶合金或不锈钢或铝。该涂层的表面层为纯金属Cr、CrN、W2N、Si3N4，以及含有极少量的纯金属W和极少量Si，即表面层为一种氮化物掺杂铬基金属复合材料，其中CrN的质量百分数低于10％，W2N的质量百分数低于5％，Si3N4的质量百分数低于5％。在表面层和基材之间包括通过PVD工艺形成的纯金属锆(Zr)打底层，Zr和SUS形成的中间层1以及SUS和Cr形成的中间层2。
以下介绍该第六种银白色涂层的制备方法。
基材选择可以是锆基非晶合金、不锈钢和铝，这里以锆基非晶合金为例，其中锆的质量百分数大于52％。设备选择为磁控溅射系统。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属锆作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和锆靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的锆金属层。
然后进行中间层1镀膜。开启不锈钢靶，使锆靶和不锈钢靶共同沉积30分钟后，关闭锆靶。再进行中间层2镀膜。开启铬靶，使铬靶和不锈钢靶共同沉积30分钟后，关闭不锈钢靶。
最后进行表面层镀膜。保持铬靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。然后开启钨靶和硅靶，使铬靶、钨靶和硅靶同时进行溅射，持续时间为60分钟。
由此可以在锆基非晶合金基材之上形成纯金属铬的打底层，Zr和SUS构成的中间层1，SUS和Cr构成的中间层2，Cr、CrN、W2N、Si3N4以及极少量的纯金属W和极少量Si构成的表面层。其中，中间层1和中间层2可以在打底层和表面层之间起到良好的过渡作用，以提高膜层之间的结合力，并且减小膜层的内应力。中间层中的不锈钢可以起到打底着色的作用，即使得中间层呈银白色，Cr可以提高中间层的硬度。Cr可以使表面层呈现银白色的效果。而CrN的维氏硬度约为1750HV，W2N的维氏硬度大于3000HV，Si3N4的维氏硬度大于2200HV，三种陶瓷相CrN、W2N、Si3N4的共同沉积可以银白色涂层的维氏硬度进一步提升，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。
图10示出了本申请实施例提供的第七种银白色涂层的示意性结构图。如图10所示，该第七种银白色涂层结构包括三层，最下面为锆基非晶合金基材，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为锆基非晶合金。该涂层的表面层为纯金属Zr、ZrN、Si3N4、CrO2、SiO2，以及含有极少量的Si，即表面层为一种氮化物和氧化物掺杂锆基金属复合材料，其中ZrN的质量百分数低于10％，Si3N4的质量百分数低于5％。在表面层和基材之间为通过PVD工艺形成的打底层纯金属Zr。
以下介绍该第七种银白色涂层的制备方法。
基材选择为锆基非晶合金，其中锆的质量百分数大于52％。设备选择为磁控溅射系统。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属锆作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和锆靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的锆金属层。
然后进行表面层镀膜。保持锆靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。然后开启硅靶，使锆靶和硅靶同时进行溅射，持续时间为80分钟。最后开启氧气10分钟，其中氧气进气量为氮气进气量的10％。
由此可以在锆基非晶合金基材之上形成纯金属锆的打底层和Zr、ZrN、Si3N4、CrO2、SiO2以及极少量的Si构成的表面层。其中，由于基材和打底层都含有Cr，相同材料共格沉积可以增强涂层和基体的结合力。Zr、CrO2、SiO2可以使表面层呈现良好的银白色的效果。高硬度的ZrN和Si3N4共同掺杂可以显著提高银白色涂层的维氏硬度，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。
图11示出了本申请实施例提供的第八种银白色涂层的示意性结构图。如图11所示，该第八种银白色涂层结构包括三层，最下面为锆基非晶合金基材，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为锆基非晶合金。该涂层的表面层为纯金属Cr、CrN、W2N、Cr3C2、WC，以及含有极少量的W，即表面层为一种氮化物和碳化物掺杂铬基金属复合材料，其中CrN的质量百分数低于10％，W2N的质量百分数低于5％，C元素的质量百分数低于1％。在表面层和基材之间为通过PVD工艺形成的打底层纯金属Cr。
以下介绍该第八种银白色涂层的制备方法。
基材选择为锆基非晶合金，其中锆的质量百分数大于52％。设备选择为磁控溅射系统。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属铬作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和铬靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的铬金属层。
然后进行表面层镀膜。保持铬靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。然后开启钨靶，使铬靶和钨靶同时进行溅射，持续时间为80分钟。最后开启乙炔(C2H2)气体10分钟，其中乙炔进气量为氮气进气量的10％。
由此可以在锆基非晶合金基材之上形成纯金属铬的打底层和Cr、CrN、W2N、Cr3C2、WC以及极少量的W构成的表面层。其中，Cr可以使表面层呈现良好的银白色的效果。高硬度的CrN、W2N、Cr3C2、WC共同掺杂可以显著提高银白色涂层的维氏硬度，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。
图12示出了本申请实施例提供的第九种银白色涂层的示意性结构图。如图12所示，该第四种银白色涂层结构包括三层，最下面为铝基材，即应用在产品上的某部件时，该部件的主体材料为铝。该涂层的表面层为纯金属钛(Ti)、TiN、W2N、TiWN，以及含有极少量的W，即表面层为一种氮化物掺杂钛基金属复合材料，其中TiN的质量百分数低于10％，W2N的质量百分数低于5％，表面层中氮元素的总质量百分数低于10％。在表面层和基材之间为通过PVD工艺形成的打底层纯金属Ti。
以下介绍该第四种银白色涂层的制备方法。
基材选择为7075铝合金，设备选择为磁控溅射系统。
首先在基材上进行打底层镀膜。选择纯金属钛作为靶材，开启磁控溅射系统清洗靶材30分钟，以去除靶材表面的氧化物等杂质，同时使磁控溅射系统中炉内形成真空，去除其他杂质。然后开启氩气和钛靶，持续30分钟，使基材表面形成超薄的钛金属层。
然后进行表面层镀膜。保持钛靶继续溅射，开启氮气10分钟，其中氮气进气量为氩气进气量的10％。开启钨靶，使得钛靶和钨靶溅射沉积同时进行，沉积时间为90分钟。
由此可以在铝基材之上形成纯金属Ti的打底层和Ti、TiN、W2N、TiWN以及极少量的W构成的表面层，其中TiWN为Ti和W在溅射过程中形成了TiW合金，再和氮气反应生成了TiWN，其中由于Ti和W的比例不同，而可能生成不止一种氮化物，例如可能生成Ti和W比例为8:1的TiWN，也可能同时生成Ti和W比例为9:1的TiWN。Ti可以使表面层呈现银白色的效果。高硬度的TiN和W2N共同掺杂可以显著提高银白色涂层的维氏硬度，满足更多应用场景的表面硬度和表面耐磨性需求。应理解，如果表面层中包含多种金属元素和/或非金属元素，则在溅射过程中都可能生成多种金属元素和/或多种非金属元素共同形成的氮化物。例如，当表面层中包含TiN、CrN、ZrN、W2N、Si3N4等氮化物时，表面层中都可以同时生成Ti、Cr、Zr、W、Si中的一种或多种元素形成的合金化合物，而由于元素比例不同，可能同时生成多种元素相同但元素比例不同的氮化物。
通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (21)
1.一种银白色涂层，其特征在于，包括：
表面层，所述表面层包括银白色的主体金属、第一氮化物和第二氮化物，所述主体金属为铬、钛、锆中的任一种或多种，所述第一氮化物为所述主体金属的氮化物，所述第二氮化物的硬度大于所述第一氮化物的硬度，所述第二氮化物为钨的氮化物和/或硅的氮化物，所述第一氮化物的质量百分数大于0且小于15%，所述第二氮化物的质量百分数大于0且小于10%；
打底层，所述打底层为所述表面层与基材之间的膜层，所述打底层为金属膜层。
2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述打底层中的金属为所述主体金属。
3.根据权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述涂层设置于基材上，所述基材包括金属基材和/或无机非金属基材。
4.根据权利要求3所述的涂层，其特征在于，所述基材为金属基材时，所述打底层中的金属为所述基材中的金属。
5.根据权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述表面层和所述打底层之间还包括一个或多个中间层，所述中间层用于连接所述打底层和所述表面层。
6.根据权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述表面层还包括一种或多种氧化物。
7.根据权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述表面层还包括一种或多种碳化物，所述碳化物中碳元素的质量百分数小于1%。
8.根据权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述表面层还包括第三氮化物和/或第四氮化物，所述第三氮化物为所述第一氮化物中的金属元素和所述第二氮化物中的金属元素形成的第一合金的氮化物，所述第四氮化物为所述第一氮化物中的金属元素和所述第二氮化物中的金属元素形成的第二合金的氮化物，所述第一合金中的金属元素比例与所述第二合金中的金属元素比例不同。
9.根据权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述表面层中氮元素的质量百分数小于10%。
10.根据权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述第一氮化物和所述第二氮化物的维氏硬度大于1500HV。
11.一种制备银白色涂层的方法，其特征在于，包括：
在基材上沉积打底层，所述打底层为表面层与基材之间的膜层，所述打底层为金属膜层；
在所述打底层上沉积表面层，所述表面层包括银白色的主体金属、第一氮化物和第二氮化物，所述主体金属为铬、钛、锆中的任一种或多种，所述第一氮化物为所述主体金属的氮化物，所述第二氮化物的硬度大于所述第一氮化物的硬度，所述第二氮化物为钨的氮化物和/或硅的氮化物，所述第一氮化物的质量百分数大于0且小于15%，所述第二氮化物的质量百分数大于0且小于10%。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述打底层中的金属为所述主体金属。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述涂层设置于基材上，所述基材包括金属基材和/或无机非金属基材。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基材为金属基材时，所述打底层中的金属为所述基材中的金属。
15.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述在打底层上沉积表面层之前，所述方法还包括：
在所述打底层上沉积一个或多个中间层，所述中间层用于连接所述打底层和所述表面层。
16.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述表面层还包括一种或多种氧化物。
17.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述表面层还包括一种或多种碳化物，所述碳化物中碳元素的质量百分数小于1%。
18.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述表面层还包括第三氮化物和/或第四氮化物，所述第三氮化物为所述第一氮化物中的金属元素和所述第二氮化物中的金属元素形成的第一合金的氮化物，所述第四氮化物为所述第一氮化物中的金属元素和所述第二氮化物中的金属元素形成的第二合金的氮化物，所述第一合金中的金属元素比例与所述第二合金中的金属元素比例不同。
19.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述表面层中氮元素的质量百分数小于10%。
20.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述第一氮化物和所述第二氮化物的维氏硬度大于1500HV。
21.一种电子设备，其特征在于，包括外壳，所述外壳包括权利要求1-10中任一项所述的银白色涂层。
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| CN101830092A (zh) * | 2009-03-13 | 2010-09-15 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种耐腐蚀的彩色装饰膜的制备方法 |
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