CN1321201A - 具有高镜面反射率的铝－钛合金、含有此合金的反射层和包括此反射层的镜子和零件 - Google Patents

Abstract

基于铝和钛的金属合金,其中铝含量为80～90mol%,钛含量为10～20mol%,该合金的特征在于,它是微晶的,并处于热力学平衡之外,因此所述合金耐氧化和耐腐蚀,同时与聚合物材料有明显的粘接能力。由一层优选厚度为0.01～3μm的这种金属合金层构成的反射涂层,覆盖有一层优选是聚合物材料的保护膜。镜面反射率至少等于约65%、具有良好的耐腐蚀性和耐氧化性并包含基底的特殊镜面优选是支撑着本发明反射涂层的聚合物材料。包括这种镜面的制品,比如汽车后视镜。

Description

具有高镜面反射率的铝-钛合金、 含有此合金的反射层和包括此反射层的镜子和零件

本发明涉及具有高镜面反射率的新型铝-钛合金、含有此合金的反射层以及包括此反射层的镜子和零件。

更具体地，本发明涉及特殊镜面的设计和制造。特殊镜面一词是指这样一种镜面，其光学特性应该处在很好确定的范围中，而且即使当受到苛刻的制约条件下这些特性也应该完整地得到保存，上述制约条件的非限定性实例有如发生或未发生凝聚的在如氯化钠等化学品存在下的特别有腐蚀性的气氛如潮湿的气氛。再具体一些，但不是限定性地，本发明涉及到通过在塑料或复合材料的基体上沉积一层金属而制造的镜面，实际上在使用复合材料基体时，反射层和一般是聚合物的基底之间的界面对环境特别敏感，是发生不可逆损坏的部位。

为了制造这种可以耐受腐蚀性环境的特殊镜面，经常把一层金属层沉积到用作适当结构的基体上。然后用一层透明的保护膜保护此金属层不受机械的、化学的和其它侵蚀。作为一个非限定性的例子，此保护膜可以是金属氧化物或氧氮化物，但是出于经济的原因，这经常是一种聚合物。

因此，一种这样的镜面包括两个界面，即基底/反射涂层界面和反射涂层/保护膜界面，它们都是此系统的薄弱点，因为它们可能是发生脱层的部位，从而导致失去光泽而变暗、起泡，无论如何都导致镜面严重劣化。

按照先有技术，一般是借助于沉积一种所谓铂矿的金属，即门捷列夫周期表的Ⅷ族金属，更具体地铑、钌或钯来制造上述特殊镜面。实际上这些金属具有接近60％的可接受的反射率，它们对变暗不敏感，具有良好的耐机械侵蚀特性，因为它们的硬度很高。然而此技术具有的主要缺点是用这些材料难以制造涂层，而且其价格高昂。

某些制造者用在金属、聚合物或陶瓷基底上沉积纯铝或银的方法制造镜面，上面再用透明的聚合物加以保护。这样的镜面具有优异的光学性能，但在侵蚀性气氛下不能使用，由于涂层变暗、起泡和剥落导致镜面非常迅速劣化。

如在FR2,768,096中所述，还可以举出采用结合或不结合铬层的钛层制造镜面的方法，但是在侵蚀性环境下这样的制造迅速地劣化以致FR-2,768,096建议在透明基体的后表面上沉积一层，指出“如此特别可以防护该后表面受到机械和化学影响”。

另外，钛和铝的合金是已知的，它们用来赋予钛以机械性能，这涉及低铝含量的通常含铜的合金。

本发明的一个目的是提供一种金属合金，它同时具有良好的反射性能并且能够与基底特别是聚合物基底形成很牢固化学结合，致使上述两个界面能够耐受大部分气候，无论是工业性质还是含盐气候的侵蚀。

本发明的另一个目的是，提供一种其本性能够耐受腐蚀，因而耐受失去光泽而变暗的金属合金。

本发明的另一个目的是提供一种可以和基底，特别是聚合物基底形成在很宽的应用领域不因温度变化而改变的化学结合的金属合金。

本发明的又一个目的是提供一种成本低廉的反射涂层。

这些目的和其他目的在下面的叙述中是显而易见的，本发明满足了这些目的，本发明提供了一种基于铝和钛的金属合金，其中铝的含量是80～90mol％，钛的含量是10～20mol％，该合金的特征在于，它是微结晶的，而且是处于热力学平衡以外的，因此所述合金耐受氧化和腐蚀，同时具有优异的与聚合物材料粘接的能力。

在本发明范围内，“微结晶”一词指的是一种尺寸小于大约1μm的晶体。因此，按照本发明一种微晶合金由其尺寸小于约1μm的晶体组成。

本发明金属合金的性能，特别是反射率，将是合金越纯就越好。但是，能够允许直至约2mol％杂质，而不会明显地影响合金的性能。

因此，按照本发明的一个优选实施模式，此金属合金含有的杂质量最多为大约2mol％。

按照本发明的一个优选实施模式，一种金属合金的铝含量为84～87mol％，而钛含量为13～16mol％。

为了实现本发明，应该克服一个严重偏见，因为在该技术领域都知道，在铝中加入元素添加物将大大降低其反射率。

另外，钛和铝的合金是已知的，但只涉及低铝含量和一般含铜的用来赋予钛以机械性能的合金。

低钛含量的铝合金也被叙述过，其钛含量不超过1mol％，一般还结合有等量的锰和镁。用来制造耐压中空制品时，这种合金完全脱离了本发明所覆盖的应用和领域。

在T.B.Massalski的《二元合金相图》(Binary Alloy PhaseDiagrams)第1卷，p.175～176出版以后我们知道了铝含量为80～90mol％，钛含量为10～20mol％的铝钛合金。不在本发明范围内的此合金是在热力学平衡内的，它也不是微晶的。它不具有所需的耐氧化和耐腐蚀性能，它也不具备明显的对聚合物材料的粘接能力。

本发明还提供一种反射涂层，它由一层覆盖有保护膜的上述本发明金属合金层构成。

由覆盖一层保护膜的金属合金层构成的这种反射涂层的特征在于，所述金属合金是一种处于热力学平衡外的微晶铝钛基合金，其铝含量为80～90mol％，而钛含量为10～20mol％。

按照本发明的一个优选实施模式，由覆盖了透明保护膜的金属合金层构成的反射涂层的特征在于，所述金属合金是一种铝钛基合金，其铝含量为80～90mol％，其钛含量为10～20mol％，还含有最多为大约2mol％的杂质。

在本发明的反射涂层中，保护膜一般是聚合物材料。

金属合金层的厚度一般是0.01～5μm。

在0.01μm以内，该涂层几乎是透明的，而超过5μm，反射率变差，而其他性能则未受影响。

该金属合金层的厚度优选为0.01～3μm，更好是0.01～0.5μm。

本发明还提供一种包括载有一个反射涂层的基底的镜面，其特征在于所述反射涂层如上所述。

基底一般是聚合物材料。

为了得到其镜面反射率至少等于大约65％，充分耐受腐蚀和氧化的特殊镜面，应该选择由覆盖有透明保护膜的金属合金层构成的反射涂层，其特征在于，所述金属合金是一种处于热力学平衡外的铝钛基微晶合金，其铝含量为80～90mol％，钛含量为10～20mol％，其杂质含量不高于大约2％，其合金层厚度为0.01～3μm。

当本发明的反射涂层沉积在本身被透明保护膜保护的聚合物基底上时，在不影响其反射率且其界面也没出现任何缺陷的条件下，其整体可以曝露在腐蚀性气氛下，比如按照标准ISO 9227的所谓盐雾测试气氛下。

可以各种适当的手段沉积本发明的铝钛合金，然而真空沉积技术，比如阴极磁控管雾化、蒸发和在一定条件下的共蒸发(为了得到微晶，本领域的专业人员很容易确定这些条件)是为了制造这种薄层形式的材料而特别指出的方法。

本发明的镜面，特别是特殊镜面可以制成如汽车后视镜或广告标识那样制品的零件。

本发明合金对聚合物的亲和力和粘接性都很强。

耐腐蚀性也很重要，因为镜子的反射面直接和大气中的各种物质接触，未受到使其不被氧化的保护作用。

Jidosha的日本专利JP 61/133902叙述了由玻璃基底构成的镜子，在此基底上依次沉积了透明TiO₂层和铝与例如钛的合金反射层。这涉及到制造彩色镜子，该颜色是由于TiO₂层中光干涉现象而得到的。二氧化钛是此彩色镜子的最重要组分。应该注意到，相对于光线来说，铝合金反射层位于玻璃的后部，因此其反射面受到保护不被氧化。再有，与本发明相反，此专利中的铝合金与陶瓷接触，它与聚合物粘接或亲和，在物理一化学性能方面陶瓷和聚合物是完全不同的。

下面参见非限定性的实施例更详细地叙述本发明。

实施例1

此实施例涉及在外界环境下使用的镜面的制造。

此镜面的结构用聚碳酸酯(基底)制造。

它应该是耐风所夹带的颗粒磨损的，也是耐雨水和工业气氛腐蚀的。为此，在真空下经阴极磁控管雾化沉积一层厚度为0.1μm的本发明铝钛合金，该合金含有85mol％铝，其余是钛，然后将其用聚硅氧烷基的耐磨透明涂料(保护膜)保护。

镜面的反射率是67±1％，按照标准ISO 2409测试涂层的粘接性，结果是0级。在符合标准ISO9227的盐气氛下曝露400hr进行镜面的人工老化。然后经洗涤、干燥后重新测试粘接性，结果是0级，没有出现任何剥离或起皮。测试后的反射率是66±1％，与初始值之差属于测量误差范围内。

为了进行比较，将一个通过在聚碳酸酯基底上沉积相同厚度的纯铝，然后再涂布同样的聚硅氧烷涂料而制造的传统镜面置于同样的外力作用下，在盐雾中曝露400hr以后，镜面上约30％涂层剥离，这时镜面已经不能使用了。

实施例2

制造红外线加热用的镜面。此镜面应该能够经受200℃的工作温度而不影响其性能。为此，使用了聚醚酰亚胺结构，在其上面真空沉积一层本发明的铝钛合金层。合金的组成是含87mol％铝，含13mol％钛，厚度为5μm。

此镜面的固有反射率是70％。按照在实施例1中叙述的方法检验涂层的粘接性，给出结果是0级。让此镜面经受在200℃保持1hr和在环境温度下保持2hr的一系列交替测试。在10次循环以后终止实验，重新测量各种性能。粘接性测试结果定为0级，反射率没有改变。

为了进行比较，用两个相当于先有技术的镜面进行同样的测试，其中一个通过在聚醚酰亚胺基底上涂布1mμ厚的金涂层而得到，另一个是在同样基底上涂布纯铝涂层而得到。在10次循环以后，金涂层部分剥离，镜面无法使用，反射率曾是95％的铝涂层由于表面氧化层的增加使反射率变成52％。

实施例3

制造用于曝露在户外的广告标识。这个用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制造的标识应该具有光亮的金属外观。在现场的使用寿命应该超过5年。

为此，用本发明的铝钛合金在标识表面涂布金属薄膜，此合金的组成是含82mol％铝，含18mol％钛，其厚度为0.3μm。然后在合金膜上涂布20μm厚的透明保护清漆。按照在实施例1中所引用的测试方法评价涂层的粘接性，结果是0级，反射率是68％。

按照实施例1中所叙述的测试标准，通过在盐雾中曝露100hr进行模拟老化。在测试结束时，将此标识洗涤、干燥并重新测试其性能。粘接性仍然没有改变，反射率是65％，变化如此之小与保护漆膜对表面提供防护作用致使盐蒸汽只产生轻微侵蚀有关。

为了进行比较，对通过传统电镀技术沉积了厚度0.1μm的铬涂层并用同样的清漆保护的标识进行同样的测试。反射率是70％，粘接性是0级。曝露在盐雾中以后，出于同样的原因，反射率变到66％，但粘接性仅仅为1级。

实施例4：非微晶合金(非本发明)

为了在塑料轻质基底上制造高性能镜面，浇铸出含13％钛的铝钛合金锭，将其压延得到厚度为10μm的箔。在X光下检验此箔的结晶学结构符合铝钛合金相图所预期的结构。

此合金不是微晶的，且处于热力学平衡中。

然后将此合金箔用共压延的方法压到一层聚合物膜上，使金属层的厚度减少到0.2μm。

然后将此金属化的塑料膜附着到聚碳酸酯基底上，构成镜子的骨架。再在整体上覆盖一层透明防划痕清漆层，防止反射面受到侵蚀，此技术使得能够容易工业化并以低成本成批制造。

这种镜面的反射率是75％。

为了检验其随时间变化的性能，让此镜面经受如前面实施例1中所述的盐雾实验。在实验24hr以后(当然这是明显不足的)，清漆保护层特别受到损坏。显微镜检验显示，此损坏的来源是聚合物清漆与如此制造的铝钛合金的粘接性不够。

Claims (15)

1．基于铝和钛的金属合金，其中铝含量为80～90mol％，钛含量为10～20mol％，该合金的特征在于，它是微晶的，并处于热力学平衡之外，因此所述合金耐氧化和耐腐蚀，同时与聚合物材料有明显的粘接能力。

2．权利要求1的合金，其特征在于其中杂质含量最多等于大约2mol％。

3．权利要求1的合金，其特征在于其铝含量为84～87mol％，钛含量为13～16mol％。

4．由覆盖有保护膜的金属合金层组成的反射涂层，其特征在于所述金属合金是一种基于权利要求1的铝和钛的合金。

5．由覆盖有透明保护膜的金属合金层组成的反射涂层，其特征在于所述金属合金是一种基于权利要求2的铝和钛的合金。

6．权利要求4的反射涂层，其特征在于该保护膜是一种聚合物材料。

7．权利要求4～6中任一项的反射涂层，其特征在于该金属合金层的厚度为0.01～5μm。

8．权利要求7的反射涂层，其特征在于该金属合金层的厚度为0.01～3μm。

9．权利要求8的反射涂层，其特征在于该金属合金层的厚度为0.01～0.5μm。

10．包括支撑反射涂层的基底的镜面，其特征在于所述反射涂层是权利要求4～9中任一项的涂层。

11．权利要求10的镜面，其特征在于该基底是聚合物材料。

12．镜面反射率至少等于约65％，具有良好的耐腐蚀性和耐氧化性，包含一个支撑着反射涂层的基底的特殊镜面，其特征在于所述反射涂层是如权利要求5、6、8和9中任一项的涂层。

13．包括一个镜面的制品，其特征在于所述镜面是权利要求12的特殊镜面。

14．权利要求13的制品，其特征在于它由汽车后视镜构成。

15．权利要求13的制品，其特征在于它由广告标识构成。