CN207596950U - 一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，包括解卷机、缓冲系统、真空镀膜系统和收卷机。其缓冲系统包括第一带材储存区和第二带材储存区，真空镀膜系统包括入口锁闭室、溅射镀膜区、和出口锁闭室。解卷机和收卷机分别位于真空镀膜系统两侧，第一带材储存区设于解卷机和所述真空镀膜系统间，第二带材储存区设于收卷机和所述真空镀膜系统间。本实用新型能实现在金属带材上大面积镀制具有良好环境稳定性和优异附着性的装饰性涂层，且所采用的磁控溅射技术和电子束热蒸发技术是一种绿色的大面积镀膜技术，不会对环境造成污染。

Description

一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统

技术领域

本实用新型涉及磁控共同溅射技术领域，更具体地说是指一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统。

背景技术

装饰性涂层在日常生活中有广泛的应用。将装饰性涂层镀制在金属片材和金属条带上，不仅可以用于室内及室外的建筑设计，还可应用在一些载体产品的部件上，如金属外壳和家具部件等。在产品设计和建筑设计领域，装饰性涂层的使用不仅美观，进一步提升了环境舒适性，而且还能增加产品的耐磨性和防腐蚀等功能特性。

传统装饰性镀膜方法是涂装和上漆。粉末涂敷着色工艺在工业镀膜方法中占据了支配地位。其镀制的装饰性涂层具有良好的性能和理想的颜色。但其涂敷层较厚，不仅遮盖了金属的光泽，而且所消耗的原料也更多。

邻近染色和密封处理的阳极氧化铝工艺是在金属基材上获得较薄装饰性涂层的一个比较成熟的工艺方法。1963年美国专利US 3079309 A中公开了一种密封处理的阳极氧化铝工艺：清洁铝制工件后进行预处理。经过阳极氧化处理后的阳极氧化层呈现多孔状态，能够吸附有色染料溶液。染色后，阳极氧化层上的孔隙被密封处理。邻近染色工艺与目前已知的阳极氧化处理工艺相似，这两个镀膜工艺都需使用液体溶液，因此要进行废水处理。另一种工业上常见的在金属上镀制较薄装饰性涂层的方法是蘸浸涂敷法。1984年美国专利US4631093 A公布了这一发明，该发明将工件浸入水性溶液中以使金属表面具有抗腐蚀性，同时也为金属表面提供一个装饰性的颜色。但该发明使用的无铬酸盐蘸浸溶液中的铬氧化物具有毒性从而会对环境造成危害。

相较粉末涂敷着色或上漆工艺，PVD物理气相沉积涂层不仅可以保持金属的光泽和获得多种不同的颜色，而且其所镀的膜系涂层非常薄，使用的镀膜原材料也少得多。PVD工艺所镀涂层在生长形成过程中不使用任何化学液体，涂层材料沉积到基材之前在高真空环境下直接转变成气相。因此与上述涂镀技术相比，PVD镀膜技术是一种100%绿色环保无污染的替代技术。

在多个已公开的专利中都描述了采用PVD技术镀制装饰性涂层的方法。1986年美国专利US 4758280 A中公开了一种通过阴极溅射钛、锆和铪合金的碳氮氧化物镀膜方法，在基材上镀制一个装饰性的黑色耐磨损保护膜层。2005年美国专利US 7270895 B2与2001年美国专利US 20030072974 A1描述了金属碳氮氧化物涂层的制备方法。该涂层使用耐热和难熔金属（如铪、钽、锆、钛等）作为镀膜材料，通过添加工艺气体来调节金属碳氮氧化物中金属的比例。采用的PVD镀膜方法包括蒸发、溅射和电弧镀。该涂层具有与氮化钛、碳氮化钛、氮化锆和碳氮化锆涂层类似的机械耐磨性，涂层可选择的颜色范围也更广。

专利US 20030072974 A1中也公开了一种在一个工艺体腔内同时使用电弧沉积和溅射沉积以获得(Zr:Al) CxOyNz混合物的方法。CIELAB色值的调整方法包括调整铝的成分分数、调整CxOyNz混合物的成分和调整上述工艺气体的通入量。但该方法并不适用于大面积镀制涂层。

另一个关于PVD装饰镀膜的专利是2012年美国专利US 20120164478。该专利采用一个具有金属性能特征的反射基底层以及一个由来自IVA元素组的氧化物组成的干涉层，该金属基底层可以被部分氧化。通过这个方法能设计所镀膜系的折射率和消光系数，使涂层呈现不同的干涉颜色和亮度。在室内及室外建筑上使用的装饰性涂层所要求的涂层硬度并不需要达到类似(Zr:Al) CxOyNz涂层的硬度，更重要的是必须具备大面积镀膜的可行性且所镀制的涂层必须具有优异的附着性和良好的环境稳定性。为此，我们提供一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统。

发明内容

本实用新型提供一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，以解决如何实现在室内及室外建筑上大面积镀制具有良好环境稳定性和优异附着性的装饰性涂层等问题。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，包括解卷机、缓冲系统、真空镀膜系统和收卷机，所述缓冲系统包括第一带材储存区和第二带材储存区，所述真空镀膜系统包括入口锁闭室、溅射镀膜区、和出口锁闭室，所述解卷机和收卷机分别位于真空镀膜系统两侧，所述第一带材储存区设于解卷机和所述真空镀膜系统间，所述第二带材储存区设于收卷机和所述真空镀膜系统间。

进一步地，所述入口锁闭室设有复数个单独的密封区，用于将气体压力从大气压降低到高真空状态，所述出口锁闭室设有复数个单独的密封区，用于将气体压力由高真空状态逐步增加到大气压力。

进一步地，所述镀膜系统还包括一带材预处理区，该带材预处理区设于入口锁闭室后，所述带材预处理区可选择性使用，其内设有辉光放电处理装置或等离子体刻蚀处理装置，或所述带材预处理区同时设有辉光放电处理装置和等离子体刻蚀处理装置。

进一步地，所述溅射镀膜区包括第二溅射区，该第二溅射区设有磁控管和双磁控溅射装置，用于镀制化合物涂层子膜系，所述第二溅射区所设置的电源为直流电源、直流脉冲电源或双极交流电源，其所需的磁控管数量为2～16个。

进一步地，所述溅射镀膜区还包括第一溅射区和第三溅射区，所述第一溅射区后连接第二溅射区，第二溅射区后连接第三溅射区，所述第一溅射区和第三溅射区分别设有磁控管，所述第一溅射区可选择性使用，其设有单磁控溅射装置或双磁控溅射装置用于镀制附着层，所设置的电源为直流电源、直流脉冲电源、双极交流电流或单极交流电源，所述第一溅射区所需的磁控管数量为1～4个；所述第三溅射区可选择性使用，其设有双磁控溅射装置用来镀制介质层，所设置的电源为直流脉冲电源、双极交流电源或单极交流电源，所述第三溅射区所需的磁控管数量为1～4个。

进一步地，所述镀膜系统还包括一电子束热蒸发镀膜区，所述电子束热蒸发镀膜区前连接所述溅射镀膜区，其后连接所述出口锁闭室，所述电子束热蒸发镀膜区可选择性使用，其内设有电子束热蒸发处理装置，用于代替第三溅射区镀制介质层。

进一步地，所述解卷机上安装有金属带材，所述金属带材为卷对卷金属带材，该卷对卷金属带材为铝基合金或奥氏体不锈钢金属带材，其厚度为0.2～1.0mm，宽度为500～1500mm，卷料总重量不超过7000kg。

由上述对本实用新型结构的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型采用磁控溅射技术和电子束热蒸发技术，能实现在卷对卷金属带材上进行连续的大面积镀膜，其所镀制的装饰性涂层具有良好的环境稳定性。镀制时所采用的磁控溅射技术和电子束热蒸发技术是一种绿色的大面积镀膜技术，不会对环境造成污染。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型第二溅射区内双磁控溅射工艺产生的蒸气流通量VA和蒸气流通量VB示意图。

图3为图2中蒸气流通量VA和蒸气流通量VB在金属基材上混合的沉积率分布示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本实用新型的具体实施方式。

一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，参照图1，包括解卷机1、缓冲系统、真空镀膜系统3和收卷机5。解卷机1和收卷机5分别位于真空镀膜系统3两侧，缓冲系统包括第一带材储存区2和第二带材储存区4，第一带材储存区2设于解卷机1和真空镀膜系统3间，第二带材储存区4设于收卷机5和真空镀膜系统3间。缓冲系统可以在不影响卷对卷金属带材6在真空镀膜系统3内连续移动进行镀膜的情况下给解卷机1和收卷机5提供做卷料切换的缓冲时间。真空镀膜系统3包括入口锁闭室31、溅射镀膜区33和出口锁闭室35。溅射镀膜区33设于入口锁闭室31后，其后设有一溅射镀膜区33和一电子束热蒸发镀膜区34，电子束热蒸发镀膜区34后还连接一出口锁闭室35。

入口锁闭室31设有复数个单独的密封区，用于将气体压力从大气压降低到高真空状态，出口锁闭室35设有复数个单独的密封区，用于将气体压力由高真空状态逐步增加到大气压力。

镀膜系统还包括一带材预处理区32和一电子束热蒸发区34，该带材预处理区32设于入口锁闭室31后，电子束热蒸发镀膜34区前连接溅射镀膜区33，其后连接出口锁闭室35。带材预处理区32可选择性使用，其内设有辉光放电处理装置或等离子体刻蚀处理装置。带材预处理区32还可同时设有辉光放电处理装置和等离子体刻蚀处理装置。电子束热蒸发镀膜区34可选择性使用，其内设有电子束热蒸发处理装置，用于代替第三溅射区332镀制介质层。

溅射镀膜区33包括第一溅射区330、第二溅射区331和第三溅射区332。第一溅射区330、第二溅射区331和第三溅射区332分别设有磁控管，磁控管的数量取决于镀膜速度，卷对卷金属带材6在真空镀膜系统3中的镀膜速度为3～20m/min，所使用的电源配置则取决于具体的镀膜场合。第一溅射区330可选择性使用，其采用单磁控溅射或双磁控溅射来镀制附着层，可选择的电源包括直流电源、直流脉冲电源、双极交流电流和单极交流电源。第一溅射区330所需的磁控管数量为1～4个。第二溅射区331采用双磁控溅射来镀制化合物涂层子膜系，可选择的电源包括直流电源、直流脉冲电源和双极交流电源。第二溅射区331所需的磁控管数量为2～16个。第三溅射区332可选择性使用，其采用双磁控溅射来镀制介质层，可采用的电源包括直流脉冲电源、双极交流电源和单极交流电源。第三溅射区332所需的磁控管数量为1～4个。电子束热蒸发镀膜区34采用电子束热蒸发工艺，可代替第三溅射区332用于镀制选择性介质层。由于电子束热蒸发工艺相较于磁控溅射工艺允许更高的沉积率，因此当所需镀制的介质层较厚时，首选电子束热蒸发工艺。

参照图2和图3，每个共同溅射工艺包含一个包括溅射靶材A和溅射靶材B的双磁控管配置。溅射靶材A含有金属或金属合金A ，溅射靶材B含有金属或金属合金B 。每个溅射靶材通过一个工艺电源单独驱动旋转，因此从靶材A产生的蒸气流通量VA与靶材B产生的蒸气流通量VB是不同的。两种蒸气流通量VA和VB会在基材表面混合形成一个新的膜层，在新的膜层上添加一个反应气体，如氮气，该沉积膜层会与氮气反应形成一个混合金属的化合物层。由于溅射靶材的排列布置以及靶材方位的倾斜角度不同，相应的蒸气流通量可能不会被均匀地混合。RA+B为基材表面上沉积率的总分布。在本实施例混合物的沉积率分布中，混合金属的化合物层中沉积的蒸汽流通量VA占60%，而蒸气流通量VB则占40%，显然蒸气流通量VA在RA+B中的比率更高。RA为蒸气流通量VA的沉积率分布，而RB为蒸气流通量VB的沉积率分布。这样就可以推断出在混合物中金属A和金属B之间混合的一个梯度。通过这种方法可以拟定化合物层的平均折射率n以及消光系数k，且通过调整溅射靶材的排列和布置以及溅射靶材方位的倾斜角度，可以调整混合的梯度。

该镀膜系统适用于在卷对卷金属带材6上镀制装饰性涂层。卷对卷金属带材6可以由拥有足够高抗腐蚀性的铝基合金或者奥氏体不锈钢制造，其厚度为0.2～1.0mm，带材宽度为500～1500mm，且卷料的总重量可以达到7000kg。镀膜前卷对卷金属带材6需先进行表面处理。表面处理方法包括带材表面脱脂、清洗和热风干燥处理，以实现金属带材表面无油、无脂、无灰尘和其他污染物。铝基金属带材可额外拥有一个人工生长的氧化铝膜层，用于增强抗腐蚀性或改善表面硬度，其自身已经经过表面处理，因此镀膜前无需再进行表面处理。

镀膜时将卷对卷金属带材6安装在解卷机1上，该卷对卷金属带材6从解卷机1上放卷出来后进入第一带材储存区2，带材储存区允许一个连续的镀膜工艺累积镀膜长度达到数十千米。经过第一带材储存区2后卷对卷金属带材6继续移动传输到真空镀膜系统3。在真空镀膜系统3中，卷对卷金属带材6必须先通过入口锁闭室31。经过入口锁闭室31后，卷对卷金属带材6进入带材预处理区32，带材预处理区32中采用辉光放电处理装置320解吸水分和去除一定量的剩余挥发性杂质，同时通过等离子体刻蚀预处理装置321可以激活带材表面。其中采用等离子体刻蚀预处理装置321主要是去除金属带材上自然形成的较薄的表面氧化物。卷对卷金属带材6在预处理区32中经过这两种预处理工艺处理，可以使后续在带材表面上制备的涂层分布均匀且具有优异的附着性。

经过预处理的卷对卷金属带材6继续移动到溅射镀膜区33。在第一溅射区330可选择性地镀制一个附着层。镀制附着层可选择单磁控溅射或双磁控溅射。在第二溅射区331采用双磁控溅射来镀制单一化合物子膜系。在第三溅射区332可选择性地镀制介质层，优选地，镀制介质层采用的溅射方法为双磁控溅射。介质层的镀制还可在电子束热蒸发镀膜区34中采用电子束热蒸发工艺来代替第三溅射区332的双磁控溅射。

经过电子束热蒸发镀膜区34后，卷对卷金属带材6通过出口锁闭室35移动到第二带材储存区4，第二带材储存区4可为收卷机5收卷提供一定的缓冲时间，最后完成镀膜的卷对卷金属带材6传送到收卷机5上再次缠绕成卷。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，包括解卷机、缓冲系统、真空镀膜系统和收卷机，其特征在于：所述缓冲系统包括第一带材储存区和第二带材储存区，所述真空镀膜系统包括入口锁闭室、溅射镀膜区和出口锁闭室，所述解卷机和收卷机分别位于真空镀膜系统两侧，所述第一带材储存区设于解卷机和所述真空镀膜系统间，所述第二带材储存区设于收卷机和所述真空镀膜系统间。

2.如权利要求1所述的一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，其特征在于：所述入口锁闭室设有复数个单独的密封区，用于将气体压力从大气压降低到高真空状态，所述出口锁闭室设有复数个单独的密封区，用于将气体压力由高真空状态逐步增加到大气压力。

3.如权利要求1所述的一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，其特征在于：所述镀膜系统还包括一带材预处理区，该带材预处理区设于入口锁闭室后，所述带材预处理区可选择性使用，其内设有辉光放电处理装置或等离子体刻蚀处理装置，或所述带材预处理区同时设有辉光放电处理装置和等离子体刻蚀处理装置。

4.如权利要求1所述的一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，其特征在于：所述溅射镀膜区包括第二溅射区，该第二溅射区设有磁控管和双磁控溅射装置，用于镀制化合物涂层子膜系，所述第二溅射区所设置的电源为直流电源、直流脉冲电源或双极交流电源，其所需的磁控管数量为2～16个。

5.如权利要求4所述的一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，其特征在于：所述溅射镀膜区还包括第一溅射区和第三溅射区，所述第一溅射区后连接第二溅射区，第二溅射区后连接第三溅射区，所述第一溅射区和第三溅射区分别设有磁控管，所述第一溅射区可选择性使用，其设有单磁控溅射装置或双磁控溅射装置用于镀制附着层，所设置的电源为直流电源、直流脉冲电源、双极交流电流或单极交流电源，所述第一溅射区所需的磁控管数量为1～4个；所述第三溅射区可选择性使用，其设有双磁控溅射装置用来镀制介质层，所设置的电源为直流脉冲电源、双极交流电源或单极交流电源，所述第三溅射区所需的磁控管数量为1～4个。

6.如权利要求1所述的一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，其特征在于：所述镀膜系统还包括一电子束热蒸发镀膜区，所述电子束热蒸发镀膜区前连接所述溅射镀膜区，其后连接所述出口锁闭室，所述电子束热蒸发镀膜区可选择性使用，其内设有电子束热蒸发处理装置，用于代替第三溅射区镀制介质层。

7.如权利要求1所述的一种基于磁控共同溅射技术的镀膜系统，其特征在于：所述解卷机上安装有金属带材，所述金属带材为卷对卷金属带材，该卷对卷金属带材为铝基合金或奥氏体不锈钢金属带材，其厚度为0.2～1.0mm，宽度为500～1500mm，卷料总重量不超过7000kg。