DE3727279C2

DE3727279C2 - Schwarzsilberfarbige Beschichtung für Artikel, Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung und ihre Anwendung

Info

Publication number: DE3727279C2
Application number: DE3727279A
Authority: DE
Inventors: Kouji Hirose; Hitoshi Ito; Kazuhito Yoshida
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1987-08-16
Publication date: 1988-12-22
Also published as: US4923764A; DE3727279A1; HK67793A; CH672798A5; GB2196020B; JPS6334222B2; GB8720193D0; GB2196020A; JPS6362864A; SG51293G

Description

Die Erfindung betrifft eine schwarzsilberfarbige Beschichtung für Artikel. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung und eine Anwendung dieser Beschichtung.

Bei den Artikeln handelt es sich um Gebrauchsgegenstände, zum Beispiel Brillengestelle, und Ziergegenstände verschiedenster Art.

Aus der DE-OS 36 37 810 ist es bekannt, Schmuckgegenstände dadurch mit einer schwarz erscheinenden Oberfläche zu versehen, daß man auf einem Gegenstand aus Messing eine Folge von drei Schichten aufbringt, nämlich eine Nickelschicht, eine Palladium-Nickel-Legierungsschicht und schließlich eine Titannitridschicht.

Aus der GB-PS 21 63 456 ist es bekannt, Gegenstände mit einer farbigen Deckschicht zu versehen, wobei zunächst eine farbige Schicht, nämlich eine Schwarzchromschicht auf den Artikel aufgebracht und anschließend mit einer farblosen Keramikschicht als Schutzschicht überzogen wird.

Folgende chemische Behandlungsverfahren sind dafür bekannt, Artikeln eine Schwarzsilberfarbe zu geben, die das Gefühl hoher Qualität vermittelt. Bei einem Behandlungsverfahren wird der zuvor mit einem Metall wie Zink, Aluminium oder Nickel überzogene oder aus diesem Metall selbst bestehende Artikel in eine Lösung getaucht, die hauptsächlich Natriumchromat oder Natriumdichromat enthält, wobei eine Chromoxidschicht auf der Oberfläche des Artikels gebildet wird. Bei einer anderen chemischen Behandlung wird der zuvor mit Metall wie Zink, Aluminium oder Nickel beschichtete oder aus diesem Metall selbst bestehende Artikel in eine Nickelchloridlösung eingetaucht, durch die Schwefelwasserstoff hindurchgeleitet wurde, wobei auf der Oberfläche des Artikels eine Nickelsulfiddeckschicht gebildet wird.

Diese bekannten chemischen Behandlungen unterliegen Beschränkungen im Hinblick auf das Material des Artikels. Die erzielbare Dicke der dabei gebildeten Deckschicht ist sehr gering und bestenfalls etwa 0,1 µm. Ferner ist die Struktur der Deckschicht nicht sehr dicht. Daraus ergaben sich Probleme bezüglich der Korrosions- und der Abriebbeständigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Beschichtung für Artikel zu schaffen, durch die Artikel eine Schwarzsilberfarbe mit Metallglanz von besonders dekorativer Art annehmen, und die eine ausgezeichnete Korrosions- und Abriebbeständigkeit sowie ein festes Haftvermögen aufweist. Dabei soll der Farbton gut reproduzierbar sein und die Beschichtung mit geringen Kosten hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Beschichtung in Form einer Metallkeramik vor, die metallisches Chrom und Aluminiumoxid oder metallisches Chrom- Nickel und Aluminiumoxid umfaßt. Diese erfindungsgemäß auf der Oberfläche der zu beschichtenden Artikel gebildete Metallkeramik besitzt eine Schwarzsilberfarbe mit metallischem Glanz und ist von einer sehr dekorativen Art, die ein Gefühl von Gefälligkeit und hoher Qualität vermittelt. Die Beschichtung aus Metallkeramik weist eine hohe Dichte auf, besitzt eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Abriebbeständigkeit sowie ein festes Haftvermögen und kann gleichmäßig mit guter Reproduzierbarkeit aufgebracht werden. Es steht ein weiter Bereich an Materialien zur Verfügung, aus dem der Träger oder Artikel der Beschichtung ausgewählt werden kann, und die Beschichtung kann leicht und mit geringen Kosten aufgebracht werden.

Bei der Ausbildung der Metallkeramik mit Metalloxidkeramik als dem Keramikbestandteil erweist es sich als günstig, daß die Zusammensetzung im Hinblick auf die freie Bildungsenergie folgender Beziehung genügt, in der X das Metall und Y_x2O_y2 die Oxidkeramik darstellen:

| X_x1O_y1 | < | Y_x2O_y2 | (1)

Dies bedeutet, daß das in der Metallkeramik enthaltene Metall beim Aufstäuben nicht die Oxidkeramik reduziert. Wenn eine solche Reduktion beim Aufstäuben auftritt, dann findet eine Umwandlung der Metallkeramik in Keramik statt, was dazu führt, daß die optische Durchlässigkeit des Beschichtungsmaterials zunimmt. Dies wiederum verursacht Lichtinterferenz in der Beschichtung auf dem Artikel und erschwert die Erzielung eines gleichmäßigen Farbtons der dekorativen Beschichtung. Auch wird es dadurch schwierig, identische Töne zu reproduzieren.

Unter Berücksichtigung nicht nur der dekorativen Eigenschaft, sondern auch der Korrosionsbeständigkeit und der Abriebbeständigkeit, wurden Chrom Cr und Chrom-Nickel (Ni+Cr) an erster Stelle als das Metall ausgewählt.

Was eine Oxidkeramik angeht, die obige Beziehung (1) in bezug auf Chrom oder Chrom-Nickel erfüllt, so lassen sich Zirkoniumoxid, Vanadiumoxid, Aluminiumoxid, Nioboxid und Tantaloxid nennen, die im Hinblick auf ihre freie Bildungsenergie nachfolgend geordnet sind:

| ZrO₂ | < | V₂O₅ | Al₂O₃ | < | Nb₂O₅ | < | Ta₂O₅ | (2)

Obwohl für ZrO₂ und V₂O₅ die obige Beziehung (1) erfüllt wird, tritt doch während des Aufstäubens mehr oder weniger eine Reaktion auf, die zu einem geringen Verlust an Gleichförmigkeit des Tons führt. Für Nb₂O₅ und Ta₂O₅ tritt eine solche Reaktion dagegen nicht in nennenswerter Weise auf. Dagegen unterscheidet sich eine solche Beschichtung aber auch wenig im Ton von einer Beschichtung aus Chrom oder Chrom-Nickel allein und besitzt keine Eigentümlichkeit als dekorative Beschichtung.

Die besten Ergebnisse werden mit Chrom oder Chrom-Nickel als Metall und Aluminiumoxid (Al₂O₃) als Oxidkeramik erzielt. Nachfolgend werden einige Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein Dekorationsgehäuse aus ABS-Harz wurde in eine Hochfrequenz-Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung gebracht und ein Verbundtarget mit 70 Gew.-% Chrom und 30 Gew.-% Aluminiumoxid verwendet. Nach Verminderung des Drucks in der Vorrichtung auf 10^-3 bis 2×10^-3 Pa wurde Argongas zur Erhöhung des Drucks auf 0,6 bis 0,7 Pa eingeleitet. Dann wurde die Zerstäubung bei Hochfrequenz und etwa 8 W/cm² durchgeführt. Die Filmbildungsgeschwindigkeit betrug 0,78 µm/h und die Dicke der Beschichtung schließlich 0,2 µm.

Die Temperatur des beschichteten Materials, das während der Filmbildung erhitzt wurde, bewegte sich im Bereich von Raumtemperatur bis zu 50°C. Das Material unterlag keiner thermischen Verformung. Es wurde eine sehr dekorative Schwarzsilberbeschichtung mit Metallglanz gebildet, die ein gutes Haftvermögen aufwies.

Beispiel 2

Metallisches Chrom und Aluminiumoxid wurden gesondert als Targets verwendet und Verschlüsse wurden für beide Targets vorgesehen. Durch Steuerung des Öffnungsgrades der beiden Verschlüsse wurde ein Aluminiumoxidanteil von 30 Gew.-% eingestellt. Die übrigen Bedingungen waren die gleichen wie beim Beispiel 1, und die gebildete Beschichtung war ebenfalls wie oben beschreiben.

Beispiel 3

Die Zerstäubung wurde unter Verwendung eines Verbundtargets mit 70 Gew.-% Chrom-Nickel und 30 Gew.-% Aluminiumoxid unter den gleichen Bedingungen wie beim Beispiel 1 ausgeführt. Die dabei gebildete Beschichtung war eine sehr dekorative Schwarzsilberschicht mit hervorragenden Eigenschaften und zufriedenstellendem Haftvermögen.

Obwohl in diesem Fall im Chrom-Nickel der Anteil des Nickels 80% und der des Chroms 20% betrug, besteht keine Beschränkung auf dieses spezielle Verhältnis. Auch wurden Chrom-Nickel und Aluminiumoxid ähnlich dem Beispiel 2 in getrennte Targets gebracht und die Zerstäubung dann ausgeführt, und es konnte eine zufriedenstellende Beschichtung ähnlich wie beim obigen Beispiel erhalten werden.

Bei allen Beispielen war die Beschichtung von intensiv-metallischer Art und hatte ein ausgezeichnetes Haftungsvermögen am Trägermaterial innerhalb eines Bereichs des Aluminiumoxidanteils von 5 bis 50 Gew.-%.

Anstelle des Aufbringens der Beschichtung durch Zerstäubung wie in den obigen Beispielen, kann auch die Technik der Vakuumabscheidung oder der Ionenbeschichtung verwendet werden.

Bei Verwendung eines Elekronenstrahls als Verdampfungsquelle sowohl bei der Vakuumabscheidung als auch bei der Ionenbeschichtung wurden jeweils zwei Elektronenkanonen und Schmelztiegel in einer Vorrichtung angeordnet und die Ionenbeschichtung für Chrom (oder Chrom-Nickel) und Aluminiumoxid unabhängig unter geeigneten Bedingungen für die Verdampfungsgeschwindigkeit zur Ausbildung einer Beschichtung ausgeführt. Dabei ist es notwendig, die Verdampfungsgeschwindigkeit so einzustellen, daß der Aluminiumoxidanteil in der Beschichtung in einem Bereich von 5 bis 50 Gew.-% liegt. Bei Verwendung einer Elektronenkanone und eines Schmelztiegels kann ein vorher auf ein geeignetes Verhältnis eingestelltes Target verwendet und die Verdampfung gleichzeitig ausgeführt werden.

Das Material, auf dem die erfindungsgemäße Beschichtung aufgebracht werden kann, umfaßt Kunstharz, Metall, Keramik, etc. ohne besondere Beschränkung. Ebenso ist es möglich, das Material zuvor etwa mit Nickel oder Chrom zu plattieren und die Beschichtung erst dann aufzubringen. Eine Alternative besteht darin, das Material zunächst durch Zerstäuben, Vakuumabscheiden oder Ionenbeschichtung mit Metall wie Chrom, Chrom-Nickel oder Nickel zu beschichten und nachfolgend die erfindungsgemäße Beschichtung aufzubringen. Im Hinblick auf die Verbesserung des Haftungsvermögens und insbesondere in Fällen, wo das zu beschichtende Material korrosionsanfällig ist, kann eine Grundschicht aus Metall oder Keramik zwischen dem eigentlichen Trägermaterial und der erfindungsgemäßen Beschichtung vorgesehen werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit erhöht wird.

Beim Beschichten wird der Anteil des Aluminiumoxids danach bestimmt, daß die optische Durchlässigkeit der sich ergebenden Beschichtung nicht die dekorative Natur der Beschichtung beeinträchtigt und sich der Ton deutlich von dem einer Beschichtung aus Chrom oder Chrom-Nickel allein unterscheidet. Der beste Ton wird erreicht, wenn der Anteil des Aluminiumoxidbestandteils im Bereich von 5 bis 50 Gew.-% liegt.

Claims

1. Schwarzsilberfarbige Beschichtung für Artikel, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Metallkeramik aus metallischem Chrom und Aluminiumoxid oder aus einer Chrom-Nickel-Legierung und Aluminiumoxid ist.

2. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Aluminiumoxids 5 bis 50 Gew.-% beträgt.

3. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch Dampfabscheidung, Aufstäuben oder Ionenbeschichtung aufgebracht wird.

4. Anwendung der Beschichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2 auf Artikeln aus Kunstharz, Metall oder Keramik, die vorher mit einer Grundschicht aus beispielsweise Nickel oder Chrom versehen sind.