JPH0280555A - Method for coating with black film - Google Patents

Method for coating with black film

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JPH0280555A
JPH0280555A JP23197588A JP23197588A JPH0280555A JP H0280555 A JPH0280555 A JP H0280555A JP 23197588 A JP23197588 A JP 23197588A JP 23197588 A JP23197588 A JP 23197588A JP H0280555 A JPH0280555 A JP H0280555A
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JP
Japan
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treated
materials
cathodes
coating
bias voltage
Prior art date
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Application number
JP23197588A
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Japanese (ja)
Inventor
Sueyoshi Ookura
末代史 大倉
Katsuto Izumi
和泉 勝人
Yasushi Hibino
靖 日比野
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0280555A publication Critical patent/JPH0280555A/en
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Abstract

PURPOSE:To form graphite films on the materials to be treated with superior adhesive strength by impressing negative bias voltage to cathodes at the time of forming black films on respective surfaces of the materials to be treated by using graphite target materials attached to cathodes, respectively, by a cathodic sputtering method. CONSTITUTION:Materials 5 to be treated attached to a holder 4 are disposed in a vacuum chamber 1, and also cathodes 2 to witch graphite targets 3 are attached, respectively, are disposed on both sides of the above materials 5 to be treated. A gas for plasma discharge, such as Ar, is introduced into the vacuum chamber 1 and a voltage for plasma discharge is impressed on the cathodes by means of an electric power source 6 to initiate plasma discharge. The above Ar gas is ionized by the above electric discharge and carbon is sputtered from the graphite targets 3, by which carbon films are formed on respective surfaces of the materials 5 to be treated. Since the powdered carbon is allowed to collide from the targets 3 against the materials 5 to be treated with high energy by impressing a negative bias voltage of 0 to -150V on the cathodes 2 by means of an electric power source 7 at this time, the carbon film excellent in adhesive strength can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は陰極スパッタリングの手段によって、処理品
の表面に黒色の被膜をコーティングする方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] This invention relates to a method of coating a surface of a treated article with a black film by means of cathodic sputtering.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

陰極に添設したターゲットを、作動ガス中において生せ
しめたプラズマ放電によりスパッタリングして、処理品
の表面に、上記スパッタリングによって上記ターゲット
から遊離した物質をコーティングする技術が公知である
There is a known technique in which a target attached to a cathode is sputtered by plasma discharge generated in a working gas to coat the surface of a treated product with a substance liberated from the target by the sputtering.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来の技術では、ターゲットにチタンその他を用い
て、処理品の表面に金色や濃紫色等の被膜をコーティン
グすることが行なわれている。しかし最今は黒色の品物
が好まれることが多く、それに対応して、上記のような
陰極スパッタリングの手法を用いて処理品に黒色の被膜
をコーティングする技術の提供が求められている。
In the above-mentioned conventional technology, titanium or other material is used as a target to coat the surface of the processed product with a film of gold color, deep purple color, or the like. However, these days, black products are often preferred, and in response to this, there is a demand for a technique for coating treated products with a black film using the above-mentioned cathode sputtering method.

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、処理品の表面に黒色でかつ処理品
に対する密着度の高い被膜をコーティングすることがで
きる方法を提供することである。
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to provide a method capable of coating the surface of a processed product with a black film that has high adhesion to the processed product. It is.

〔課題を解決する為の手段〕[Means to solve problems]

上記目的を達成する為に、本願発明は前記請求の範囲記
載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次の
通りである。
In order to achieve the above object, the present invention takes the measures as described in the claims above, and its effects are as follows.

〔作用〕[Effect]

処理品に0〜−150Vのバイアス電圧がかけられた状
態で黒鉛のターゲットがスパッタリングされることによ
り、上記処理品の表面には、上記ターゲットから遊離し
た炭素が、密着度の高い黒色の被膜としてコーティング
される。
By sputtering a graphite target while applying a bias voltage of 0 to -150V to the treated product, carbon released from the target forms a highly adhesive black film on the surface of the treated product. coated.

〔実施例〕〔Example〕

以下本願の実施例を示す図面について説明する。 The drawings showing the embodiments of the present application will be described below.

第1図は公知のものと同様の、陰極スパッタリングによ
り処理品の表面に被膜をコーティングする為の装置の概
様を示す0図において、1は真空チャンバで、その大き
さは例えば直径700m、高さ700fl程度である。
Fig. 1 shows an outline of a device for coating the surface of a processed product by cathode sputtering, which is similar to a known device. It is about 700 fl.

2はチャンバ1に取り付けた陰極で、二つが相対向して
設けられているが、一つのみを設ける構成でもよい、こ
の陰極2としては、ペニング式陰極即ちマグネトロン陰
極を用いても、2極式陰極を用いても良いが、成膜速度
を速くできる点で前者が好ましい、3は陰極2に添設し
たターゲットで、陰極2に対しては電気的に良好な接続
状態にしである。そのような状態の達成は、ハンダ付、
導電性接着側による接着、ねじ止のような機械的な固着
等から選択した適宜の手段によって行なう、このターゲ
ット3としては、処理品に対する黒色の被膜の形成の為
に、黒鉛を用いる。形態は例えば板状で、その周囲の複
数箇所がねじ止によって陰極2に固定される。4は処理
品のホルダ、5はホルダ4に装着した処理品(基材とも
呼ばれる)である、この処理品5としては、装飾性の高
い黒色の被膜が要求される種々の物品(例えばメガネフ
レーム、ナイフ等)がある、向上記陰極2を一つのみ設
けた場合は、上記ホルダ4としては処理品5を回転させ
ることのできるものを用いて、処理品5の表面各部への
被膜の生成が均一になるようにすると良い、6はプラズ
マ放電用の電源で、例えば400V以上の出力がある直
流電源が用いられ、図の如く結線される。7は処理品5
にバイアスをかける為の手段の一例として示す分圧器で
、電源6の出力(負電圧)を分圧した電圧を処理品5に
かけるようにしである。
Reference numeral 2 denotes cathodes attached to the chamber 1, and although two are provided facing each other, it is also possible to provide only one cathode. Although a type cathode may be used, the former is preferable in that the film formation rate can be increased. Reference numeral 3 denotes a target attached to the cathode 2, and the target is connected to the cathode 2 in a good electrical manner. Achieving such a condition can be achieved by soldering,
The target 3 is made of graphite in order to form a black film on the processed product. The shape is, for example, a plate, and a plurality of locations around the plate are fixed to the cathode 2 by screws. 4 is a holder for the treated product, and 5 is a treated product (also called a base material) attached to the holder 4.This treated product 5 includes various articles that require a highly decorative black coating (for example, eyeglass frames). , knife, etc.), if only one cathode 2 is provided, use a holder 4 that can rotate the product 5 to form a coating on each part of the surface of the product 5. 6 is a power source for plasma discharge, for example, a DC power source with an output of 400 V or more is used, and the wires are connected as shown in the figure. 7 is processed product 5
This is a voltage divider shown as an example of a means for applying a bias to the product 5, and a voltage obtained by dividing the output (negative voltage) of the power supply 6 is applied to the processed product 5.

尚図ではバイアス電圧の印加はホルダ4を通して多数の
処理品5に行なう例を示すが、ホルダ4を通さず直接に
処理品5に行なってもよい。
Although the figure shows an example in which the bias voltage is applied to a large number of processed items 5 through the holder 4, it may be applied directly to the processed items 5 without passing through the holder 4.

次に上記装置による処理品5への被膜のコーティングに
ついて説明する。処理品5が真空チャンバ1内に入れら
れた後、先ず真空チャンバl内が真空ポンプで真空引き
されると共に、そこにはプラズマ放電用の作動ガス即ち
イオン化ガスとして不活性ガス(例えばアルゴン)が導
入される。尚チャンバ1内の圧力はプラズマ放電が良好
に行なわれるよう10−”mbar〜5 X 10−”
mbarにされる。この状態において陰極2にプラズマ
放電用の電圧がかけられ、処理品5にバイアス電圧(0
〜−150Vのうちから選定)がかけられる、陰極2に
電圧がかけられることにより、チャンバ1内ではプラズ
マ放電が生ずる。その放電による高速の粒子(プラズマ
中のイオン)がターゲット3に衝突し、ターゲット3の
炭素が遊離される。遊離した炭素はバイアスのかかって
いる処理品5に向けて飛来し、その表面に密着力の高い
黒色の被膜となって生成する。上記状態で所定時間が経
過して、処理品5の表面に上記被膜が所定の厚み例えば
0.数μm乃至数μmまでコーティングされたならば、
電源6が切られ、チャンバ1内が復圧され、コーティン
グを終えた処理品5が取り出される。
Next, the coating of the film on the processed product 5 using the above-mentioned apparatus will be explained. After the product 5 to be processed is placed in the vacuum chamber 1, the inside of the vacuum chamber 1 is first evacuated using a vacuum pump, and an inert gas (for example, argon) is introduced therein as a working gas for plasma discharge, that is, an ionized gas. be introduced. The pressure inside the chamber 1 is set at 10-" mbar to 5 x 10-" to ensure good plasma discharge.
It is made into mbar. In this state, a voltage for plasma discharge is applied to the cathode 2, and a bias voltage (0
A plasma discharge is generated in the chamber 1 by applying a voltage to the cathode 2 (selected from -150 V). High-speed particles (ions in the plasma) caused by the discharge collide with the target 3, and carbon in the target 3 is liberated. The liberated carbon flies toward the treated product 5, which is biased, and forms a highly adhesive black film on its surface. After a predetermined period of time has elapsed in the above state, the coating film has a predetermined thickness, for example, 0.5 mm, on the surface of the processed product 5. If it is coated to several μm to several μm,
The power source 6 is turned off, the pressure inside the chamber 1 is restored, and the coated product 5 is taken out.

上記のようにして陰極スパッタリングによる処理品5の
コーティングを行なう場合、処理品5の表面に低い運動
エネルギーで堆積しているスパッタ物質の原子や、軽い
気体原子は、処理品5にかけられたバイアス電位によっ
て生じるプラズマ中の正イオンのボンバードメントによ
るエツチングのために再び取り去られてしまう、これら
の原子は、膜に十分強固に(つついていないからである
When coating the processed product 5 by cathode sputtering as described above, the atoms of the sputtered substance deposited on the surface of the processed product 5 with low kinetic energy and the light gas atoms are exposed to the bias potential applied to the processed product 5. These atoms are not sufficiently firmly attached to the film to be removed again due to etching due to the bombardment of positive ions in the plasma caused by the plasma.

こうして、高い運動エネルギーで堆積しただけの、ガス
の吸着がない、きちんとした被膜の成長が得られる。
This results in the growth of a neat film deposited with high kinetic energy, free of gas adsorption.

次に、上記のようにして処理品5のコーティングを行な
う場合における、バイアス電圧や陰極電流と、被膜の色
や成膜速度、密着力、硬度などとの関係を実験により得
た結果について説明する。
Next, we will explain the results obtained through experiments on the relationship between the bias voltage and cathode current and the color, film formation rate, adhesion, hardness, etc. of the coating when coating the treated product 5 as described above. .

先ず第2図(A)はバイアス電圧と被膜の色について色
差計によって得られた数値との関係を示すもので、0〜
−150Vのバイアス電圧の範囲において、通常の「黒
」として認められる被膜が得られている。(このときの
陰極電流は4.5A (カソード出力密度7W/cd)
に設定した。)尚−150vを越えると、被膜の剥離が
発生した。
First, Figure 2 (A) shows the relationship between the bias voltage and the color of the coating obtained by a color difference meter.
In the bias voltage range of -150V, a coating that is recognized as normal "black" is obtained. (Cathode current at this time is 4.5A (cathode output density 7W/cd)
It was set to ) When the voltage exceeded -150V, peeling of the coating occurred.

第3図(A)は上記のバイアス電圧、陰極電流の場合に
おける成膜速度、密着力、硬度を示すものである。バイ
アス電圧を増加していくと硬度は同様に上昇するが、密
着力は一80Vをピークとして減少カーブとなる。また
、成膜速度は10.0から9゜0(人/S) まで減少
していく、ただし、バイアス電圧が一150v以上から
粉状剥離が発生する。従って、バイアス電圧は一150
v以下に設定するのが好ましい。
FIG. 3(A) shows the film formation rate, adhesion, and hardness in the case of the above bias voltage and cathode current. As the bias voltage increases, the hardness similarly increases, but the adhesion strength shows a decreasing curve with a peak of -80V. Further, the film formation rate decreases from 10.0 to 9.0 (person/s), but powdery peeling occurs when the bias voltage exceeds 1150V. Therefore, the bias voltage is -150
It is preferable to set it to v or less.

次に第2図(B)、第3図(B)はバイアス電圧を一8
0V とし、陰極電流を4.5A (カソード出力密度
7W/cj) と6A (カソード出力密度9.5W/
cd)に変化させた場合を示す、陰極電流が増加すると
硬度は1200(HV)から700 (IIV)以下ま
で急激に低下する。しかし密着力および成膜速度は上昇
傾向にあり、特に成膜速度は10 (人/S)から15
(人/S)まで伸びた0色については、黄味の残る黒色
で、あまり変化しなかった。
Next, in Figures 2(B) and 3(B), the bias voltage is set to 18.
0V, and the cathode currents were 4.5A (cathode output density 7W/cj) and 6A (cathode output density 9.5W/cj).
cd), the hardness rapidly decreases from 1200 (HV) to 700 (IIV) or less as the cathode current increases. However, the adhesion strength and film-forming speed are on the rise, especially the film-forming speed has increased from 10 (people/s) to 15
The color 0, which extended to (person/S), was black with a yellowish tinge and did not change much.

尚、以上は被膜の生成過程での条件が一定の場合の例で
あるが、その生成過程において条件を順次変えることも
できる0例えば最初基材に対する被膜の密着力が高くな
るバイアス電圧で下地コートを行い、それから徐々にバ
イアス電圧を変化させて被膜の硬度を上げるようにする
こともできる。
The above is an example where the conditions during the film formation process are constant, but the conditions can also be changed sequentially during the formation process. It is also possible to carry out this process and then gradually change the bias voltage to increase the hardness of the coating.

以上の実施例は、処理品5をターゲット3に対向して静
止した状態でコーティングを行なう例(スタティックコ
ーティングとも呼ぶ)である。
The above embodiment is an example in which coating is performed with the processed product 5 stationary facing the target 3 (also referred to as static coating).

このスタティックコーティングの方法は、厚さ数μmの
膜を得たり、処理品の温度を400〜5oo℃に上げて
コーティングすることにより、密着力を高めたい場合に
用いるとよい、その用途例としては、工具や金型等があ
る。
This static coating method can be used when you want to increase the adhesion by obtaining a film with a thickness of several μm or by raising the temperature of the treated product to 400 to 50°C. , tools, molds, etc.

一方、上記のようなスタティックコーティングに代えて
、処理品を、向かいあう2つのターゲットの間から出し
たりそこに入れたりすることにより、間欠的にコーティ
ングを行なうようにしても良い(ダイナミックコーティ
ングとも呼ぶ)、この方法は、厚膜を得るには時間を要
するが、過度の温度上昇を抑えたい処理品や色ムラを避
けたい処理品の場合に用いると良い、その用途例として
は、メガネ、時計枠等の装飾品がある。
On the other hand, instead of the static coating described above, coating may be performed intermittently by taking the treated product out from between and putting it in between two opposing targets (also called dynamic coating). Although this method takes time to obtain a thick film, it is best used for processed products where excessive temperature rises should be suppressed or where uneven coloring should be avoided. Examples of its uses include glasses, watch frames, etc. There are ornaments such as

次にダイナミックコーティングの場合の実験結果を示す
Next, we will show the experimental results for dynamic coating.

(イ)データ+11 陰極電流6A、バイアス電圧−150vのとき、L *
56.66  a *0.42、b*5.09このとき
の色は真っ黒ではなく、褐色であった。
(a) Data +11 When cathode current is 6A and bias voltage is -150V, L *
56.66 a*0.42, b*5.09 The color at this time was not pitch black but brown.

(ロ)データ(2) 陰極電流6A、バイアス電圧Ovのとき、L *47.
61   a *0.05、b*2.5にのときの色は
、黄味を帯びてはいるが真っ黒に近い色であった。
(b) Data (2) When cathode current is 6A and bias voltage Ov, L *47.
61 The color when a*0.05 and b*2.5 was yellowish but close to pitch black.

(ハ)データ(3) 陰極電流7.5A、バイアス電圧0■のとき、L *4
7.18  a *0.02、b*1.65このときの
色は、上記(ロ)のときに比べ更に真っ黒に近づいた。
(c) Data (3) When cathode current is 7.5A and bias voltage is 0■, L *4
7.18 a * 0.02, b * 1.65 The color at this time was even closer to pure black than in (b) above.

バイアス電圧を下げる(上の場合はOV)  ことによ
り、真っ黒に近い色を得ることができる。この場合、膜
質が悪くなる(密着力、硬度が小)ことを防ぐために、
バイアス電圧を徐々に下げ、最終段のコーティング時に
電圧0とする方法を採用した。
By lowering the bias voltage (OV in the above case), a color close to pure black can be obtained. In this case, in order to prevent the film quality from deteriorating (low adhesion and hardness),
A method was adopted in which the bias voltage was gradually lowered and the voltage was set to 0 during the final coating stage.

上記結果から理解されるように、バイアス電圧を(0〜
−150vの間で)変化させることにより、違った色調
の黒色が得られる。
As understood from the above results, the bias voltage (0 to
-150v), different shades of black can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明にあっては、陰極に添設した黒鉛の
ターゲットを、作動ガス中において生ぜしめたプラズマ
放電によりスパッタリングして、上記作動ガス中に0〜
−150Vのバイアス電圧が加えられた状態で置かれて
いる処理品の表面に、上記スパッタリングによって上記
ターゲットから遊離した炭素をコーティングするもので
あるから、上記処理品5の表面には、装飾性に優れた黒
色でかつ処理品5に対する密着度の高い被膜をコーティ
ングすることができ、上記処理品を商品として優れたも
のにできる効果がある。
As described above, in the present invention, a graphite target attached to a cathode is sputtered by plasma discharge generated in a working gas, and
Since the surface of the treated article 5 placed under a bias voltage of -150V is coated with carbon released from the target by the sputtering, the surface of the treated article 5 has a decorative effect. It is possible to coat the treated product 5 with a coating having an excellent black color and a high degree of adhesion, which has the effect of making the treated product excellent as a commercial product.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本願の実施例を示すもので、第1図は陰極スパッ
タリングによるコーティング装置の略示図、第2図及び
第3図は実験結果を示すグラフ。 2・・・陰極、3・・・ターゲット、5・処理品。 第2図 (Δ) (B) 第3
The drawings show examples of the present application, and FIG. 1 is a schematic diagram of a coating apparatus using cathode sputtering, and FIGS. 2 and 3 are graphs showing experimental results. 2. Cathode, 3. Target, 5. Processed product. Figure 2 (Δ) (B) 3rd

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 陰極に添設した黒鉛のターゲットを、作動ガス中におい
て生ぜしめたプラズマ放電によりスパッタリングして、
上記作動ガス中に0〜−150Vのバイアス電圧が加え
られた状態で置かれている処理品の表面に、上記スパッ
タリングによって上記ターゲットから遊離した炭素をコ
ーティングする黒色被膜コーティング方法。
A graphite target attached to the cathode is sputtered by plasma discharge generated in a working gas.
A black film coating method for coating carbon liberated from the target by the sputtering onto the surface of the workpiece placed in the working gas with a bias voltage of 0 to -150V applied.
JP23197588A 1988-09-16 1988-09-16 Method for coating with black film Pending JPH0280555A (en)

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