NL8702404A - METHOD AND APPARATUS FOR VACUUM ARCH PLASMA DEPOSITION OF DECORATIVE AND WEAR-RESISTANT COATINGS - Google Patents
METHOD AND APPARATUS FOR VACUUM ARCH PLASMA DEPOSITION OF DECORATIVE AND WEAR-RESISTANT COATINGS Download PDFInfo
- Publication number
- NL8702404A NL8702404A NL8702404A NL8702404A NL8702404A NL 8702404 A NL8702404 A NL 8702404A NL 8702404 A NL8702404 A NL 8702404A NL 8702404 A NL8702404 A NL 8702404A NL 8702404 A NL8702404 A NL 8702404A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- substrate
- coating
- titanium
- dopant
- gas
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0015—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterized by the colour of the layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
Description
€ * t- VO 9281€ * t- VO 9281
Werkwijze en inrichting voor vacuümboogplasma-depositie van decoratieve en slijtvaste bekledingen.Method and device for vacuum arc plasma deposition of decorative and wear-resistant coatings.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze eh inrichting voor het bekleden van kosmetische en functionele onderdelen met bekledingen die kleuren hebben gelijk aan goud (10k-24k) en/of een reeks van kleuren van grijs, bruin, brons, zwart en witgouden kleuren waarbij de 5 bekledingen een uitstekende hechting en weerstand tegen corrosie en slijtage hebben. Typerende onderdelen waarbij slijtvaste of decoratieve bekledingen noodzakelijk zijn betreffen kwaliteitsringen, horlogekasten en -banden, aanstekerkokers, zilverwaren, auto-onderdelen, brilmonturen, pennedoppen, instrumenten en andere aan slijtage onderhevige (functionele) 10 onderdelen.The invention relates to a method and device for coating cosmetic and functional parts with coatings having colors similar to gold (10k-24k) and / or a range of colors of gray, brown, bronze, black and white gold colors, the 5 coatings have excellent adhesion and resistance to corrosion and wear. Typical parts that require wear-resistant or decorative coverings include quality rings, watch cases and bands, lighter sleeves, silverware, auto parts, eyeglass frames, pen caps, instruments, and other (functional) parts subject to wear.
Er worden op basismaterialen voor decoratieve toepassingen dunne filmmaterialen volgens één van de volgende twee methoden opgebracht: door kathodeverstuivingsdepositie- en ionengalvaniseringsdepositietech-nieken. De typerende substraattemperaturen die bij beide technieken be-15 trokken zijn liggen echter in het trajekt van 350-550°C. Deze technieken worden bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.402.994, het Amerikaanse octrooischrift 3.900.592 en "Journal of Vacuum Science and Technology", A, band 4, nr. 6, nov./dec., 1986, blz. 2717-2725. Vele substraatmaterialen, zoals gegalvaniseerde zinkgietsels, 20 messing, lagerstalen, brons en legeringen die zink bevatten, kunststoffen, aluminium- en legeringen daarvan kunnen echter niet aan deze hoge temperaturen worden onderworpen. Omdat volgens deze technieken algemeen lichtgele of andere lichte kleuren worden verkregen is bovendien een top-bekleding met een dunne goudfilm op het oppervlak van harde films nood-25 zakelijk. Dit wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.415.421. De hechting van het grensvlak tussen een harde film en een goudfilm en de kleurenproduceerbaarheid zijn van belang voor fabricage-technologieën. De bovenstaande werkwijzen zijn in dit opzicht echter niet altijd bevredigend.Thin film materials are applied to base materials for decorative applications by either of the following two methods: by sputter deposition and ion galvanizing deposition techniques. However, the typical substrate temperatures involved in both techniques are in the range of 350-550 ° C. These techniques are described, for example, in U.S. Patent 4,402,994, U.S. Patent 3,900,592, and Journal of Vacuum Science and Technology, A, Vol. 4, Nov. 6, 1986, pp. 2717- 2725. However, many substrate materials, such as galvanized zinc castings, brass, bearing steels, bronze and alloys containing zinc, plastics, aluminum and alloys thereof, cannot be subjected to these high temperatures. Moreover, since light yellow or other light colors are generally obtained by these techniques, a top coat with a thin gold film on the surface of hard films is necessary. This is described in U.S. Patent 4,415,421. The bonding of the interface between a hard film and a gold film and the color reproducibility are important for manufacturing technologies. However, the above methods are not always satisfactory in this regard.
* 30 In de Amerikaanse octrooischriften 3.625.848 en 3.793.179 worden inrichtingen beschreven voor het opdampen van een metaalbekleding met behulp van een vacuümboog. Verbeteringen daarvan worden beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.430.184. De bovenstaande drie octrooischriften worden hierin als referentie opgenomen. Door een dergelijke 8702-04 v - 2 - y boog wordt een bekledingsvloeimiddel geproduceerd dat een hoge graad van ionisatie bezit en hoge ionenenergieën heeft. Dit resulteert in bekledingen met een dichte microstructuur en uitstekende hechting. Voor de gebruikelijke boogproduktie zijn echter typerende substraattempera-5 turen in het trajekt van 300-500°C nodig.* US Pat. Nos. 3,625,848 and 3,793,179 describe devices for vapor depositing a metal coating using a vacuum arc. Improvements thereof are described in U.S. Patent 4,430,184. The above three patents are incorporated herein by reference. Such a 8702-04 v-2-y arc produces a coating flux that has a high degree of ionization and high ion energies. This results in coatings with a dense microstructure and excellent adhesion. However, typical arc production requires typical substrate temperatures in the range of 300-500 ° C.
Het is een hoofddoel van de uitvinding te voorzien in een boogbron en werkwijze voor het deponeren van decoratieve en slijtvaste bekledingen bij reeds zeer lage substraattemperaturen, hetgeen essentieel is voor vele onderdelen, welke techniek tot dusver nog niet com-10 mercieel voor dergelijke bekledingen is toegepast.It is a main object of the invention to provide an arc source and method for depositing decorative and abrasion resistant coatings at already very low substrate temperatures, which is essential for many components, which technique has not hitherto been commercially used for such coatings .
Het is een ander doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een werkwijze en inrichting voor het aanbrengen van materialen door vacuumkathodische boogdepositie op een substraat tot aan zeer lage temperaturen (temperatuurtrajekt van ongeveer 50-500°C).It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for applying materials by vacuum cathodic arc deposition on a substrate to very low temperatures (temperature range of about 50-500 ° C).
15 Het is een ander doel van de uitvinding te voorzien in een werkwijze voor het bekleden van een substraat met goede hechting en goede decoratieve eigenschappen zonder gebruik van goudfilms.It is another object of the invention to provide a method of coating a substrate with good adhesion and good decorative properties without the use of gold films.
Het is een verder doel van de uitvinding tevens te voorzien in een werkwijze voor een niet-gouden kleurdecoratieve bekleding waarbij 20 de bovenstaande inrichting wordt gebruikt.It is a further object of the invention to also provide a method for a non-gold color decorative coating using the above device.
Het is een volgend doel van de uitvinding de reproduceerbaarheid van de kleur en de slijtvastheid van decoratieve films op fabrica-geschaal te verbeteren.It is a further object of the invention to improve the reproducibility of the color and the abrasion resistance of decorative films on a manufacturing scale.
De werkwijze van de uitvinding bestaat uit het aanbrengen 25 van substraten in een geëvacueerd vat en het verdampen van titaan, zircoon, titaan-zircoon of titaan-aluminium door de inwerking van een electrische boog in een geëvacueerde omgeving, waarbij een flux van ionen, dampen en/of andere neutrale stoffen op de substraten wordt geproduceerd.The method of the invention consists of applying substrates in an evacuated vessel and evaporating titanium, zirconium, titanium-zirconium or titanium-aluminum by the action of an electric arc in an evacuated environment, whereby a flux of ions, vapors and / or other neutral substances are produced on the substrates.
30 De samenstelling van de bekledingen kan worden gevariëerd door deze laatste gedurende de depositie in reactie te brengen met een geschikt gas waardoor een veelvoud van films wordt geproduceerd.The composition of the coatings can be varied by reacting the latter during deposition with a suitable gas to produce a plurality of films.
De substraattemperatuur kan worden ingesteld door de boogbron automatisch te pulseren. De "aan" tijd en de "uit" tijd van de boogbron kunnen 35 worden gevariëerd om de substraattemperatuur tot temperaturen van niet 1702404 ί * S»'" - 3 - meer dan bij benadering 50° in te stellen. Verder kan de hechting van de bekleding worden verbeterd door een voorspanning op het substraat in te stellen om ionen aan te trekken. De bekleding bestaat uit nitriden, carbiden, carbonitriden van titaan, titaan-aluminium, zircoon en titaan-5 zircoon gebaseerde systemen. De kleur kan worden gevarieerd door de films te doteren met geschikte doteermiddelen, zoals zuurstof en koolstof, waarbij het doteergas typerend aanwezig is in een trajekt vein 2-7 atoomprocent of door gebruik te maken van geschikte reactieve gasomgevingen. Het verschillende trajekt van goudkleuren (10k-24k) is ge- 10 dupliceerd in bijvoorbeeld Ti N, of Ti Zr - N waarin 0 < x < 1 en ge- Λ 1 “X A ix doteerde TiN- of ZrKf-films.The substrate temperature can be set by automatically pulsing the arc source. The "on" time and the "off" time of the arc source can be varied to set the substrate temperature to temperatures of not more than approximately 170 ° C. 40 - 3 - more than approximately 50 °. Further, the adhesion of the coating is improved by setting a bias on the substrate to attract ions The coating consists of nitrides, carbides, carbonitrides of titanium, titanium-aluminum, zirconium and titanium-5 zirconium based systems The color can be varied by doping the films with suitable dopants, such as oxygen and carbon, the dopant gas typically being present in a range of 2-7 atomic percent or by using appropriate reactive gas environments. The different range of gold colors (10k-24k) has been 10 duplicated in, for example, Ti N, or Ti Zr - N wherein 0 <x <1 and Λ 1 “XA ix doped TiN or ZrKf films.
Andere doeleinden en voordelen van deze uitvinding zullen hieronder worden geïllustreerd.Other objects and advantages of this invention will be illustrated below.
Korte beschrijving van de tekeningen 15 Figuur 1 is een schematisch aanzicht van een illustratieve kathodische boogplasmadepositieinrichting toegepast in de uitvinding.Brief Description of the Drawings Figure 1 is a schematic view of an illustrative cathodic arc plasma positioner used in the invention.
Figuur 2 is een schematisch aanzicht van een illustratieve boogbron toegepast bij de kathodische boogplasmadepositieinrichting.Figure 2 is a schematic view of an illustrative arc source used in the cathodic arc plasma positioner.
Figuur 3 is een tijdgrafiek die een illustratieve vermogens- 20 cyclus van de boogbron van deze uitvinding voorstelt.Figure 3 is a time chart representing an illustrative power cycle of the arc source of this invention.
Figuur 3A is een blokdiagram ter illustratie van een regel-keten ten gebruike bij de boogtoevoer van de onderhavige uitvinding.Figure 3A is a block diagram illustrating a control circuit for use in the arc supply of the present invention.
Figuur 3B is een illustratief stroomdiagram van een programma dat bruikbaar is met de regelketens van figuur 3A.Figure 3B is an illustrative flowchart of a program useful with the control circuits of Figure 3A.
25 Figuur 4 illustreert reflectieprofielen van films die door de fabricagewerkwijze van de uitvinding zijn geproduceerd.Figure 4 illustrates reflection profiles of films produced by the manufacturing method of the invention.
Figuren 5 en 5A zijn profielen die de atoomstelling van bekledingsfilms geproduceerd'volgens de fabricagewerkwijze van deze uitvinding aangeven.Figures 5 and 5A are profiles indicating the atomic position of coating films produced according to the manufacturing method of this invention.
30 Er wordt nu verwezen naar de tekening waarin dezelfde refe- rentiecijfers betrekking hebben op dezelfde onderdelen.Reference is now made to the drawing in which the same reference numerals refer to the same parts.
Volgens de onderhavige uitvinding worden de nadelen van de stand van de techniek overwonnen door de adhesie en kleurenreproduceer-baarheid in een kathodische boogdepositiewerkwijze en inrichting te ver- 87 0? ‘ O 4 u - 4 - beteren. De werkwijze en inrichting van de uitvinding zijn in meer bijzonderheden bruikbaar voor het bekleden van een veelvoud van substraten, met inbegrip van zink, aluminium, roestvrij staal, kunststof, messing en legeringen daarvan. In de met hard materiaal beklede substraten vol-5 gens de onderhavige uitvinding wordt het oppervlak van het instrument of het onderdeel bekleed met tenminste één hard bekledingsmateriaal gekozen uit nitriden, carbiden, carbonitriden en gedoteerde verbindingen daarvan van titaan, zircoon, titaan-aluminium en titaan-zircoonsystemen.According to the present invention, the drawbacks of the prior art are overcome by improving the adhesion and color reproducibility in a cathodic arc deposition method and device. "O 4 u - 4 - improve. The method and apparatus of the invention are useful in more detail for coating a variety of substrates, including zinc, aluminum, stainless steel, plastic, brass, and alloys thereof. In the hard material coated substrates according to the present invention, the surface of the instrument or part is coated with at least one hard coating material selected from nitrides, carbides, carbonitrides and doped compounds thereof of titanium, zirconium, titanium aluminum and titanium zircon systems.
In figuur 1 wordt een boogplasmadepositieinrichting 100 van 10 een illustratieve uitvoeringsvorm van de uitvinding weergegeven. Binnen het vacuumvat wordt een boogbron 110 bediend door een uitwendige gepulseerde vermogenstoevoer 105. De te bekleden substraten kunnen op een roterende tafel 102 zijn gemonteerd. De roterende tafel 102 kan door een uitwendige hoogspanningstoevoer 104 een negatieve voorspanning 15 verkrijgen. De toevoeren 104 en 105 kunnen zijn geaard of verbonden met geschikte positieve spanningsbronnen als aangeduid in figuur 1. Inrichting 100 is tevens uitgerust met een gasinlaatpijp 106 en een evacuatie-pompsysteem 101. Diverse gassen kunnen na een reeks van kleppen worden overgebracht naar de gasinlaatpijp 106. Men kan tevens een sluiter 108 20 toepassen. Verder kan de boogbron gedeeltelijk van platen (niet weergegeven) worden voorzien om de bekledingsflux te verminderen ter regeling van de substraattemperatuur.In Figure 1, an arc plasma positioner 100 of 10 illustrates an illustrative embodiment of the invention. Within the vacuum vessel, an arc source 110 is operated by an external pulsed power supply 105. The substrates to be coated may be mounted on a rotating table 102. The rotary table 102 can obtain a negative bias voltage through an external high voltage supply 104. The supplies 104 and 105 may be grounded or connected to suitable positive voltage sources as indicated in Figure 1. Device 100 is also equipped with a gas inlet pipe 106 and an evacuation pump system 101. Various gases can be transferred to the gas inlet pipe 106 after a series of valves. A shutter 108 20 can also be used. Furthermore, the arc source can be partially plated (not shown) to reduce the coating flux to control the substrate temperature.
Figuur 2 is een schematisch diagram van een illustratieve boogbron 110 waarin het te verdampen materiaal wordt verhit door de 25 inwerking van een electrische boog. De boogbron kan in de vacuümkamer in zijkant, top- of bovenconfiguraties zijn opgesteld. De boogbegren-zing aan de bron wordt met een begrenzingsring 113 bereikt. De begren-zingsring 13 kan uit boomitride, titaannitride, pyrexglas, kwarts of sodakalkglas zijn samengesteld. De boogbegrenzing kan tevens worden 30 bereikt met geschikte grensvlakschermen en magnetische velden. In de laatste technieken vindt booguitdoving plaats en wordt de boog automatisch opnieuw aangestoken met een geschikte electronische regelaar, zoals bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nr. 3.793.179. De vermogenstoevoer 105 kan gelijkstroom zijn indien de 35 trefplaat geleidend is en RF indien het isolerend is.Figure 2 is a schematic diagram of an illustrative arc source 110 in which the material to be evaporated is heated by the action of an electric arc. The arc source can be arranged in side, top or top configurations in the vacuum chamber. The arc limitation at the source is achieved with a limiting ring 113. The limiting ring 13 can be composed of tree nitride, titanium nitride, pyrex glass, quartz or soda lime glass. The arc limitation can also be achieved with suitable interface screens and magnetic fields. In the latter techniques, arc quenching takes place and the arc is automatically re-ignited with a suitable electronic controller, as described, for example, in U.S. Pat. No. 3,793,179. The power supply 105 can be DC if the target is conductive and RF if it is insulating.
8 7 0 2 ' 0 4 - 5 -8 7 0 2 '0 4 - 5 -
De anode 114 staat op afstand van de kathode of de tref-plaat 102. De anode kan bestaan uit eenbuitenste huis van de boogbron, of kamerwanden of een omhulling binnen de kamer, met electrische vóórspanning of geaard. De anode 114 kan fysiek binnen de kamer 100 afzon-5 derlijk van de kamerwanden en grondplaten zijn gemonteerd en afzonderlijk onder vóórspanning worden gebracht om als de anode van het electrische systeem te werken, zoals geïllustreerd in figuur 2 en beschreven in het Amerikaans octrooischrift 3.625.848. Bovendien kan de gehele kamer of een omhulling daarvan een geaarde potentiaal hebben (zie bijvoorbeeld 10 het Amerikaans octrooischrift 3.793.179) en werken als de anode van het electrische boogsysteem.The anode 114 is spaced from the cathode or target 102. The anode may consist of an outer housing of the arc source, or chamber walls, or an enclosure within the chamber, with electrical bias or grounded. The anode 114 may be physically mounted within the chamber 100 separately from the chamber walls and base plates and separately biased to act as the anode of the electrical system, as illustrated in Figure 2 and described in U.S. Patent 3,625. 848. In addition, the entire chamber or an enclosure thereof may have a grounded potential (see, for example, U.S. Pat. No. 3,793,179) and act as the anode of the electric arc system.
Figuur 3 toont illustratieve vermogenskringlopen van de spanningstoevoer 105. De tijd gedurende welke de boogbron wordt bekrachtigd en de tijd gedurende welke de boogbron uit staat kan on-15 afhankelijk worden gevarieerd. De tijd kan bijvoorbeeld uren zijn wanneer de boog continu wordt bediend of kan minuten zijn bij pulsering. De tijd T2 kan 0 of eindig zijn. Typerende waarden voor de piek van de puls variëren in het trajekt van 30-200 ampère.Figure 3 shows illustrative power circuits of the voltage supply 105. The time during which the arc source is energized and the time during which the arc source is turned off can be varied independently. For example, the time may be hours when the arc is operated continuously or it may be minutes when pulsed. The time T2 can be 0 or finite. Typical pulse peak values range in the range of 30-200 amps.
Er wordt nu verwezen naar Figuren 3A en 3B, waarin figuur 3A 20 een blokdiagram is van een illustratieve regelketen ten gebruike bij de boogtoevoer van de onderhavige uitvinding terwijl figuur 3B een illustratief stroomdiagram van een subroutine is van het programma dat bruikbaar is in de regelaar van 3A. In figuur 3A wordt algemeen de regelketen 120 aangegeven, welke een programmeerbare,procesregelaar 122 omvat. De rege-25 laar kan van Texas Instruments Corporation zijn verkregen, model TCAM 5230, welke regelaar is voorzien van een programma voor het regelen van het kathodische boogproces. Volgens een aspect van de uitvinding wordt het programma gemodificeerd door daaraan programmatrappen toe te voegen die overeen kunnen komen met die weike als voorbeeld zijn genoemd 30 in het stroomdiagram van figuur 3B. Op gebruikelijke wijze omvat de regelaar 122 een uitgang 128 die de grootte van de stroom toegevoerd door de boogtoevoer 105 regelt en uitgang 130 die de grootte van de vóórspanning, geleverd door de spanningstoevoer 104, regelt. De regelaar 122 is tevens als gebruikelijk aangepast om een signaal van een tempe-35 ratuursensor 132 te ontvangen, waarbij de regelaar een interne analoge-digitaalketen omvat voor het digitaliseren van het uitgangssignaal van 870 3404 * ·> w - 6 - de temperatuursensor om het verwerken daarvan te vergemakkelijken. De temperatuursensor 132 kan typerend een gebruikelijke infraroodsensor zijn die de temperatuur van de substraten 103 afleest. Deze temperatuur zal hierna worden aangeduid als T . De regelaar omvat tevens op gebrui-Reference is now made to Figures 3A and 3B, in which Figure 3A is a block diagram of an illustrative control circuit for use in the arc supply of the present invention, while Figure 3B is an illustrative flowchart of a subroutine of the program useful in the controller of 3A. Referring generally to Figure 3A, the control circuit 120 includes a programmable process controller 122. The controller may be obtained from Texas Instruments Corporation, model TCAM 5230, which controller includes a program for controlling the cathodic arc process. According to an aspect of the invention, the program is modified by adding to it program steps that may correspond to those exemplified in the flowchart of Figure 3B. Conventionally, the controller 122 includes an output 128 which controls the magnitude of the current supplied by the arc supply 105 and the output 130 which controls the magnitude of the bias voltage supplied by the voltage supply 104. The controller 122 is also adapted as usual to receive a signal from a temperature sensor 132, the controller comprising an internal analog digital circuit for digitizing the output signal of 870 3404 - the temperature sensor to measure the temperature sensor. facilitate its processing. The temperature sensor 132 can typically be a conventional infrared sensor that reads the temperature from the substrates 103. This temperature will hereinafter be referred to as T. The controller also includes user
OO
5 kelijke wijze een uitgang 134 die de boogtoevoer 105 aan- en uitschakelt. Er is tevens een gebruikelijke uitgang 135 voorzien die wordt aangelegd aan een ontsteker 115 via een spoel 115' om een boog van tref-plaat 102 in te leiden waarbij de ontsteker van het electrisch-mechani-sche, electrische of gasontladingstype kan zijn.5 an output 134 which turns the arc supply 105 on and off. A conventional output 135 is also provided which is applied to a detonator 115 through a coil 115 'to initiate an arc from target 102 where the detonator may be of the electromechanical, electrical or gas discharge type.
^ In bedrijf is door het programma dat gebruikelijk wordt ge leverd met de regelaar 102 het instellen van de grootte van de boog-stroom van de uitgang 102 mogelijk. Tevens is instelling van de grootte van de vóórspanning geleverd door de spanningsbron 104 mogelijk. In de modificatie van het programma wordt volgens een aspect van de uitvin-ding de subroutine van figuur 3B bij 137 ingevoerd en wordt de substraat-temperatuur bij 134 afgelezen. De substraattemperatuur T wordt daarna b vergeleken met de onderste temperatuurgrens T bij 136. Indien het bij-In operation, the program normally supplied with the controller 102 allows the magnitude of the arc current of the output 102 to be set. Adjustment of the magnitude of the bias voltage supplied by the voltage source 104 is also possible. In the modification of the program, according to an aspect of the invention, the subroutine of Figure 3B is entered at 137 and the substrate temperature is read at 134. The substrate temperature T is then compared b with the lower temperature limit T at 136. If the
LL
voorbeeld wenselijk is de gemiddelde temperatuur van het substraat 103 op ongeveer 100°C te handhaven zal de onderste temperatuurgrens T on-For example, it is desirable to maintain the average temperature of the substrate 103 at about 100 ° C, the lower temperature limit T will be below
LL
20 geveer 90°C zijn. Indien de substraattemperaturen lager zijn dan T20 be 90 ° C. If the substrate temperatures are lower than T.
LL
wordt een stroom uit uitgang 136 via ontsteker 115 uitgezonden om de boog te initiëren; dit wordt aangeduid als 138. Dit tijdsmoment komt overeen met een van de voorste randen van de pulsen getoond in figuur 3. Als boven vermeld wordt de grootte van de pulsen op gebruikelijke wijze 2^ geregeld vanuit uitgang 128. Wanneer eenmaal de puls is ingeleid verdwijnt de subroutine van figuur 3A bij 139 zodat men terugkeert naar het hoofdprogramma dat gewoonlijk met de regelaar 122 wordt geleverd.a current from output 136 is sent through igniter 115 to initiate the arc; this is indicated as 138. This time moment corresponds to one of the leading edges of the pulses shown in Figure 3. As mentioned above, the size of the pulses is usually controlled from output 128 when the pulse is initiated. the subroutine of Figure 3A at 139 to return to the main program usually supplied with controller 122.
Zo lang de depositieprocedure voortgaat zal de routine van figuur 3B repeterend worden uitgevoerd. Wanneer men eenmaal naar de routine is ^ teruggekeerd, wordt de substraattemperatuur opnieuw afgelezen en opnieuw een vergelijking gemaakt met de onderste temperatuurgrens T bij 136. Wanneer men op dit moment aanneemt dat de substraattemperaturen hoger zijn dan die van de laagste temperatuurgrens, wordt bij 140 een andere vergelijking getroffen om te bepalen of de substraattemperatuur al of 35 niet hoger is dan de bovenste temperatuurgrens T^. Wanneer men aanneemt 87 0 2 40 4 * - 7 - dat de gewenste gemiddelde temperatuur van het substraat ongeveer 100°C is, wordt de temperatuurgrens typerend ingesteld op ongeveer 110°C.As long as the deposition procedure continues, the routine of Figure 3B will be performed repetitively. Once one has returned to the routine, the substrate temperature is read again and a comparison is made again with the lower temperature limit T at 136. At this time, assuming that the substrate temperatures are higher than that of the lowest temperature limit, a another comparison was made to determine whether or not the substrate temperature is higher than the upper temperature limit T ^. Assuming that the desired mean temperature of the substrate is about 100 ° C, the temperature limit is typically set at about 110 ° C.
Indien deze temperatuurgrens wordt overschreden wordt een signaal van uitgang 134 van regelaar 122 aangelegd om de boogtoevoer 105 uit te 5 schakelen, hetgeen wordt aangeduid bij 142.If this temperature limit is exceeded, a signal from output 134 of controller 122 is applied to turn off arc supply 105, which is indicated at 142.
Dit tijdsmoment komt overeen met de achterranden van de pulsen weergegeven in figuur 3. Wanneer eenmaal de boogtoevoer 105 is uitgeschakeld keert men naar het hoofdprogramma terug via de uitgang 139.This time corresponds to the trailing edges of the pulses shown in Figure 3. Once the arc supply 105 is turned off, the main program returns to output 139.
Indien de substraattemperatuur Tg kleiner is dan de boventemperatuur-10 grens T^, wordt de puls in zijn aantoestand gehandhaafd.If the substrate temperature Tg is less than the upper temperature-10 limit T ^, the pulse is maintained in its state.
Uit het voornoemde ziet men dat de boogbron 110 wordt gepulseerd om de temperatuur van de substraten te handhaven op een nivo dat geschikt is voor het type bekleding dat daarop wordt aangebracht, zoals verder in voorbeeld I als onderstaand zal worden besproken.From the foregoing, it is seen that the arc source 110 is pulsed to maintain the temperature of the substrates at a level suitable for the type of coating applied thereto, as will be further discussed in Example I below.
15 Men kan andere mogelijkheden toepassen om pulsering van de boogbron te leveren. Men kan bijvoorbeeld een vergelijking bij 136 uitvoeren ter bepaling of . indien dit zo is wordt de boogtoevoerOther possibilities can be used to provide pulsation of the arc source. For example, one can perform an equation at 136 to determine whether. if so, the arc is supplied
uitgeschakeld. Er worden dan vergelijkingen uitgevoerd bij 140 ter bepaling wanneer T < T . Wanneer dit optreedt wordt de boog opnieuw in-S Lswitched off. Comparisons are then made at 140 to determine when T <T. When this occurs, the arc becomes in-S L again
20 geleid. Men kan bovendien een apparatuurconfiguratie toepassen waar apparatuurbronnen voor het leveren van een pulstrein anders dan in toepassingen betreffende kathodedepositie bekend zijn. De aard van de regeling geleverd om de substraattemperatuur te handhaven kan op andere wijzen dan die geïllustreerd in figuur 38 geschieden. Bijvoorbeeld kan 25 een gebruikelijke gesloten lusregeling worden toegepast waarbij de waargenomen substraattemperatuur continu wordt vergeleken met de gewenste substraattemperatuur en een continu fout signaal wordt geleverd dat bruikbaar is voor het regelen van de substraattemperatuur. Naar keuze kan een aanpak gelijk aan die van figuur 3B worden toegepast wanneer 30 een vergelijking die overeenkomt net trap 136 wordt uitgevoerd ter bepaling of de temperatuur T lager is dan T . Indien dit zo is wordt de20 led. In addition, one may employ an equipment configuration where equipment sources for supplying a pulse train other than in cathode deposition applications are known. The nature of the control provided to maintain the substrate temperature may be in other ways than that illustrated in Figure 38. For example, a conventional closed loop control can be employed in which the sensed substrate temperature is continuously compared to the desired substrate temperature and a continuous error signal is provided which is useful for controlling the substrate temperature. Optionally, an approach similar to that of Figure 3B can be applied when an equation corresponding to stage 136 is performed to determine if the temperature T is less than T. If so, the
S LS L
boog aangeslagen en wordt de toevoer 105 gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode ingeschakeld. Er wordt geen bovenste temperatuurgrens toegepast. In plaats daarvan wordt de substraattemperatuur T repeterend 35 vergeleken met de lagere temperatuur T . Wanneer τ opnieuw kleiner isarc turned on and supply 105 is turned on for a predetermined period of time. No upper temperature limit is applied. Instead, the substrate temperature T is repetitively compared to the lower temperature T. When τ is smaller again
Ij SIce
8 / v :·: ' r· t.8 / v: ·: 'r · t.
'·* - 8 -* - 8 -
dan T , wordt de boogtoevoer opnieuw gedurende een voorafbepaalde tijds-Lthen T, the arc feed is restarted for a predetermined time L
periode ingeschakeld. De boog wordt binnen de kamer ingeleid door ontsteker 115. Ontsteker 115 kan een electromechanische inrichting zijn die het oppervlak van de kathodebron in aanraking brengt met een booginlei-5 dende aansluitdraad of een gasontladingsontstekingssysteem, waarbij een hoogspanningsgasontlading tussen de ontsteker en het kathodeoppervlak door een geschikte vermogenstoevoer een electrische stroombaan tot stand brengt. De kathodische boogbron wordt watergekoeld door een speciaal kanaal dat machinaal is bewerkt op het koperblok 111 dat bevestigd is 10 aan de achterkant van de kathode of een boogbronmateriaal 102. De werking van de electrische boog op het oppervlak van een kathodemateriaal resulteert in een "kathodevlek". De kathodevlek beweegt willekeurig op het oppervlak van het bekledingsbronmateriaal en vormt een bekledend plasma. De kathodevlekbeweging kan tevens worden geregeld met behulp 15 van een geschikte magnetische veldopstelling.period turned on. The arc is introduced within the chamber by igniter 115. Igniter 115 may be an electromechanical device that contacts the surface of the cathode source with an arc lead lead wire or a gas discharge ignition system, wherein a high voltage gas discharge between the igniter and the cathode surface is provided by a suitable power supply creates an electrical current path. The cathodic arc source is water cooled through a special channel machined on the copper block 111 attached to the back of the cathode or an arc source material 102. The action of the electric arc on the surface of a cathode material results in a "cathode spot" . The cathode spot moves randomly on the surface of the coating source material to form a coating plasma. The cathode spot movement can also be controlled using a suitable magnetic field arrangement.
De onderdelen die binnen de kamer moeten worden bekleed worden typerend aangeduid als substraten en zijn algemeen geïllustreerd bij 103, waarbij de substraten niet in detail zijn geïllustreerd aangezien zij geen deel van de uitvinding vormen. De bron van het bekledingsmate-20 riaal 102 wordt typerend aangeduid als een kathode of trefplaat (wanneer de trefplaat op de kathode kan worden opgesteld of de trefplaat de kathode is). De trefplaat 102 is de oorsprong van de bekledingsflux of het plasma voor het boogdepositieproces. De bronmaterialen 102, zoals titaan, zircoon, titaan-zircoon of titaan-aluminium zijn vaste stoffen 25 en kunnen zich bevinden in cylindrische, cirkelvormige, langwerpige of rechthoekige vorm of elke andere geschikte vorm. Naar keuze kan men ook gebruik maken van afzonderlijke trefplaten voor elk bronmateriaal om hulpdepositie van een gemengd bekledingssysteem te verrichten. In werking worden de te bekledert substraten chemisch gereinigd en daarna 30 op een roterende werkhouder 102 geladen. De vacuümkamer 100 wordt dan met pompsysteem 101 leeggepompt tot een basisdruk. De substraten of onderdelen worden daarna met ionen gezuiverd en verhit door een metaal-ionenbombardement door de boogbronnen 110 in te schakelen en de substraten door toevoer 104 op een hoge vóórspanning te brengen. VerVOl-35 gens wordt de boog 110 gepulseerd met verschillende vermogenskringlopen 87 0 2 40 4 - 9 - * en worden de vóórspanning vanuit toevoer 104 en de boogstroombron 105 ingesteld afhankelijk van de temperatuurgrens van de substraten. Er wordt dan om de kamerdruk in het trajekt van ongeveer 0,1 tot 5,0 micrometer te handhaven een reactief gas met geschikte doteermiddelen inge-5 voerd via de gasinlaatklep 106 en het gas in de leidingkleppen 107. De substraatvóórspanning en boogstroom kunnen worden ingesteld door een automatische procesregelaar die wordt aangedreven door een voorafingestelde temperatuurgrens. De resulterende harde bekleding gaat zich afzetten in een ingestelde substraattemperatuur. Daarbij worden typerende 10 bekledingsdiktes in het trajekt van ongeveer 0,5 tot 5,0 micrometer voor decoratieve doeleinden gedeponeerd.The parts to be coated within the chamber are typically referred to as substrates and are generally illustrated at 103, the substrates not being illustrated in detail as they do not form part of the invention. The source of the coating material 102 is typically referred to as a cathode or target (when the target can be positioned on the cathode or the target is the cathode). The target 102 is the origin of the coating flux or plasma for the arc deposition process. The source materials 102, such as titanium, zircon, titanium zircon or titanium aluminum, are solids 25 and can be in cylindrical, circular, elongated or rectangular shape or any other suitable shape. Optionally, one can also use separate targets for each source material to perform auxiliary deposition of a mixed coating system. In operation, the substrates to be coated are chemically cleaned and then loaded onto a rotating work holder 102. The vacuum chamber 100 is then pumped empty with pump system 101 to a base pressure. The substrates or parts are then ion purified and heated by turning on a metal ion bombardment through arc sources 110 and biasing the substrates by feed 104. Also, the arc 110 is pulsed with different power circuits 87 0 2 40 4 - 9 - * and the bias voltage from supply 104 and the arc current source 105 are adjusted depending on the temperature limit of the substrates. To maintain the chamber pressure in the range of about 0.1 to 5.0 micrometers, a reactive gas with appropriate dopants is then introduced through the gas inlet valve 106 and the gas into the line valves 107. The substrate bias and arc current can be adjusted by an automatic process controller driven by a preset temperature limit. The resulting hard coat will settle at a set substrate temperature. In addition, typical coating thicknesses in the range of about 0.5 to 5.0 microns are deposited for decorative purposes.
VOORBEELD IEXAMPLE I
Verschillende typerende bewerkingsomstandïgheden die zijn waargenomen voor verschillende substraattemperaturen en bekledingscom-15 binaties worden in tabel A aangegeven, waarin het trajekt van x voor legeringen en carbonitriden varieerde van 0 < x < 1, en in het bijzonder van 0,1 tot 0,9 in 0,1-stappen tenzij anders vermeld, zoals in monsters 5 en 14, waarin de 0,1-stappen werden vergroot van 0,1 tot 0,5. In het algemeen vormt monster 10 bijvoorbeeld 9 monsters waarin x in stappen 20 van 0,1 tot 0,9 oploopt. Het voornoemde geldt voor alle monsters waarbij een legering het trefmateriaal voorstelt of het carbonitride het bekle-dingsmateriaal is waarvan waarden van x zijn genoemd.Different typical operating conditions observed for different substrate temperatures and coating combinations are shown in Table A, wherein the range of x for alloys and carbonitrides varied from 0 <x <1, and in particular from 0.1 to 0.9 in 0.1 steps unless otherwise noted, such as in samples 5 and 14, in which the 0.1 steps were increased from 0.1 to 0.5. Generally, sample 10 forms, for example, 9 samples in which x increases from 0.1 to 0.9 in steps 20. The foregoing applies to all samples where an alloy represents the target material or the carbonitride is the coating material whose values of x are mentioned.
Voorts waren de doteermiddelen 0^ of C of een mengsel daarvan waarin achtergrond C>2 typerend aanwezig was in de C-gedoteerde mon-25 sters en waarbij de hoeveelheid doteermiddel in het trajekt van ongeveer 2 tot 7 atoomprocent lag. De C-bron was typerend een koolstofbevattend gas, zoals CH^ of C2H2' Het voornoem<^e is van toepassing op alle monsters waarin wordt vermeld dat het bekledingsmateriaal is gedoteerd.Furthermore, the dopants were O 2 or C or a mixture thereof in which background C> 2 was typically present in the C-doped samples and the amount of dopant was in the range of about 2 to 7 atomic percent. The C source was typically a carbonaceous gas, such as CH 2 or C 2 H 2. The foregoing applies to all samples stating that the coating material is doped.
De voomoemde opmerkingen betreffende de relatieve legerings-30 en carbonitridehoeveelheden en doteerhoeveelheden zijn tevens van toepassing op het onderstaande voorbeeld II en alle andere referenties naar "x" en doteermiddelen in de beschrijving en de conclusies. Verder kan tevens een inert gas, zoals argon aanwezig zijn.The aforementioned remarks regarding the relative alloys and carbonitride amounts and doping amounts also apply to Example II below and all other references to "x" and dopants in the specification and claims. Furthermore, an inert gas, such as argon, may also be present.
87 0 " U87 0 "U
%%
- 10 -TABEL A- 10 TABLE A
Monster Substraat Gemiddelde Bekledings- Gemiddelde no. materiaal substraat- materiaal boogpulstijd temperatuur ------------ T^ (min) T^ (min.) 5 1 Kunststof ~ 50°C Ti 0,5 0,25 2 " ~50°C TiN 0,25 0,25 3 " ~50°C TiN gedoteerd 0,25 0,25 4 " ~50°C ZrN 0,5 0,5 5 " ^50°C Ti Zr. N 0,5 0,5 x 1-x 10 (0 < x S 0,5) 6 Zink of zinklegenngen: <^100°C TiN 0,5 0,5 kwaliteitsringen,brilmonturen, pennedoppen, aanstekers en horloge-15 vattingen 7 " " ~Ί00°Ο TiN gedoteerd 0,5 0,25 8 " " rol00°C ZrN 0,5 0,25 9 " " ^100°C Ti Zr. N 0,5 0,25 x 1-x 10 " " ~100°C Ti Al, N 0,75 0,25 x 1 -x 20 11 Messing:pennedoppen, —150°C TiN 1,0 0,5 kwaliteitsringen, brilmonturen 12 " " ~150°C ZrN 1,0 0,5 13 " " ~150°C Ti Zr, N 1,0 0,5 x 1-x · ' ' 25 14 " " ~150°C Ti Al. N 1,0 0,25 x 1 -x (0 < x S 0,5) 15 " " <^150°C TiN gedoteerd 1,0 0,5 16 Roestvrij staal ~'400°C TiN steeds (300 serie) : 30 kwaliteitsringen, pennedoppen, brilmonturen en zilver-waren 17 " " ~400°C ZrN steeds 35 18 " " <~400°C Ti Zr, N steeds x 1-x 19 " " ~400°C Ti Al, N steeds x 1-x 87 0 ?. 0 4 * - 11 - TABEL A (vervolg)Sample Substrate Average Coating Average No. Material Substrate Material Arc Pulse Time Temperature ------------ T ^ (min) T ^ (min) 5 1 Plastic ~ 50 ° C Ti 0.5 0, 25 2 "~ 50 ° C TiN 0.25 0.25 3" ~ 50 ° C TiN doped 0.25 0.25 4 "~ 50 ° C ZrN 0.5 0.5 5" ^ 50 ° C Ti Zr. N 0.5 0.5 x 1-x 10 (0 <x S 0.5) 6 Zinc or zinc blanks: <^ 100 ° C TiN 0.5 0.5 quality rings, spectacle frames, pen caps, lighters and watch-15 mounts 7 "" ~ Ί00 ° Ο TiN doped 0.5 0.25 8 "" roll 00 ° C ZrN 0.5 0.25 9 "" ^ 100 ° C Ti Zr. N 0.5 0.25 x 1-x 10 "" ~ 100 ° C Ti Al, N 0.75 0.25 x 1 -x 20 11 Brass: pen caps, —150 ° C TiN 1.0 0.5 quality rings , spectacle frames 12 "" ~ 150 ° C ZrN 1.0 0.5 13 "" ~ 150 ° C Ti Zr, N 1.0 0.5 x 1-x "25 14" "~ 150 ° C Ti Al . N 1.0 0.25 x 1 -x (0 <x S 0.5) 15 "" <^ 150 ° C TiN doped 1.0 0.5 16 Stainless steel ~ 400 ° C TiN each (300 series) : 30 quality rings, pen caps, spectacle frames and silver ware 17 "" ~ 400 ° C ZrN each 35 18 "" <~ 400 ° C Ti Zr, N each x 1-x 19 "" ~ 400 ° C Ti Al, N each x 1-x 87 0?. 0 4 * - 11 - TABLE A (continued)
Monster Substraat Gemiddelde Bekledings- Gemiddelde no. materiaal substraat- materiaal boogpulstijd temperatuur ------------- T (min) 5 20 Gereedschapsstaal έ 450°C TiC steeds (hoge snelheid staal en gecementeerde carbiden 21 " " è 450°C TiC N. steeds x 1-x 10 22 " ” S 450 °C Ti Zr, N steeds x 1-x 23 " *' έ 450°C Ti Al, N steeds x 1-xSample Substrate Average Coating Average No. Material Substrate Material Arc Pulse Time Temperature ------------- T (min) 5 20 Tool Steel έ 450 ° C TiC (High Speed Steel and Cemented Carbides 21 "" è 450 ° C TiC N. each x 1-x 10 22 "” S 450 ° C Ti Zr, N each x 1-x 23 "* 'έ 450 ° C Ti Al, N each x 1-x
Uit de resultaten van tabel A bleek dat wanneer de bekle-dingsdikte kleiner was dan 5 micrometer de glans van het basismateriaal werd gehandhaafd. Er kunnen ook dikkere lagen (zoals 25 of 30 micro-15 meter worden gedeponeerd. Bij dergelijke lagen kan de glans (reflectie) van een substraat (basismateriaal) niet worden gedupliceerd; wel kan de oppervlakteafwerking worden gedupliceerd. Typerende lagen met de bovengenoemde dikte kunnen verschillende lagen vormen waarbij het materiaal van de respectieve lagen gelijk of verschillend kan zijn.The results of Table A showed that when the coating thickness was less than 5 micrometers, the gloss of the base material was maintained. It is also possible to deposit thicker layers (such as 25 or 30 micro-15 meters. In such layers, the gloss (reflection) of a substrate (base material) cannot be duplicated, but the surface finish can be duplicated. Typical layers with the above thickness can be different layers in which the material of the respective layers may be the same or different.
20 Figuur 4 toont de optische reflectiespectra van gedoteerdeFigure 4 shows the optical reflection spectra of doped
TiN-, gedoteerde ZrN- en Ti Zr N films die door de onderhavige uit- X 1-x vinding zijn geproduceerd. Tevens wordt het reflectiespectrum van een 14k goudfilm geïllustreerd. Aldus ziet men dat de optische reflectiespectra van de films van deze uitvinding kunnen zijn zoals vereist 25 volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.415.521. Verschillende kleur-spectra die in de verschillende bekledingssystemen zijn verkregen worden in tabel B als voorbeeld II gegeven. Zie voorbeeld II en tabel B.TiN, doped ZrN and Ti Zr N films produced by the present invention X 1-x invention. The reflection spectrum of a 14k gold film is also illustrated. Thus, it is seen that the optical reflectance spectra of the films of this invention may be as required by US Patent 4,415,521. Different color spectra obtained in the different coating systems are given in Table B as Example II. See example II and table B.
8702 04 - 12 - %8702 04 - 12 -%
VOORBEELD IIEXAMPLE II
TABEL BTABLE B
No. Monster Bekledingsmateriaal Kleurtype 1 TiN Goudgeel 2 TiN gedoteerd Goud (10k-24k) 3 ZrN Geelachtig-groen 5 4 ZrN gedoteerd Wit goud 5 Ti Zr. N Goud (10k-24k) x 1-x 6 TiC Grijs 7 TiC N Bruin, brons, X x donkerbruin 8 Ti Al N Donkerbruin, x 1-x zwart 10 Uit de resultaten van tabel B valt op te merken dat een ruim trajekt van kleuren voor decoratieve bekledingen kan worden geproduceerd. De dikte van de bekledingsfilm was steeds in het trajekt van 0,10 tot 5 micrometer. Wat betreft TiN is de goudgele kleur algemeen rijk aan groene en bronzen kleuren terwijl het ZrN een geelachtig groen is waarbij het 15 groen overweegt. Zowel TiN als ZrN kunnen 0^ zijn gedoteerd om de groenheid te elimineren en met C om de roodheid te vermeerderen. Aldus kan men door combinatie van de 0^ en C doteermiddelen een regeling uitoefenen van 10k-24k met gedoteerd TiN of gedoteerd ZrN. Bovendien neemt met betrekking tot Ti Zr N de waarde van k toe naarmate de waarde van xNo. Sample Coating Material Color Type 1 TiN Golden Yellow 2 TiN Doped Gold (10k-24k) 3 ZrN Yellowish Green 5 4 ZrN Doped White Gold 5 Ti Zr. N Gold (10k-24k) x 1-x 6 TiC Gray 7 TiC N Brown, bronze, X x dark brown 8 Ti Al N Dark brown, x 1-x black 10 From the results of table B it can be seen that a spacious of colors for decorative coverings can be produced. The thickness of the coating film was always in the range of 0.10 to 5 microns. As for TiN, the golden yellow color is generally rich in green and bronze colors while the ZrN is a yellowish green with a green predominance. Both TiN and ZrN can be doped 0 ^ to eliminate greenness and with C to increase redness. Thus, by combination of the O 2 and C dopants, one can control 10k-24k with doped TiN or doped ZrN. In addition, with respect to Ti Zr N, the value of k increases as the value of x
X 1 XX 1 X
20 toeneemt. Op soortgelijke wijze variëren TiC N en Ti Al N, via20 increases. Similarly, TiC N and Ti Al N vary via
X 1 X X X —XX 1 X X X —X
verschillende kleuren naarmate de waarde van x verandert.different colors as the value of x changes.
In figuur 4 werd de 14k goudkleur van de Ti Zr N bekledingIn Figure 4, the 14k became gold in the Ti Zr N coating
x 1 “Xx 1 “X
tot stand gebracht met waarden van x in het trajekt van ongeveer 0,25 tot ongeveer 0,30. Deze kleur werd tot stand gebracht door de gedoteerde 25 ZrN-bekleding met een dotering van ongeveer 1% 0^ en ongeveer 4% C, waarin alle percentages atoompercentages zijn voor alle vermelde doteermiddelen. De 14k goudkleur van het gedoteerde TiN werd tot stand gebracht met ongeveer 4% 0^ dotering. Bovendien waren het Ti en N in niet-stoechiometrische verhoudingen aanwezig waarbij de hoeveelheid Ti 30 varieerde van 1,15 tot 1,5 atoomverhouding voor elk atoomprocent van N.established with values of x in the range of about 0.25 to about 0.30. This color was accomplished by the doped ZrN coating with a doping of about 1% 0 ^ and about 4% C, wherein all percentages are atomic percentages for all dopants listed. The 14k gold color of the doped TiN was accomplished with approximately 4% doping. In addition, Ti and N were present in non-stoichiometric proportions with the amount of Ti 30 ranging from 1.15 to 1.5 atomic ratio for each atomic percent of N.
f702404 Λ .-13-f702404 Λ.-13-
Om niet-stoechiometrische films te bereiken werd een verminderde stik- stofdruk in het trajekt van 0,1-1,0 micrometer toegepast. Met betrekking tot de 10k goudkleur, werd deze tot stand gebracht met (a) Ti Zr N, X 1 waarin x varieerde van 0,15 tot ongeveer 0,20, (b) gedoteerd ZrN met 5 ongeveer 2% 0^ doteermiddel en (c) gedoteerd TiN met ongeveer 4% O^ dotering en 3% C dotering waarbij de hoeveelheid Ti varieerde van ongeveer 1,25 tot ongeveer 1,40 atoomverhouding voor elk atoomprocent N.To achieve non-stoichiometric films, a reduced nitrogen pressure in the range of 0.1-1.0 micrometers was used. Regarding the 10k gold color, it was accomplished with (a) Ti Zr N, X 1 wherein x ranged from 0.15 to about 0.20, (b) doped ZrN with about 2% O 2 dopant and ( c) doped TiN with about 4% O 2 doping and 3% C doping with the amount of Ti ranging from about 1.25 to about 1.40 atomic ratio for each atomic percent N.
Met betrekking tot de 18k goudkleur werden gedoteerd TiN met ongeveer 2% O2 dotering en ongeveer 5% koolstofdotering of Ti^Zr^ χΝ waarin 10 x varieerde van ongeveer 0,4 tot ongeveer 0,45 effectief toegepast.With respect to the 18k gold color, doped TiN with about 2% O 2 doping and about 5% carbon doping or Ti 2 Zr 2 χΝ where 10x ranged from about 0.4 to about 0.45 were effectively used.
Met betrekking tot de 24k goudkleur werd Ti Zr N, waarin xRegarding the 24k gold color, Ti Zr N, wherein x
X X “XX X “X
varieert van ongeveer 0,5 tot ongeveer 0,55, toegepast.ranges from about 0.5 to about 0.55.
VOORBEELD IIIEXAMPLE III
Vervolgens werd de slijtvastheid van deze bekledingen gemeten 15 met een pen-op-schijfmethode, waarbij een pen met een belasting van 500 g werd belast óp roterende beklede monsters (beklede schijven) en eventuele krassen in de bekleding werden waargenomen in een optische microscoop met een vergroting van 50x na 50 omwentelingen. In geen van de harde bekledingen van tabel B waren krassen aanwezig.Subsequently, the abrasion resistance of these coatings was measured by a pen-to-disk method, where a pen was loaded with a 500 g load on rotating coated samples (coated disks) and any scratches in the coating were observed in an optical microscope with a magnification of 50x after 50 revolutions. None of the hard coatings of Table B had scratches.
20 VOORBEELD IVEXAMPLE IV
Figuren 5 en 5a tonen de atoomsamenstellingsprofielen voor verschillende bekledingen voor verschillende kleuren, zoals dat werd gemeten door electronenspectroscopie voor chemische analyse (ESCA) waarin figuur 5 het ESCA verstuivingsdiepteprofiel voor de TiN-film 25 gedoteerd met O2 en C en figuur 5A hetzelfde profiel voor een TiZrN-film is. Het O^ in de film resulteert van het achtergrondnivo van O^ in het systeem. Dit achtergrondnivo werd tevens inbegrepen in de O^ geïllustreerd in figuur 5.Figures 5 and 5a show the atomic composition profiles for different coatings for different colors, as measured by electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA), in which Figure 5 shows the ESCA sputtering depth profile for the TiN film 25 doped with O2 and C and Figure 5A the same profile for a TiZrN movie is. The O ^ in the movie results from the background level of O ^ in the system. This background level was also included in the O ^ illustrated in Figure 5.
Het is duidelijk dat de bovenstaande gedetailleerde beschrij-30 ving van verschillende uitvoeringsvormen van de uitvinding slechts bij wijze van voorbeeld wordt gegeven. Verschillende details van de bekle-dingsmaterialen, het ontwerp en de constructie kunnen worden gemodificeerd zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.It is understood that the above detailed description of various embodiments of the invention is given by way of example only. Various details of the coating materials, design and construction can be modified without departing from the scope of the invention.
v / 1' C * i' *·'; * - 14 -v / 1 'C * i' * · '; * - 14 -
Hoewel de voorkeursuitvoeringsvormeh van de uitvinding zijn omschreven in samenhang met een boogbekledingssysteem zal het duidelijk zijn dat de uitvinding tevens bruikbaar is voor andere systemen, zoals wanneer materiaal wordt afgedampt uit een trefplaat door een boog, die 5 tot een voorafbepaald oppervlak van het trefbladoppervlak moet worden begrensd.While the preferred embodiments of the invention have been described in connection with an arc coating system, it will be appreciated that the invention is also useful for other systems, such as when material is vaporized from a target through an arc, which is to be a predetermined surface of the target surface limited.
8 7 0 1 l· 0 48 7 0 1 l0 4
Claims (88)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US2520787A | 1987-03-12 | 1987-03-12 | |
US2520787 | 1987-03-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL8702404A true NL8702404A (en) | 1988-10-03 |
Family
ID=21824663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL8702404A NL8702404A (en) | 1987-03-12 | 1987-10-09 | METHOD AND APPARATUS FOR VACUUM ARCH PLASMA DEPOSITION OF DECORATIVE AND WEAR-RESISTANT COATINGS |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63223161A (en) |
KR (1) | KR880011362A (en) |
CH (1) | CH675258A5 (en) |
DE (1) | DE3731127A1 (en) |
FR (1) | FR2612204A1 (en) |
NL (1) | NL8702404A (en) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0404973A1 (en) * | 1989-06-27 | 1991-01-02 | Hauzer Holding B.V. | Process and apparatus for coating substrates |
DE4006456C1 (en) * | 1990-03-01 | 1991-05-29 | Balzers Ag, Balzers, Li | Appts. for vaporising material in vacuum - has electron beam gun or laser guided by electromagnet to form cloud or pre-melted spot on the target surface |
US5451308A (en) * | 1991-04-29 | 1995-09-19 | Novatech | Electric arc metal evaporator |
JP2793772B2 (en) * | 1994-05-13 | 1998-09-03 | 神鋼コベルコツール株式会社 | Hard film coated tools and hard film coated members with excellent adhesion |
DE19745407C2 (en) * | 1996-07-31 | 2003-02-27 | Fraunhofer Ges Forschung | Process for the gloss coating of plastic parts, preferably for vehicles, and then coated plastic part |
DE19809409A1 (en) * | 1998-03-05 | 1999-09-09 | Leybold Systems Gmbh | Brass-colored coating for bath fittings, coverings or articles of daily use |
DE19905881A1 (en) * | 1999-01-22 | 2000-08-03 | Muerrle Norbert | Precious metal or non-precious metal jewelry article, especially a platinum article, is black coated by applying a layer containing or consisting of titanium nitride or titanium-aluminum nitride |
DE10001381A1 (en) * | 2000-01-14 | 2001-07-19 | Hauzer Techno Coating Europ B | PVD process for producing a colored, fingerprint-insensitive coating on objects and objects with such a coating |
US9997338B2 (en) * | 2005-03-24 | 2018-06-12 | Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon | Method for operating a pulsed arc source |
JP5073998B2 (en) * | 2006-08-28 | 2012-11-14 | 眞 八藤 | How to improve silverware |
RU2495150C1 (en) * | 2012-06-26 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool |
JP6426726B2 (en) | 2013-06-26 | 2018-11-21 | エーリコン・サーフェス・ソリューションズ・アーゲー・プフェフィコン | Decorative HIPIMS Hard Material Layer |
US20210087404A1 (en) * | 2017-12-19 | 2021-03-25 | Nisshin Engineering Inc. | Composite particles and method for producing composite particles |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3625848A (en) * | 1968-12-26 | 1971-12-07 | Alvin A Snaper | Arc deposition process and apparatus |
US3793179A (en) * | 1971-07-19 | 1974-02-19 | L Sablev | Apparatus for metal evaporation coating |
US3900592A (en) * | 1973-07-25 | 1975-08-19 | Airco Inc | Method for coating a substrate to provide a titanium or zirconium nitride or carbide deposit having a hardness gradient which increases outwardly from the substrate |
JPS50123579A (en) * | 1974-03-19 | 1975-09-29 | ||
CH619344B (en) * | 1977-12-23 | Balzers Hochvakuum | PROCESS FOR PRODUCING GOLD-COLORED COATINGS. | |
CH624817B (en) * | 1979-09-04 | Balzers Hochvakuum | PROCESS FOR PRODUCING GOLD-COLORED COATINGS. | |
US4351855A (en) * | 1981-02-24 | 1982-09-28 | Eduard Pinkhasov | Noncrucible method of and apparatus for the vapor deposition of material upon a substrate using voltaic arc in vacuum |
DE3107914A1 (en) * | 1981-03-02 | 1982-09-16 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | METHOD AND DEVICE FOR COATING MOLDED PARTS BY CATODENSIONING |
GB2105729B (en) * | 1981-09-15 | 1985-06-12 | Itt Ind Ltd | Surface processing of a substrate material |
US4415521A (en) * | 1982-03-15 | 1983-11-15 | Celanese Corporation | Process for achieving higher orientation in partially oriented yarns |
SU1128618A1 (en) * | 1982-10-10 | 1987-03-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Material of wear-resistant coating of metal-cutting tool |
US4540596A (en) * | 1983-05-06 | 1985-09-10 | Smith International, Inc. | Method of producing thin, hard coating |
US4430184A (en) * | 1983-05-09 | 1984-02-07 | Vac-Tec Systems, Inc. | Evaporation arc stabilization |
US4556471A (en) * | 1983-10-14 | 1985-12-03 | Multi-Arc Vacuum Systems Inc. | Physical vapor deposition apparatus |
IL71530A (en) * | 1984-04-12 | 1987-09-16 | Univ Ramot | Method and apparatus for surface-treating workpieces |
DE3428951A1 (en) * | 1984-08-06 | 1986-02-13 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | WITH A COATING LAYER FROM GOLD OR A GOLD-CONTAINING MATERIAL-COVERED DECORATIVE USED ITEM AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
JPS61183458A (en) * | 1985-02-08 | 1986-08-16 | Citizen Watch Co Ltd | Black ion-plated film |
EP0211413A3 (en) * | 1985-08-09 | 1989-03-15 | The Perkin-Elmer Corporation | Arc ignition device |
-
1987
- 1987-08-26 FR FR8711938A patent/FR2612204A1/en not_active Withdrawn
- 1987-09-16 DE DE19873731127 patent/DE3731127A1/en active Granted
- 1987-09-22 JP JP62238596A patent/JPS63223161A/en active Granted
- 1987-09-24 CH CH3706/87A patent/CH675258A5/de not_active IP Right Cessation
- 1987-10-09 NL NL8702404A patent/NL8702404A/en not_active Application Discontinuation
- 1987-11-11 KR KR870012679A patent/KR880011362A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH675258A5 (en) | 1990-09-14 |
DE3731127A1 (en) | 1988-09-22 |
KR880011362A (en) | 1988-10-28 |
JPS63223161A (en) | 1988-09-16 |
JPH045750B2 (en) | 1992-02-03 |
FR2612204A1 (en) | 1988-09-16 |
DE3731127C2 (en) | 1990-11-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8540786B2 (en) | Method for producing PVD coatings | |
Cemin et al. | Tuning high power impulse magnetron sputtering discharge and substrate bias conditions to reduce the intrinsic stress of TiN thin films | |
NL8702404A (en) | METHOD AND APPARATUS FOR VACUUM ARCH PLASMA DEPOSITION OF DECORATIVE AND WEAR-RESISTANT COATINGS | |
JP7106194B2 (en) | Hydrogen-free carbon coating with zirconium adhesion film | |
NL7907163A (en) | METHOD FOR APPLYING HARD, WEAR-RESISTANT COATINGS ON SUBSTRATES. | |
US5366564A (en) | Hard wear-resistant film and method for production thereof | |
GB2202237A (en) | Cathodic arc plasma deposition of hard coatings | |
JP7382124B2 (en) | Improved coating process | |
Lu et al. | Influences of target poisoning on the mechanical properties of TiCrBN thin films grown by a superimposed high power impulse and medium-frequency magnetron sputtering | |
US20230135238A1 (en) | TICN Having Reduced Growth Defects by Means of HIPIMS | |
Chang et al. | Synthesis and characteristics of nc-WC/aC: H thin films deposited via a reactive HIPIMS process using optical emission spectrometry feedback control | |
US20210395875A1 (en) | Cubic Al-rich AlTiN Coatings Deposited from Ceramic Targets | |
JP6397906B2 (en) | Compensation method for target age for stable reactive sputtering process | |
Haug et al. | Stoichiometry dependence of hardness, elastic properties, and oxidation resistance in TiN/SiN x nanocomposites deposited by a hybrid process | |
WO2002070776A1 (en) | Deposition process | |
US20200277707A1 (en) | Method for producing coating with colored surface | |
KR100633083B1 (en) | Method of manufacturing CrN-based multi-layer film | |
Chauhan et al. | Friction and wear studies of uncoated and TiZrN coated brass substrates | |
Alaksanasuwan et al. | Synthesis and Characterization of TiN Thin Films by DC Reactive Magnetron Sputtering | |
Tian et al. | Structure and tribological properties of CrTiAlN coatings deposited by multi-arc ion plating | |
Crummenauer et al. | Influence of Substrate Temperature and Plasma Power Density on the Properties of Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposited Titanium Nitride | |
CN116568853A (en) | Al-rich AlTiN coatings produced by PVD from metal targets | |
GB2242442A (en) | Modulated composition composites produced by vapour deposition | |
KR100838847B1 (en) | Manufacturing method of hard coating with black color of titanium compound | |
CN116457494A (en) | Al-rich AlCrN coatings from metal targets by PVD |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A1A | A request for search or an international-type search has been filed | ||
BB | A search report has been drawn up | ||
CNR | Transfer of rights (patent application after its laying open for public inspection) |
Free format text: HAUZER INDUSTRIES B.V. |
|
BC | A request for examination has been filed | ||
BV | The patent application has lapsed |