RU2070943C1

RU2070943C1 - Method for application of coating

Info

Publication number: RU2070943C1
Application number: RU93032991A
Authority: RU
Inventors: Эрнст Михайлович Волин
Original assignee: Эрнст Михайлович Волин
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1993-07-01
Publication date: 1996-12-27

Abstract

FIELD: application of coatings by vacuum-arc method; application of protective and decorative coatings to articles of ceramics, plastic materials and glass. SUBSTANCE: method for application of coating includes application of layer of nitride of metal taken from the group including titanium, zirconium, followed by application of layer of oxide of metal taken from the group including titanium, zirconium, chromium. Layer of oxide is less than 0.2 mcm. EFFECT: higher efficiency.

Description

Изобретение относится к области нанесения покрытий вакуумно-дуговым способом, преимущественно на изделия из керамики, пластмасс или стекла. The invention relates to the field of coating by a vacuum-arc method, mainly on ceramic, plastic or glass products.

Известно применение вакуумно-дугового метода для нанесения декоративных покрытий на основе оксидов титана, циркония и других металлов на изделия из пластмасс и стекла ( H.Randawa Thin Solid Films 167, 1988, 184). Недостатком покрытий, полученных данным способом, является существенная зависимость их цветовых характеристик от толщины слоев, которая при известном методе получения покрытий заметно меняется в зависимости от ориентации участков покрываемой поверхности по отношению к направлению потока осаждаемого материала на поверхностях, имеющих различного рода рельеф. It is known to use a vacuum-arc method for applying decorative coatings based on titanium, zirconium and other metal oxides to plastic and glass products (H. Randawa Thin Solid Films 167, 1988, 184). The disadvantage of the coatings obtained by this method is the significant dependence of their color characteristics on the thickness of the layers, which, with the known method for producing coatings, varies markedly depending on the orientation of the sections of the surface to be coated with respect to the direction of flow of the deposited material on surfaces with various types of relief.

Известен способ нанесения покрытий на основе оксидов металлов, в частности, титана, вакуумно-дуговым методом с предварительным нанесением слоя нитрида титана (а. с. СССР N 1680799, кл. С 23 С 14/34, 1991 г.). Однако,при этом способе нанесение слоя оксида титана толщиной 0,2 0,4 мкм не обеспечивает получение декоративных покрытий в широком диапазоне цветовых характеристик. There is a known method of applying coatings based on metal oxides, in particular titanium, by the vacuum-arc method with preliminary application of a titanium nitride layer (a. S. USSR N 1680799, class C 23 C 14/34, 1991). However, with this method, applying a layer of titanium oxide with a thickness of 0.2 to 0.4 μm does not provide decorative coatings in a wide range of color characteristics.

В основу настоящего изобретения была положена задача повышения однородности цветовых характеристик и расширения цветовой гаммы покрытий, что необходимо для защитно-декоративных покрытий. Достигается это тем, что в способе нанесения покрытия, включающем нанесение слоя на основе оксида тугоплавкого металла с предварительным нанесением слоя из нитрида тугоплавкого металла, согласно изобретению, слой из нитрида наносят на основе металлов, выбранных из ряда: титан, цирконий, а слой из оксида из ряда: титана, цирконий, хром, причем, слой оксида наносят толщиной менее 0,2 мкм. The present invention was based on the task of increasing the uniformity of color characteristics and expanding the color gamut of coatings, which is necessary for protective and decorative coatings. This is achieved in that in a coating method comprising applying a layer based on refractory metal oxide with preliminary applying a layer of refractory metal nitride, according to the invention, a layer of nitride is applied based on metals selected from the series: titanium, zirconium, and a layer of oxide from the series: titanium, zirconium, chromium, moreover, the oxide layer is applied with a thickness of less than 0.2 microns.

Сравнительный анализ показал, что предложенное техническое решение по сравнению с известными соответствует критериям патентоспособности, поскольку совокупность заявленных признаков, отраженных в формуле изобретения, не была обнаружена в данной и смежных областях науки и техники. Необходимо также отметить, что достигаемый результат может быть реализован лишь всей совокупностью заявленных признаков, т.к. он не является простой совокупностью свойств (суммой) отдельных признаков, поскольку не проявляется при использовании любого из них в отдельности, в известных решениях. A comparative analysis showed that the proposed technical solution, in comparison with the known ones, meets the patentability criteria, since the totality of the claimed features reflected in the claims was not found in this and related fields of science and technology. It should also be noted that the achieved result can be realized only by the totality of the declared features, because it is not a simple set of properties (sum) of individual features, since it does not appear when using any of them individually, in known solutions.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

В установке "Булат-3Т", оснащенной двумя дуговыми испарителями, в одном из которых катод был из титана, а в другом из циркония, размещали образцы из стекла и керамики. Образец из керамики имел рельеф с перепадом в 2 5 мм. In the Bulat-3T installation, equipped with two arc evaporators, in one of which the cathode was made of titanium, and in the other from zirconium, samples of glass and ceramics were placed. The ceramic sample had a relief with a difference of 2.5 mm.

Образцы размещали на подложкодержателе, изолированном от камеры. Процесс вели в две стадии: на первой стадии изделия обрабатывали двухступенчатым газовым разрядом на основе азота, ток дуги составлял 120 А, давление - 3•10^-3 мм рт.ст. потенциал на изделиях плавающий. Подложкодержатель являлся анодом двухступенчатого газового разряда. После отключения разряда включали испаритель с титаном и повышали давление азота до(4 5)•10^-3 мм рт.ст. ток дуги составлял 70 А, время проведения процесса 2 мин, затем подачу азота прекращали и подавали кислород при давлении 5•10^-3 мм рт.ст. Осаждение титана в кислороде проводили в течение 1 мин с получением слоя толщиной 0,15 мкм.Samples were placed on a substrate holder isolated from the camera. The process was conducted in two stages: at the first stage, the products were treated with a two-stage gas discharge based on nitrogen, the arc current was 120 A, and the pressure was 3 • 10 ^-3 mm Hg. potential on products is floating. The substrate holder was the anode of a two-stage gas discharge. After disabling the discharge, an evaporator with titanium was turned on and the nitrogen pressure was increased to (4 5) • 10 ^-3 mm Hg. the arc current was 70 A, the process time was 2 minutes, then the nitrogen supply was stopped and oxygen was supplied at a pressure of 5 • 10 ^-3 mm Hg. The deposition of titanium in oxygen was carried out for 1 min to obtain a layer with a thickness of 0.15 μm.

Второй эксперимент был проведен так же, только вместо испарителя с титаном включали испаритель с цирконием и время осаждения в атмосфере кислорода составляло 30 с, при этом слой окиси имел толщину 0,1 мкм. The second experiment was carried out in the same way, only instead of the evaporator with titanium, the evaporator with zirconium was turned on and the deposition time in the oxygen atmosphere was 30 s, while the oxide layer had a thickness of 0.1 μm.

В третьем примере осаждение нитрида вели испарителем с катодом из циркония, а осаждение окисла испарителем с катодом из титана, остальные параметры, как в примере 1, только время осаждения окиси обеспечивало получение слоя толщиной 0,18 мкм. In the third example, the deposition of nitride was carried out by an evaporator with a zirconium cathode, and the deposition of oxide by an evaporator with a cathode of titanium, the remaining parameters, as in example 1, only the deposition time of the oxide provided a 0.18 μm thick layer.

В четвертом примере осаждение нитрида вели испарителем с катодом из титана, а осаждение окиси испарителем с катодом из циркония, остальное, как в примере 1, только время осаждения окиси обеспечивало получение слоя толщиной 0,25 мкм. In the fourth example, the nitride deposition was carried out by an evaporator with a cathode made of titanium, and the oxide deposition by an evaporator with a zirconium cathode, the rest, as in example 1, only the oxide deposition time provided a 0.25 μm thick layer.

В пятом примере процесс был проведен так же, как в первом, только после отключения газового разряда подачу азота прекращали, и подавали кислород (подслой из нитрида не наносили). Процесс осаждения окиси проводили так же как и в первом примере. In the fifth example, the process was carried out in the same way as in the first, only after the gas discharge was turned off, the nitrogen supply was stopped and oxygen was supplied (no nitride sublayer was applied). The oxide deposition process was carried out as in the first example.

В шестом примере процесс проводили так же, как и в первом, только осаждение титана в атмосфере азота и кислорода проводили в обратной последовательности: вначале подавали кислород, а затем азот. In the sixth example, the process was carried out as in the first, only the deposition of titanium in an atmosphere of nitrogen and oxygen was carried out in the reverse order: first, oxygen was supplied, and then nitrogen.

Седьмой эксперимент проводили так же, как и третий, только вместо катода из титана в одном из испарителей был установлен катод из хрома. The seventh experiment was carried out in the same way as the third, only instead of a titanium cathode, a chromium cathode was installed in one of the evaporators.

Сравнительный визуальный анализ полученных образцов показал следующее. Образцы из стекла, полученные без предварительного осаждения нитрида (пример 5) имели сине-фиолетовый оттенок с непрерывным изменением цвета в пределах 100 мкм (размер образца), что соответствовало изменению толщины покрытия в этих же пределах. На керамическом образце имело место существенное различие в цвете покрытия на выступах и впадинах. A comparative visual analysis of the obtained samples showed the following. Glass samples obtained without preliminary nitride deposition (Example 5) had a blue-violet hue with a continuous color change within 100 μm (sample size), which corresponded to a change in coating thickness within the same limits. On the ceramic sample, there was a significant difference in the color of the coating on the protrusions and depressions.

Образцы, как стеклянные, так и керамические, полученные в примерах 1, 2 и 3, 7 имели сравнительно однородный цвет на всей поверхности, при этом образец в примере 1 имел ярко фиолетовый цвет, в примере 2 ярко зеленый, а в примерах 3 и 7 синий (эти цвета при осаждении только в кислороде, например,в примере 5 не получались). Samples, both glass and ceramic, obtained in examples 1, 2 and 3, 7 had a relatively uniform color on the entire surface, while the sample in example 1 was bright purple, in example 2 bright green, and in examples 3 and 7 blue (these colors during deposition only in oxygen, for example, in example 5 were not obtained).

Покрытие в примере 4 не было однородным по цвету. The coating in example 4 was not uniform in color.

Покрытие, полученное в примере 6, имело обычный цвет нитрида титана (эффект предварительного осаждения в атмосфере кислорода не проявился). The coating obtained in example 6 had the usual color of titanium nitride (the effect of preliminary deposition in the atmosphere of oxygen was not manifested).

Таким образом, примеры 1, 2, 3 и 7 показали, что предлагаемый способ позволяет, во-первых, расширить гамму цветов, которые могут быть получены осаждением тугоплавких металлов в атмосфере кислорода, и, во-вторых, получить сравнительно однородный цвет при неоднородной толщине покрытия, которая в известных способах существенно изменяет цвет покрытия. Thus, examples 1, 2, 3, and 7 showed that the proposed method allows, firstly, to expand the gamut of colors that can be obtained by deposition of refractory metals in an oxygen atmosphere, and, secondly, to obtain a relatively uniform color with an inhomogeneous thickness coating, which in known methods significantly changes the color of the coating.

Claims

A coating method comprising applying a layer of refractory metal oxide with preliminary applying a layer of refractory metal nitride by a vacuum-arc method, characterized in that the nitride layer is applied on the basis of a metal selected from the series: titanium, zirconium, and an oxide layer from a series titanium, zirconium, chromium, and the oxide layer is applied with a thickness of less than 0.2 microns.