TW593758B - Coated article - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 593758 A7 B7 五、發明說明（) 發明範圍 本發明關於裝飾及保護用塗覆。 發明背景 目前之行徑，對於各種黃銅物件如燈，銅三腳架，7jC 龍頭，門鈕，門把手，門紋章等之保護首先加以拋光，擦 拭物件之表面至高度光亮，再加上保護性有機性塗覆，如 含亞克力，尿烷，環氧樹脂於其擦光之表面。此系統有一 缺點，即所需之拋光或打光作業對形狀特殊之物件，非常 費時。此外，有機性塗覆不易持久，並且易於脫落。 此等缺點可由一含鎳底漆之塗覆及一非貴重之耐火金 屬化合物，如锆氮化物，鈦氮化物及锆鈦合金氮化物爲頂 塗覆而可解決。但發現，如塗覆中有鈦如锆氮化物或锆鈦 合金氮化物於腐蝕環境中時，塗覆可出現電化腐蝕。電化 腐蝕可使塗覆終於無用。吾人驚人的發現，含锆化合物， 如锆氮化物或锆合金之一層，或锆合金化合物覆於含鈦化 合物或鈦合金化合物之層上，則可大幅度降低或消除電化 腐蝕。 發明之槪述 本發明係關於用於一基體，特別是金屬基體之保護性 及裝飾性塗覆。特別關於一金屬基體，如黃銅，其表面之 至少一部份具有含多種金屬疊加之含特殊金屬或金屬化合 物之金屬層，而金屬化合物中至少一層含鈦或鈦合金。此 一塗覆爲裝飾性及可提供防腐蝕，摩損及化學之保護性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-4 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — — — — — —— — — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 半亮鎳層（基體） 鎳層 壳錬層 鉻層 底層 耐火層 593758 A7 B7 五、發明說明€ ) 在一實施例中，此塗覆可供打光之黃銅一種黃金色’即有 黃金色黃銅色調。因此，物件之表面如塗覆此塗層可模擬 一種黃金色§周。 直接澱積在基體表面之第一層由鎳組成。第一層可爲 單片，即單一鎳層，或含二不同鎳層，如直接澱積基體表 面上之半明鎳層，及一明鎳層疊加於半明鎳層上。鎳層上 之一層含鉻。鉻層上爲一夾層含鈦或鈦合金父替以鈦化合 物或鈦合金化合物。 夾層之如此安排係使鈦或鈦合金層於鉻層之上，即底 層，鈦化合物或鈦合金化合物層爲頂層或曝露層。 夾層之頂部鈦化合物或鈦合金化合物層之上爲一薄層 ，含锆化合物或锆合金化合物。此層之功能爲降低或消除 電化腐蝕。 圖式之簡略說明 圖1爲基體上之多層塗覆之剖面圖，尺寸未按比例。 主要元件對照 1 2 14 16 2 2 2 8 3〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）_ 5 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

593758 A7 B7 五、發明說明θ ) 3 0 ^ 層 3 4 層 13 鎳層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 6 夾層 較佳實施例之說明 基體1 2可爲任何塑料，金屬或金屬合金。說明性金 屬或金屬合金爲銅，鋼，鎢，鎳合金等。本實施例中之基 體爲黃銅。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一鎳層1 3以傳統已知之電鍍方法澱積於基體1 2之 表面上。此等方法包括利用傳統電鍍槽，如瓦特槽作爲電 鍍溶液。其種槽典型包含鎳硫酸鹽，鎳氯化物，及溶於水 之硼酸。所有氯化物，硫酸鹽及氟硼化物電鑛溶液亦可使 用。此等電鍍槽可選擇性包括許多傳統使用之化合物，如 平均劑，發光劑等◦爲產生特殊光亮之鎳層，至少一 I級 之發光劑及至少II級之發光劑必須加入電鍍液內。I級發 光劑爲有機化合物，其中含硫。II級發光劑亦可造成平均 ，當加入電鍍液內而無不含硫之I級發光劑時，會造成半 光亮之鎳澱積。I級發光劑包括烷基錄及苯硫酸，苯及錄 d 1 -及三璜酸，鎵璜铣氨，及璜铣氨如甜精，乙烯，丙 烯鎵诜氨及璜酸。II級發光劑爲未飽和有機物質’如乙炔 或乙醇，乙氧基或丙氧基乙炔酒精，香豆素及醛。此等1 級與II級發光劑對精於此技藝人士甚爲熟知’及可以商購 。其曾特別揭示於美國專利4，4 2 1，6 1 1中’並以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-6 - 593758 A7 B7 五、發明說明C ) 參考方式倂入此文。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鎳層1 3可由單一鎳層組成，如亮鎳，或含二不同鎳 層，如一半亮鎳層及一亮鎳層。圖中，層1 4由半鎳層組 成，層1 6由亮鎳層組成。此種雙鎳澱積可對下層之基體 提供腐蝕之保護。半亮，無硫板1 4係由傳統之電鍍法直 接於基體1 2表面澱積。含半亮鎳層1 4之基體1 2於是 在亮鎳電鍍槽予以電鍍，亮鎳層1 6則以傳統法澱積在半 亮鎳層1 4上。 鎳層1 3之厚度通常在萬分之一（0.0001)吋，最好 在十萬分之十五（0.000 1 5 )吋至萬分之三十五（0.0035) 吋。

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此實施例中所利用之雙鎳層，半亮度鎳層及亮鎳層 之厚度爲保護防止腐鈾之有效厚度。通常，半亮鎳層1 4 之厚度至少在十萬分之五（0.00005 )吋，最好至少約萬分 之一（0.0001 )吋，更好爲至少十萬分之十五（0.000 1 5 ) 吋。厚度上限並非重要，而由附加考慮如成本及外觀而定 。通常，厚度不應該超過約十萬分之十五（0.000 1 5 )吋’ 最好約爲千分之（0.001)吋，更好約爲萬分之七十五（ 0.0075 )吋）亮鎳層1 6厚度通常爲至少十萬分之五（ 0.00005 )吋，最好約爲至少百萬分之一百二十五（ 0.000 1 25 )吋，更好至少約爲十萬分之二十五（0.00025 ) 吋。亮鎳層之上限厚度範圍並非重要，通常由成本考慮而 定。通常，厚度不應超過約萬分之二十五（0.0025 )吋’ 最好約爲千分之二（0.002 )吋更好爲萬分之十五（0.0015 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 593758 A7 B7 五、發明說明f ) )吋。亮鎳層1 6亦可作爲均勻層之功用，其有將基體中 不完美處掩蓋或塡充之趨勢。 覆在鎳層1 3上’特別是売鎳層’爲由絡組成之層 2 2。鉻層2 2可由傳統及已知之鍍鉻技術澱積在層1 3 上◦此等技術與各種鍍鉻槽揭示於Brassard所寫之 ''裝飾 性電鍍一渡越中之一方法〃，金屬打光，1 〇 5 - 1 0 8 頁，1 9 8 8 · 6 ;由Zaki所寫之 ''鍍鉻〃 ，P F工商名 錄，1 4 6 — 1 6 0頁；及美國專利號碼 4 ，46 〇，438，4，234， 396 及 4，093，522中，以上各參考文件均以參考方式倂 入此間。鍍鉻溶液爲眾所週知並可商購。典型鍍鉻溶液包 含鉻酸及觸媒離子如硫化物及氟化物。觸媒離子可由硫酸 或其鹽類及氟矽酸提供。溶液可在溫度1 1 2 °F - 1 1 6 T下操作。在鍍鉻中，每平方公尺之電流密度約爲1 5 0 安培及利用5 - 9 V電壓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鉻層2 2作爲提供夾層2 6之結構統合，或降低或消 除塗覆之塑料變形。鎳層1 3與夾層2 6相較爲軟。故物 體撞在或壓在層2 6上，不會穿透此相當硬之層，但，此 力可傳送至其下之軟鎳層1 6，而此層之塑料變形。鉻層 2 2較鎳層1 3爲硬，可抵抗鎳層1 3所受之塑料變形。 鉻層2 2之厚度至少可提供塗覆之結構統合及或降低 塗覆之變形。其厚度至少爲百萬分之二（0.000002 )吋， 最好至少爲百萬分之五（0.000005 )吋，更好至少爲百萬 分之八（0.000008 )吋。通常，厚度上限並不重要，而由 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）_ 8 - 593758 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明p ) 成本之考慮而定。但鉻層之厚度不應超過十萬分之六（ 0.00006 )吋，最好爲十萬分之五（0.00005 )吋，更好爲 十萬分之四（0.00004 )吋。 夾層2 6配置在鉻層2 2之上，其含由鈦或鈦合金組 成層3 0，與有鈦化合物或鈦合金化合物之層2 8交替形 成。該結構在圖中以2 6代表夾層，2 8代表含鈦化合物 或鈦合金化合物之層，3 0代表含鈦或鈦合金組成之一層 〇 與鈦構成合金以形成鈦合金或鈦合金化合物之金屬爲 非貴重耐火金屬。此等金屬包括锆，給，鉅，及鎢。鈦合 金通常含約1 〇 — 9 0%重量之鈦，及9 0 - 1 0%重量 之非貴重耐火金屬，最好爲2 0 - 8 0%重之鈦及自8 0 - 2 0 %重量之另一耐火金屬。鈦化合物或鈦合金化合物 氧，氮，碳化物及碳氮化物。 在一實施例中，層3 0包含鈦鍩合金氮化物，層2 8 含鈦锆合金組成。此實施例中，鈦锆合金氮化物層具有黃 金色之黃銅色。 夾層2 6之有效厚度可提供磨損，擦傷之保護’及提 供所需顏色，即當鈦锆金氮化物含層2 8時，可有黃金色 。層2 6平均厚度爲百萬分之二（0.000002)吋，最好爲十萬 分之四（0.00004)吋至（0.00003 5)吋，更好爲百萬分之六 (0.000006 )吋至十萬分之三（0.00003)吋。 各層2 8及3 0厚度爲至少億分之一（〇.〇〇〇00001 ) 吋，最好爲至少億分之二十五（0.00000025 )吋’更好爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---r---_-------------訂--------* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 593758 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7___ 五、發明說明（7 ) 至少千萬分之五（0.0000005)吋。通常，層2 8及3 0之厚 度不應超過百萬分之十五（0.000015)吋’最好爲十萬分之一 (0.0000 1 )吋，更好爲百萬分之五（0.00005)吋。 在夾層中，底層爲層2 8，即含鈦或鈦合金之一層。 底層2 8配置在鉻層2 2之上。夾層之頂層爲層3 0 /。 層3 0 >含由鈦化合物或鈦合金化合物組成。層3 0 >爲 顏色層，即其提供塗覆之顏色。在鍩鈦合金氮化物時’其 爲有黃金色之之黃銅色。通常，層3 0 >之厚度可與夾層 以外之厚度相同。層3 0 /爲含夾層2 8及3 0之最厚者 。層3 0 /之厚度爲百萬分之5吋。通常其厚度爲百萬分 之50，最好爲百萬分之之30，不應超過。 形成層2 6之方法爲利用以知傳統之蒸氣澱積技術， 如物理蒸氣澱積或化學蒸氣澱積。物理蒸氣澱積法含潑濺 及陰極電弧蒸發。在本發明方法中，利用潑濺或陰極電弧 蒸發，以澱積鈦合金或鈦層3 0，隨後，以反應澱積或反 應陰極電弧蒸發，以澱積鈦合金化合物，如鈦鲒氮化物或 鈦化合物如鈦氮化合物之層2 8。 形成夾層2 6時，其中之鈦化合物或鈦合金化合物爲 氮，氮氣之流速爲變化的，即在蒸氣澱積期間如反應潑濺 或反應陰極電弧蒸發，由零（無氮氣或引入少量値氮氣） 至引入理想値之氮氣，以形成多交互層之鈦3 〇或鈦合金 氮2 8於夾層2 6中。 夾層2 6中之鈦或鈦合金3 0之鈦或鈦合金化合物 2 8之交互層數，爲消除或降低斷裂之有效數目。此數最 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）:Ίϋ -— - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 593758 A7 _____ B7 五、發明說明p ) 少爲4，較佳爲6，更佳爲8。通常，在夾層2 6中之耐 火金屬3 0及耐火金屬化合物2 8之交互層數爲不超過 5〇，最好40 ，更好爲30。 夾層2 6可降低或消除塗覆之斷裂，及改進塗覆之化 學抗性。 在層3 0 /上者爲層3 4。層3 4包含锆化合物或锆 合金化合物。锆化合物或銷合金化合物爲氧化物，氮，碳 化物及碳氮化物。與锆組成锆合金化合物之金屬爲非貴重 耐火金屬化合物，鈦除外。锆金屬包含3 0 - 9 0%重量 之锆，其餘爲鈦除外之非貴重耐火金屬；最好爲4 0 -9 0%重量之锆，其餘爲鈦除外之非貴重耐火金屬。 層3 4爲層3 0爲锆鈦合金氮化物時，爲锆氮化物。 層3 4爲一甚薄層，因其甚薄故可爲非不透明，半透 明或爲透明的，以便可見層3 0 >之顏色。其必須夠厚以 防止或消除電化腐蝕。通常層3 4之厚度爲百萬分之之 0 · 0 7 —〇· 7吋，最好爲自百萬分之〇.2 —〇.3 吋。 層3 4可由已知之傳統蒸氣澱積技術澱積，包括物理 蒸氣澱積或化學蒸氣澱積，例如，反應潑濺及反應陰極電 弧蒸氣。 潑濺技術及裝備揭示於J.Vossen及W.Kern所寫之、'薄 膜程度II 〃，學術出版社1 9 9 1 ; R · Β ο X m a η等人所寫、’ 真空電弧科學及技術〃，Noyes公司1995;及美國專 利號碼4，162，954及4，591 ，418等文中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) P-.-------^---------Φ 593758 A7 ___ B7 五、發明說明（10 ) 淸洗後，水龍頭予以沖洗及放在傳統鹼電淸洗槽液中。電 淸洗槽維持溫度1 4 0 — 1 8 Ο T，含1 0 · 5 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 1 · 5之p Η値，及含傳統及標準淸潔劑◦水龍頭再沖 洗二次，之後放在傳統酸活化劑槽液中。酸活化劑槽液之 pH値爲2 · 0 — 3 · 0，溫度爲四周溫度，槽中含酸鹽 基之氟化鈉。水龍頭再淸洗二次並放在亮鎳電鍍槽液中 1 2分鐘。該槽液爲傳統槽液，溫度保持在1 3 0 -15〇°?，其？11値爲4.〇，其中含1^13〇4， N 1 C 12，硼酸及發光劑。一平均厚度爲萬分之四（ 0 · 0 0 0 4 )吋之亮鎳層澱積在水龍頭表面上。亮鎳電 鍍之水龍頭淸洗三次，再放入一傳統商購之六價鉻電鍍槽 ，利用傳統電鍍設備電鍍七分鐘。六價鉻槽爲傳統式已知 之槽液，其中含3 2盎斯/加侖之鉻酸。槽液中亦含傳統 已知之鉻電鍍添加劑。槽液之溫度維持在1 1 2 - 1 1 6 °F，及利用混合之硫/氟觸媒。鉻酸與硫酸鹽比値爲 200 : 1。約爲十萬分之一（0.00001)吋厚之鉻層澱積 在亮鎳層表面。水龍頭澈底沖洗於除離子水中並予擦乾。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鍍鉻之水龍頭放在陰極電弧蒸發電鍍器皿中。器皿爲含真 空室之圓柱形包封，真空室由幫浦抽空。一氬氣體以可調 活門連接至室內，以改變流入室內之氬氣速度。此外，一 氮氣源以可調活門連接至室內以改變氮氣流入之速度。 一圓柱形陰極安裝在室之裝心，並聯接至一可變D C 電源之負輸出。電源之正輸出連接至室壁。陰極材料包括 锆鈦合金。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 二13^ 593758 A7 B7 五、發明說明01 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電鍍之水龍頭安裝在一心軸上，1 6個裝在繞陰極外 側之一環上。環繞其軸旋轉，導致行星式旋轉，因而提供 繞母一心軸女裝之多個水龍頭曝露至陰極。環以數個週旋 轉’每一心軸在每一環旋轉下，旋轉數週。心軸與室成電 隔離，並備有可旋轉接點，俾一偏壓可在塗覆期間加至基 體上。 真空室抽空至5 X 1 0 — 3毫巴，及加熱至5 0°C。 電鍍之水龍頭於是受到高偏壓電弧等離子淸洗，其時 ，約5 Ο 〇 V之負偏壓加在電鍍之水龍頭上，同時，一約 5 0 0安培之電弧加在陰極商並予以保持。淸洗時間約爲 5分鐘。 氬氣體之導入速率必須足夠以保持約3 X 1 0 — 2毫巴 之壓力。具有平均厚度爲百萬分之四吋（0.000004 )之锆 鈦合金層，在三分鐘之時間內澱積在鍍鉻之水龍頭上。陰 極電弧級澱積程序包含施加D C電壓於陰極，以達到 5 0 0安培之電流流動，將氬氣導入器皿中以維持器皿中 1 X 1 0 — 2毫巴之壓力，並一行星式旋轉水龍頭。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在鈦銷合金層澱積後，夾層加至鈦锆合金層上。當電 弧放電繼續在5 0 0安培下進行時，氮氣流被定期導入真 空室中。氮氣流速度予以脈衝化，即定期改變以形成最大 流率以與到達基體之鈦锆原子充份反應，以構成鈦锆合金 氮化物，及一等於零之最小或較低値之流速，而不會充份 與所有鈦锆合金反應。氮流動脈衝之期間爲1 - 2分鐘（ 3 0秒至一分鐘開啓，之後關閉）。脈衝澱積之總時間爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14 - 593758 A7 B7 五、發明說明（12 ) 約1 5分鐘，導致一厚度約千萬分之十至十五吋之十層的 夾層堆疊◦在夾層中澱積之材料交互在充份反應之鈦鉻合 金氮化物與鈦锆合金金屬（或具有少量氮之次化學計量鈦 锆合金氮化物）。 在夾層澱積後，氮流速使爲最大値（足可形成反應之 鈦锆合金氮化物）持續5 - 1 0分鐘以形成夾層頂上之較 厚鈦锆合金氮化物。 在陰極電弧蒸發室中之鈦锆合金陰極以锆陰極取代。 該室再度抽空至上述之壓力。零件再度以高偏壓電弧等離 子淸洗如上述。淸洗後，陰極電弧澱積程序以設定之氮氣 及氬氣流加以重復，以提供鍩金屬至銷氮化物之完全或接 近完全之反應。此一程序持續1 - 3分鐘。一厚度約千萬 分之之二吋之锆氮化物之薄層已澱積於鈦銷合金氮化物顏 色層上。 電弧在此最後澱積期間之終了時熄滅，真空室放空， 已塗覆之基體移出。 以上揭示數實施例供說明之用，吾人了解可有不同之 實施例或修改均在本發明範圍之內。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) an I l_i n^δν I an ϋ ·ϋ ϋ iBBi ϋ —Bi ι 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-15-

Claims (1)

1. 593758 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 附件1〜： 第 89101 1 中文申請專利範圍修正本 民國91年7月22日修正 1 . 一種含基體之物件，其基體表面上至少一部份有一 塗層，該塗層包含： 至少一含鎳之層，具有0.0001至0.0035吋的厚度； 含鉻之層，具有0.000002至0.00006吋的厚度； 含許多層之夾層，具有0.000002至0.00004吋的厚度， 該許多層含欽化合物或鈦合金化合物組成，與含欽或鈦合金 之層交互形成；及 含鍩化合物或鍩合金化合物之層，具有〇.〇()〇〇〇〇〇7至 〇.〇〇〇〇〇〇7吋的厚度。 其中鈦化合物爲鈦氮化物，鈦合金化合物爲鈦合金氮化 物，且其中鍩化合物爲鉻氮化物，鍩合金化合物爲鍩合金氮 化物。 2 .如申請專利範圍第1項之物件，其中鈦合金爲鈦鉻 合金。 3 .如申請專利範圍第1項之物件，其中至少含鎳之一 層含亮鎳。 · . 4 . 一種含基體之物件，其基體表面上至少一部份有一 塗層，該塗層包含： 含半亮鎳之層，具有0.00005至0.0015吋的厚'度； 含亮鎳之層；具有0.00005至0.0025吋的厚度； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X297公釐） ： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   593758 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 含鉻之層；具有0.000002至0.00006吋的厚度； 含許多層之夾層.，具有0.000002至0.00004吋的厚度，該 許多層由鈦化合物或鈦合金化合物組成，與含鈦或鈦合金之 層交互組成；及 含銷化合物或銷合金化合物之層，具有〇.〇〇〇〇〇〇07至 〇.〇〇〇〇〇〇7吋的厚度。 其中之鈦化合物爲鈦氮化物，駄合金化合物爲鈦合金氮 化物，且其中鉻化合物爲銷氮化物，鍩合金化合物爲銷合金 氮化物。 5 .如申請專利範圍第4項之物件，其中之鈦合金爲鈦 鍩合金。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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