一種鉻基鍍膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉻基鍍膜及其制備方法，其結(jié)構(gòu)為Cr-Cr2N兩相化合物層，有利于鍍層內(nèi)應(yīng)力的釋放，從而在減小內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)降低鍍層表面缺陷的產(chǎn)生，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積范圍內(nèi)的厚度均勻性。采用本發(fā)明方法制備得到的所述鉻基鍍膜，表面缺陷少、沒有微裂紋出現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)鍍層在超大面積范圍內(nèi)具有均勻的厚度，同時(shí)還具備高硬度、耐磨損、耐腐蝕的特性；此外，本發(fā)明所述鉻基鍍膜在后期需要清除時(shí)，可在較短時(shí)間內(nèi)將金屬底材表面以及金屬底材圖紋內(nèi)部的鍍層完全清除，操作簡單易行。
【專利說明】一種鉻基鍍膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉻基鍍膜及其制備方法，屬于印刷版制作【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]相較于普通印刷工藝，凹版印刷由于能夠使印刷品具有特殊的“凹凸觸感”而被廣泛地用于印制鈔票、有價(jià)證券和防偽產(chǎn)品的制作中。為了增加凹印版的表面耐磨性、耐印率和使用壽命，通常需要在凹印版的基底材料表面電鍍上厚度約ΙΟμπι的鉻層?，F(xiàn)有技術(shù)中通過在凹印金屬底材底材料(例如鎳、銅、鐵等)上雕刻圖紋后，再采用電鍍工藝將鉻鍍覆于上述凹印金屬底材底材料上，從而形成凹印版的表面耐磨鉻層。目前廣泛使用的凹印版電鍍鉻工藝，在經(jīng)歷長時(shí)間的發(fā)展后形成相對(duì)成熟的技術(shù)，工藝穩(wěn)定，操作簡單，然而，電鍍過程中將產(chǎn)生大量廢水、廢氣和廢渣，尤其是廢水中六價(jià)鉻具有強(qiáng)致癌性且難以自然降解，從而對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境都造成嚴(yán)重危害。此外，在電鍍過程中，電鍍液中的氫或反應(yīng)生成的氫極易擴(kuò)散到金屬內(nèi)部并殘留在金屬的晶體位錯(cuò)處，進(jìn)而導(dǎo)致金屬發(fā)生脆化。
[0003]磁控濺射技術(shù)是一種物理氣相沉積技術(shù)，其通過在放電空間中產(chǎn)生等離子體，并利用電場加速正離子轟擊靶材，靶材以原子的狀態(tài)被濺射出來，從而在基底材料上沉積形成鍍層。研究表明，磁控濺射技術(shù)制備的鍍層與基底材料的附著力強(qiáng)、結(jié)合度好，鍍層純度高、致密性好、厚度均勻且可控制。此外，由于采用磁控濺射技術(shù)形成鍍層的過程中，不需要使用化學(xué)溶劑，從而避免對(duì)環(huán)境造成污染。
[0004]中國專利文獻(xiàn)CN101181848A公開一種凹印版及其制備方法，該凹印版是由凹印版金屬基材(也稱“金屬底材”)和鍍膜層構(gòu)成，該鍍膜層包括位于該金屬基材上部的至少兩層由金屬層和金屬碳化物或氮化物層交替構(gòu)成的基礎(chǔ)鍍膜層，以及位于所述基礎(chǔ)鍍膜層上部的至少包含TiO2層的具有親水性能的表面鍍膜層，其中，所述基礎(chǔ)鍍膜層的金屬為Cr或Ti。該凹印版采用以下步驟制備:(I)采用磁控濺射法，通入惰性工作氣體，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的金屬濺射靶向設(shè)置于工作輥筒上并隨該工作輥筒一并旋轉(zhuǎn)的凹印版的刻有圖紋或待刻圖紋的一面上鍍制金屬鍍膜層；(2)通過向該鍍膜室內(nèi)充入碳源或氮源反應(yīng)氣體，采用反應(yīng)濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的金屬濺射靶向該凹印版上鍍制金屬碳化物或氮化物鍍膜層，從而通過上述多次濺射鍍膜在該凹印版上鍍制形成至少兩層由金屬層和金屬碳化物或氮化物層交替構(gòu)成的基礎(chǔ)鍍膜層；(3)采用反應(yīng)濺射和射頻濺射結(jié)合的方法在該凹印版的基礎(chǔ)鍍膜層上鍍制上述至少包含TiO2層的表面鍍膜層。上述凹印版中的基礎(chǔ)鍍膜層結(jié)構(gòu)中包括至少兩層金屬層和金屬碳化物或氮化物層交替層，從而使上述基礎(chǔ)鍍膜層作為耐磨層具有一定的硬度和耐磨性，然而，在研究中發(fā)現(xiàn)，該基礎(chǔ)鍍膜層的表面存在較多缺陷且容易出現(xiàn)微裂紋，同時(shí)也難以實(shí)現(xiàn)大面積范圍(500mmX500mm-1000mmX 1000mm)內(nèi)的厚度均勻性。此外，當(dāng)需要將凹印版清除耐磨層和表面鍍層以實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用時(shí)，上述基礎(chǔ)鍍膜層由于包括至少兩層金 屬層和金屬碳化物或氮化物層交替層，清除需分步進(jìn)行，操作復(fù)雜且費(fèi)時(shí)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中采用磁控濺射法制備得到的凹印版耐磨層的表面缺陷多、表面容易出現(xiàn)微裂紋，難以實(shí)現(xiàn)大面積范圍內(nèi)的厚度均勻性，并在后期需要進(jìn)行鍍層清除時(shí)，操作復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，從而提供一種表面缺陷少且耐磨性能好的鉻基鍍膜及其制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種鉻基鍍膜，由Cr-Cr2N兩相化合物層組成，所述兩相化合物層中，Cr與Cr2N的摩爾比為1:3-17:1。 [0008]進(jìn)一步， 本發(fā)明還提供一種制備所述鉻基鍍膜的方法，其包括如下步驟:
[0009](I)在鍍膜室內(nèi)，分別以30-120sccm、80-170sccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)基材表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為10-40min，鍍制溫度為25_200°C ；
[0010](2)以80_170sccm的流量通入惰性工作氣體，采用反濺射法對(duì)步驟(1)形成的所述鍍層的表面進(jìn)行活化，所述反濺射時(shí)間為5-20min ；
[0011](3)重復(fù)步驟(1) - (2)中的操作0-6遍,之后分別以30-120sccm、80-170sccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w，采用磁控濺射法，在25-200°C的條件下，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶繼續(xù)鍍制10-40min，即得鉻基鍍膜。
[0012]步驟(1)中，鍍膜室內(nèi)的所述鉻靶為3-6對(duì)孿生鉻靶。
[0013]所述鉻靶為平行設(shè)置。
[0014]所述鉻靶的長度不小于1.2m。
[0015]所述鉻基鍍膜的厚度為2.5-10.0 μ m。
[0016]所述惰性工作氣體為氬氣。
[0017]一種包括所述鉻基鍍膜的耐磨層，還包括位于所述鉻基鍍膜和所述基材表面之間的Cr過渡層和/或位于所述鉻基鍍膜外側(cè)的Cr平滑層，所述Cr過渡層和所述Cr平滑層的鍍制方法為:以80-170sCCm的流量通入惰性工作氣體，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為10-40min ;鍍制溫度為25_200°C。
[0018]所述惰性工作氣體為氬氣。
[0019]所述Cr過渡層、鉻基鍍膜、Cr平滑層的厚度比為0.2-0.6:2.5-10.0:0.2-0.6。
[0020]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)本發(fā)明所述的鉻基鍍膜，其結(jié)構(gòu)為Cr-Cr2N兩相化合物層，有利于鍍層內(nèi)應(yīng)力的釋放，從而在減小內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)降低鍍層表面缺陷的產(chǎn)生，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積范圍內(nèi)的厚度均勻性，較之現(xiàn)有技術(shù)中凹印版的耐磨層采用包括至少兩層由金屬層和金屬碳化物或氮化物層交替構(gòu)成的基礎(chǔ)鍍膜層，不僅鍍層的表面缺陷多、表面容易出現(xiàn)微裂紋，還難以實(shí)現(xiàn)大面積范圍內(nèi)的厚度均勻性，后期進(jìn)行鍍層清除時(shí)，操作復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，本發(fā)明所述鉻基鍍膜，表面缺陷少、沒有微裂紋出現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)鍍層在超大面積范圍內(nèi)具有均勻的厚度，同時(shí)還具備高硬度、耐磨損、耐腐蝕的特性；此外，本發(fā)明所述鉻基鍍膜在后期需要清除時(shí)，可在較短時(shí)間內(nèi)將金屬底材表面以及金屬底材圖紋內(nèi)部的鍍層完全清除，操作簡單易行。
[0022](2)本發(fā)明所述的鉻基鍍膜，優(yōu)選所述鉻基鍍膜的厚度為2.5-10.0 μ m，這是因?yàn)殁n券印刷對(duì)凹印版的耐印力要求較高，其印量都要達(dá)到80萬印以上，若鉻基鍍膜過薄，容易磨損，難以達(dá)到印量要求；若鉻基鍍膜過厚，鍍層內(nèi)應(yīng)力積聚，易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致凹印版的成品率較低。
[0023](3)本發(fā)明所述的鉻基鍍膜的制備方法，其通過先采用磁控濺射法在反應(yīng)氣體和惰性工作氣體同時(shí)存在的條件下鍍制鍍層；之后停止磁控濺射，只通入惰性工作氣體對(duì)采用磁控濺射形成的鍍層表面進(jìn)行反濺射，從而能夠提升所述鍍層的表面原子活性，優(yōu)化鍍層的組織結(jié)構(gòu)；最后，再采用磁控濺射法在反應(yīng)氣體和惰性工作氣體同時(shí)存在的條件下進(jìn)行鍍層的鍍制，即得包括Cr-Cr2N兩相化合物結(jié)構(gòu)的所述鉻基鍍膜；較之現(xiàn)有技術(shù)中先采用磁控濺射法在惰性工作氣體中鍍制金屬鍍膜層，之后再通入碳源或氮源反應(yīng)氣體并采用反應(yīng)濺射法鍍制金屬碳化物或氮化物鍍膜層， 在鍍制過程中使得鍍層持續(xù)升溫，而金屬底材的溫度甚至超過600°C，容易導(dǎo)致鍍層表面出現(xiàn)微裂紋、針孔等缺陷，本發(fā)明方法通過上述步驟的設(shè)置和條件的控制，在進(jìn)行鍍層鍍制的整個(gè)過程中，能夠有效抑制鍍層的持續(xù)升溫，使得金屬底材的溫度始終保持在25-200°C范圍內(nèi)，較好實(shí)現(xiàn)了低溫下無缺陷鍍層的鍍制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中，
[0025]圖1是本發(fā)明所述鉻基鍍膜的截面形貌圖
[0026]圖2是本發(fā)明所述鉻基鍍膜的表面形貌圖；
[0027]圖3是本發(fā)明所述鉻基鍍膜的X射線衍射圖；
[0028]圖4是本發(fā)明所述鉻基鍍膜的硬度隨壓入深度的變化曲線；
[0029]圖5A是本發(fā)明所述鉻基鍍膜的摩擦系數(shù)隨磨損時(shí)間的變化曲線；
[0030]圖5B是本發(fā)明所述鉻基鍍膜的磨損深度隨磨損時(shí)間的變化曲線；
[0031]圖6是本發(fā)明采用現(xiàn)有技術(shù)制備得到鉻基鍍膜的表面形貌圖；
[0032]圖7是本發(fā)明對(duì)比例2制備得到鉻基鍍膜的表面形貌圖；
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1
[0034]本實(shí)施例提供一種凹印版鉻基鍍膜，其由Cr-Cr2N兩相化合物層組成，所述兩相化合物層中，Cr與Cr2N的摩爾比為16:3，其采用如下方法鍍制形成:
[0035](I)在鍍膜室內(nèi)，分別以90SCCm、110SCCm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w氬氣，采用磁控濺射法，通過呈柱狀且彼此平行設(shè)置、長度都為1.5m的4對(duì)孿生鉻靶向設(shè)置于冷卻輥筒上并隨所述冷卻輥筒一并旋轉(zhuǎn)的鎳基凹印金屬底材底材料上鍍制鍍層，鍍制時(shí)間為30min，鍍制溫度為25-100°C (鍍鉻過程是鉻升溫的過程，因此鍍鉻溫度不是一個(gè)恒定的值，而是一個(gè)范圍)；其中所述鎳基凹印金屬底材底材料的面積為900*900mm2 ;所述磁控濺射的工藝參數(shù)為:每對(duì)鉻靶的電源功率為llkW，偏壓電源電壓為150V，占空比為70% ；
[0036](2)以IlOsccm的流量通入氬氣，采用反濺射法利用偏壓電源對(duì)已鍍制鍍層的表面進(jìn)行活化，所述反濺射時(shí)間為IOmin ;所述反濺射的工藝條件為:偏壓電源偏壓為750V，占空比為60% ；
[0037](3)重復(fù)(I) - (2)的工藝步驟2遍，之后分別以90sccm、110sccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w，采用磁控濺射法，在150°C的條件下，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶繼續(xù)鍍制30min，即得厚度為5.0 μ m所述鉻基鍍膜，其面積與基底材料的面積一致為900*900mm2。
[0038]進(jìn)一步，對(duì)所述鉻基鍍膜的質(zhì)量和性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，結(jié)果如下:
[0039]采用AMB10SXP-1臺(tái)階儀測(cè)量所述鉻基鍍膜的平均厚度為5.0 μ m ;為驗(yàn)證鍍層的厚度均勻性，采用相同的方法按照“田字格”測(cè)量了鍍層的九個(gè)點(diǎn)，得出鍍層的厚度范圍為
4.88-5.13 μ m，進(jìn)一步得出厚度 均勻度為4.87%，從而說明所述鉻基鍍膜能夠在超大面積范圍內(nèi)具有均勻的厚度。
[0040]采用LE01530場發(fā)射掃描電子顯微鏡檢測(cè)所述鉻基鍍膜的截面形貌，如圖1所示，可以看出鍍層生長為柱狀晶結(jié)構(gòu)。
[0041]采用3/5倍放大鏡觀察所述鉻基鍍膜的表面形貌，未發(fā)現(xiàn)明顯的表面缺陷。進(jìn)一步，采用LE01530場發(fā)射掃描電子顯微鏡檢測(cè)所述鉻基鍍膜的微觀表面形貌，如圖2所示，可以看出所述鉻基鍍膜的晶粒致密均勻，無明顯的孔洞或裂隙等缺陷，未出現(xiàn)電鍍鉻鍍層中常見的微裂紋。
[0042]采用MITUT0Y0 SJ-210粗糙度測(cè)量儀測(cè)得所述鉻基鍍膜的表面粗糙度為0.024 μ m，從而說明鍍層表面光滑，在印刷過程中易擦墨，印刷適性好。
[0043]采用日本理學(xué)D/max-rB轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀檢測(cè)所述鉻基鍍膜的微結(jié)構(gòu)，如圖3所示，可以看出鍍層的X射線衍射圖顯示出明顯的Cr和Cr2N的衍射峰，表明鍍層生長為Cr-Cr2N的兩相化合物。進(jìn)一步，經(jīng)MTS-XP納米壓痕儀測(cè)量所述鉻基鍍膜Cr/N原子百分比為88/12，即Cr與Cr2N的摩爾比16:3。
[0044]采用HVS-1000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)量所述鉻基鍍膜的維氏硬度，結(jié)果表明鍍層的顯微硬度為864Hv ;同時(shí)為排除凹印金屬底材底效應(yīng)的影響，采用美國MTS XP納米壓痕儀檢測(cè)所述鉻基鍍膜在連續(xù)動(dòng)態(tài)載荷下的硬度，如圖4所示，測(cè)得鍍層的本征硬度為21.76GPa (IGPa ^ ΙΟΟΗν)。
[0045]采用UMT-3摩擦磨損測(cè)試儀測(cè)量所述鉻基鍍膜的耐磨性能，試驗(yàn)采用4軸承剛球作為配副，載荷為30N，頻率為2.5Hz，試驗(yàn)時(shí)間為1800秒。如圖5A所示為所述鉻基鍍膜的摩擦系數(shù)隨磨損時(shí)間的變化曲線，測(cè)得鍍層的摩擦系數(shù)為0.23，說明鍍層表面較光滑，有利于保證凹印印刷時(shí)的擦墨性。此外，當(dāng)磨損時(shí)間為1800s時(shí)，鍍層被局部磨穿露出金屬底材使得鍍層的摩擦系數(shù)急劇增加，圖5B所示為所述鉻基鍍膜的磨損深度隨磨損時(shí)間的變化曲線，鍍層的平均磨損深度為3.68 μ m，與傳統(tǒng)鍍鉻層在相同條件下平均磨損深度為
4.93 μ m相比，本發(fā)明鉻基鍍膜的平均磨損深度較小，從而說明所述鉻基鍍膜具有優(yōu)異的耐磨性能。
[0046]實(shí)施例2
[0047]本實(shí)施例提供一種凹印版耐磨層，其包括Cr過渡層、鉻基鍍膜和Cr平滑層，其中所述Cr過渡層位于所述鉻基鍍膜和所述基材表面之間，所述Cr平滑層位于所述鉻基鍍膜的外側(cè)，即遠(yuǎn)離所述基材的一側(cè)；所述Cr過渡層、鉻基鍍膜、Cr平滑層的厚度比為0.6:10:0.2。
[0048]其中，所述鉻基鍍膜由Cr-Cr2N兩相化合物層組成，所述兩相化合物層中，Cr與Cr2N的摩爾比為10:1，其采用如下方法鍍制形成:[0049](I)在鍍膜室內(nèi)，分別以70SCCm、130SCCm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w氬氣，采用磁控濺射法，通過呈柱狀且彼此平行設(shè)置、長度都為1.2m的3對(duì)孿生鉻靶向設(shè)置于冷卻輥筒上并隨所述冷卻輥筒一并旋轉(zhuǎn)的鎳基凹印金屬底材底材料上鍍制鍍層，鍍制時(shí)間為40min，鍍制溫度為25-120°C ;其中所述鎳基凹印金屬底材底材料的面積為800*800mm ；所述磁控濺射的工藝條件為:每對(duì)鉻靶的電源功率為IlkW;偏壓電源電壓為150V，占空比為 70% ；
[0050](2)以130sccm的流量通入氬氣，采用反濺射法利用偏壓電源對(duì)已鍍制鍍層的表面進(jìn)行活化，所述反濺射時(shí)間為20min，所述反濺射的工藝條件為:偏壓電源偏壓為750V，占空比為60% ；
[0051](3)重復(fù)步驟(1) - (2)的工藝步驟3遍,之后分別以70sccm、130sccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w，采用磁控濺射法，在120°C的條件下，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶繼續(xù)鍍制40min，即得厚度為10.0 μ m所述鉻基鍍膜，其面積為800*800mm。
[0052]所述Cr過渡層的鍍制方法為:以SOsccm的流量通入氬氣，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)基材表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為40min ;鍍制溫度為25 0C ；
[0053]所述Cr平滑層的鍍制方法為:以llOsccm的流量通入氬氣，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)鉻基鍍膜的表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為IOmin ;鍍制溫度為200°C。
[0054]實(shí)施例3
[0055]本實(shí)施例提供一種凹印版耐磨層，其包括Cr過渡層、鉻基鍍膜和Cr平滑層，其中所述Cr過渡層位于所述鉻基鍍膜和所述基材表面之間，所述Cr平滑層位于所述鉻基鍍膜的外側(cè)，即遠(yuǎn)離所述基材的一側(cè)；所述Cr過渡層、鉻基鍍膜、Cr平滑層的厚度比為0.2:5.3:0.6。
[0056]其中，所述鉻基鍍膜由Cr-Cr2N兩相化合物層組成由Cr-Cr2N兩相化合物層組成，所述兩相化合物層中，Cr與Cr2N的摩爾比為17:1，采用如下方法鍍制形成:
[0057](I)在鍍膜室內(nèi)，分別以30SCCm、170SCCm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w氬氣，采用磁控濺射法，通過呈柱狀且彼此平行設(shè)置、長度都為1.5m的4對(duì)孿生鉻靶向設(shè)置于冷卻輥筒上并隨所述冷卻輥筒一并旋轉(zhuǎn)的鎳基凹印金屬底材底材料上鍍制鍍層，鍍制時(shí)間為lOmin，鍍制溫度為25-80°C ;其中所述鎳基凹印金屬底材底材料的面積為1000*1000mm ；所述磁控濺射工藝條件為:每對(duì)鉻靶的電源功率為IlkW ;偏壓電源電壓為150V，占空比為70% ；
[0058](2)以170SCCm的流量通入氬氣，采用反濺射法利用偏壓電源對(duì)已鍍制鍍層的表面進(jìn)行活化，所述反濺射時(shí)間為5min，所述反濺射工藝條件為:偏壓電源偏壓為750V，占空比為60% ；
[0059](3)重復(fù)步驟(1)- (2)的工藝步驟6遍,之后分別以30sccm、170sccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w，采用磁控濺射法，在200°C的條件下，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶繼續(xù)鍍制lOmin，即得厚度為5.3 μ m所述鉻基鍍膜，其面積為1000*1000mm。所述Cr過渡層的鍍制方法為:以170sCCm的流量通入氬氣，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)基材表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為IOmin ;鍍制溫度為25°C ；[0060]所述Cr過渡層的鍍制方法為:以llOsccm的流量通入氬氣，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)基材表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為IOmin ;鍍制溫度為25 0C ；
[0061]所述Cr平滑層的鍍制方法為:以SOsccm的流量通入氬氣，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)鉻基鍍膜的表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為40min ;鍍制溫度為200°C。
[0062]實(shí)施例4
[0063]本實(shí)施例提供一種凹印版耐磨層， 其包括Cr過渡層、鉻基鍍膜和Cr平滑層，其中所述Cr過渡層位于所述鉻基鍍膜和所述基材表面之間，所述Cr平滑層位于所述鉻基鍍膜的外側(cè)，即遠(yuǎn)離所述基材的一側(cè)；所述Cr過渡層、鉻基鍍膜、Cr平滑層的厚度比為0.6:2.5:0.6。
[0064]其中，所述鉻基鍍膜由Cr-Cr2N兩相化合物層組成由Cr-Cr2N兩相化合物層組成，所述兩相化合物層中，Cr與Cr2N的摩爾比為1: 3，其采用如下方法鍍制形成:
[0065](I)在鍍膜室內(nèi)，分別以120SCCm、80SCCm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w氬氣，采用磁控濺射法，通過呈柱狀且彼此平行設(shè)置、長度都為1.5m的6對(duì)孿生鉻靶向設(shè)置于冷卻輥筒上并隨所述冷卻輥筒一并旋轉(zhuǎn)的鎳基凹印金屬底材底材料上鍍制鍍層，鍍制時(shí)間為40min，鍍制溫度為25-150°C ;其中所述鎳基凹印金屬底材底材料的面積為500*500mm ；所述磁控濺射的工藝參數(shù)為:每對(duì)鉻靶的電源功率為IlkW;偏壓電源電壓為150V，占空比為 70% ；
[0066](2)以80sccm的流量通入氬氣，采用反濺射法利用偏壓電源對(duì)已鍍制鍍層的表面進(jìn)行活化，所述反濺射時(shí)間為20min，所述反濺射的工藝條件為:偏壓電源偏壓為750V，占空比為60% ；
[0067](3)之后分別以120sccm、80sccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w,采用磁控濺射法，在150°C的條件下，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶繼續(xù)鍍制40min，即得厚度為
2.5 μ m所述鉻基鍍膜，其面積為500*500mm。
[0068]所述Cr過渡層的鍍制方法為:以IlOsccm的流量通入氬氣，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)基材表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為30min ;鍍制溫度為120。。；
[0069]所述Cr平滑層的鍍制方法為:以llOsccm的流量通入氬氣，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)鉻基鍍膜的表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為30min ;鍍制溫度為120。。。
[0070]綜上所述，本發(fā)明所述鉻基鍍膜，表面缺陷少、沒有微裂紋出現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)鍍層在超大面積范圍內(nèi)具有均勻的厚度，同時(shí)還具備高硬度、耐磨損、耐腐蝕的特性，在凹印生產(chǎn)過程中耐磨性好、不易變形，可顯著提高凹印版的耐印力，進(jìn)一步，以本實(shí)施例所述鉻基鍍膜為表面鍍層的凹印版經(jīng)上機(jī)印刷測(cè)試，結(jié)果表明凹印版的版紋質(zhì)量和版面質(zhì)量符合印刷要求，印刷產(chǎn)品的一致性好，印刷適性優(yōu)異，可應(yīng)用于100萬張印品以上的大規(guī)模凹印印刷。
[0071]此外，凹印版制備過程非常復(fù)雜，如因非可控原因?qū)е洛儗淤|(zhì)量缺陷，凹印版將無法投入使用，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此需要在不損傷金屬底材表面的基礎(chǔ)上能夠通過簡單的化學(xué)方法徹底清除表面鍍層。本發(fā)明所述鉻基鍍膜在后期需要清除時(shí)，將其浸入稀鹽酸溶液中，就可在IOmin內(nèi)將金屬底材表面以及金屬底材圖紋內(nèi)部的鍍層完全清除，而處理后的金屬底材可按照需要再次鍍制鉻基鍍膜之后投入生產(chǎn)使用。
[0072]對(duì)比例I
[0073]本對(duì)比例提供一種凹印版鉻基鍍膜，其采用現(xiàn)有技術(shù)方法制備得到，具體包括如下步驟:
[0074](I)向鍍膜室內(nèi)充入0.5Pa氮?dú)?，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于的鉻靶向設(shè)置于工作輥筒上并隨該工作輥筒一并旋轉(zhuǎn)的凹印版的刻有圖紋或待刻圖紋的一面上鍍制鉻金屬層；其中，所述凹印金屬底材底材料的面積為1000*1000mm2，鉻靶的電源功率為llkW，偏壓電源電壓為150V，占空比為70%， 鍍制時(shí)間為30min ；
[0075](2)通過向該鍍膜室內(nèi)充入0.2Pa氮?dú)?，采用反?yīng)濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶向該凹印版上鍍制氮化鉻層，從而通過上述多次濺射鍍膜在該凹印版上鍍制形成兩層由金屬鉻層和氮化鉻層交替構(gòu)成的基礎(chǔ)鍍膜層；其中，偏壓電源偏壓為750V，占空比為60% ;濺射時(shí)間為IOmin ；
[0076](3)采用反應(yīng)濺射和射頻濺射結(jié)合的方法在該凹印版的基礎(chǔ)鍍膜層上鍍制上述包含TiO2層的表面鍍膜層。
[0077]結(jié)果顯示，本對(duì)比例制備得到的上述鉻基鍍膜的在基底材料的面積范圍內(nèi)厚度極不均勻，進(jìn)一步，采用蔡司Axiotech HAL100顯微鏡檢測(cè)上述凹印版鍍層的表面形貌(50倍)，如圖6所示，上述凹印版鍍層的表面存在大量孔洞缺陷。
[0078]對(duì)比例2
[0079]本對(duì)比例提供一種凹印版鉻基鍍膜，其采用如下步驟制備得到:
[0080]在鍍膜室內(nèi)，分別以90SCCm、I IOsccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w氬氣，采用磁控濺射法，通過呈柱狀且彼此平行設(shè)置、長度都為1.5m的4對(duì)孿生鉻靶向設(shè)置于冷卻輥筒上并隨所述冷卻輥筒一并旋轉(zhuǎn)的鎳基凹印金屬底材底材料上鍍制鍍層，鍍制時(shí)間為60min，鍍制溫度25-150°C，即得該鉻基鍍膜；其中所述鎳基凹印金屬底材底材料的面積為1000*1000mm ;所述磁控濺射的工藝參數(shù)為:每對(duì)鉻靶的電源功率為llkW，偏壓電源電壓為150V，占空比為70%。
[0081]結(jié)果顯示，本對(duì)比例制備得到的上述鉻基鍍膜的在基底材料的面積范圍內(nèi)厚度極不均勻，進(jìn)一步，采用蔡司Axiotech HAL100顯微鏡檢測(cè)上述鉻基鍍膜的表面形貌(200倍)，如圖7所示，上述鉻基鍍膜的表面出現(xiàn)了針孔缺陷。
[0082]綜上，采用上述對(duì)比例I和對(duì)比例2中的方法制備得到的鉻基鍍膜難以實(shí)現(xiàn)大面積范圍內(nèi)的厚度均勻性，容易出現(xiàn)表面缺陷，并且對(duì)于對(duì)比例I中的上述凹印版鍍層由于表面TiO2的存在，鍍層難以徹底清除，操作復(fù)雜且費(fèi)時(shí)。
[0083]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種鉻基鍍膜，其特征在于，由Cr-Cr2N兩相化合物層組成，所述兩相化合物層中，Cr與Cr2N的摩爾比為1:3-17:1。
2.一種制備權(quán)利要求1所述鉻基鍍膜的方法，其包括如下步驟: Cl)在鍍膜室內(nèi)，分別以30-120sccm、80-170sccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶對(duì)基材表面進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為10-40min，鍍制溫度為25_200°C ； (2)以80-170SCCm的流量通入惰性工作氣體，采用反濺射法對(duì)步驟(1)形成的所述鍍層的表面進(jìn)行活化，所述反濺射時(shí)間為5-20min ； (3)重復(fù)步驟(1)- (2)中的操作0-6遍，之后分別以30-120sccm、80-170sccm的流量同時(shí)通入氮?dú)夂投栊怨ぷ鳉怏w，采用磁控濺射法，在25-200°C的條件下，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶繼續(xù)鍍制10-40min，即得所述鉻基鍍膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉻基鍍膜的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，鍍膜室內(nèi)的所述鉻靶為3-6對(duì)孿生鉻靶。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鉻基鍍膜的制備方法，其特征在于，所述鉻靶為平行設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一所述的鉻基鍍膜的制備方法，其特征在于，所述鉻靶的長度不小于1.2mο
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一所述的鉻基鍍膜的制備方法，其特征在于，所述鉻基鍍膜的厚度為 2.5-10.0 μ m0`
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一所述的鉻基鍍膜的制備方法，其特征在于，所述惰性工作氣體為氬氣。
8.一種包括權(quán)利要求1-7任一所述鉻基鍍膜的耐磨層，其特征在于，還包括位于所述鉻基鍍膜和所述基材表面之間的Cr過渡層和/或位于所述鉻基鍍膜外側(cè)的Cr平滑層，所述Cr過渡層和所述Cr平滑層的鍍制方法為:以SO-llOsccm的流量通入惰性工作氣體，采用磁控濺射法，通過設(shè)置于鍍膜室內(nèi)的鉻靶進(jìn)行鍍制形成鍍層，鍍制時(shí)間為10-40min ;鍍制溫度為25-200°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的耐磨層，其特征在于，所述惰性工作氣體為氬氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9或10所述的耐磨層，其特征在于，所述Cr過渡層、鉻基鍍膜、Cr 平滑層的厚度比為 0.2-0.6:2.5-10.0:0.2-0.6。
【文檔編號(hào)】C23C14/06GK103741105SQ201310722606
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】劉永江, 劉雪敬, 李曉偉, 潘峰, 王雪 申請(qǐng)人:中國印鈔造幣總公司, 北京中鈔鈔券設(shè)計(jì)制版有限公司