專利名稱：新型反光裝飾材料鍍膜技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空物理氣相沉積技術(shù)，將金屬鋯或鋯基合金采用磁控反應(yīng)濺射技術(shù)在金屬、陶瓷、玻璃及耐溫250℃以上高分子材料表面沉積一層ZrNx反光裝飾膜。
以往反光膜一般為鍍鋁或銀膜。由于膜層不耐磨而制成背面鏡，光要通過玻璃二次吸收從而反射率下降，同時(shí)耐磨及耐候性較差使用壽命較短等缺點(diǎn)。作為反光裝飾膜，特別是仿金膜，過去一般采用在被鍍件表面鍍制黃銅，再涂有機(jī)保護(hù)膜，這樣不但工藝復(fù)雜而且保護(hù)膜不耐磨，磨損后起不到保護(hù)和裝飾作用。從70年代采用離子蒸發(fā)鍍膜，蒸發(fā)鈦與氮反應(yīng)生成氮化鈦仿金膜，具有仿金色澤，但色澤較差特別是明亮度低，膜層反射率小。離子蒸發(fā)鍍膜設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，氮化鈦膜層較脆。如US4，226，082，昭和52-149277專利均采用離子蒸發(fā)鍍膜技術(shù)鍍TiN仿金膜，使用坩堝盛鍍膜材料，材料利用率在 2/3 ～ 1/2 ，且坩堝使用壽命短易損壞，另外坩堝材料的滲入和蒸發(fā)易污染鍍層而影響膜層質(zhì)量。在可見光譜區(qū)氮化鈦比氮化鋯反射率低。特別在4000A～6000A區(qū)間。
本發(fā)明采用物理氣相沉積技術(shù)中的先進(jìn)工藝-磁控反應(yīng)濺射技術(shù)，它具有節(jié)省鍍膜材料一次裝料(靶材)多次鍍膜而節(jié)省裝料時(shí)間及勞力，且無(wú)需在容器中熔化蒸發(fā)，直接由帶電粒子轟擊逸出，爐膛空間利用率高，鍍膜工藝控制方便，工藝重復(fù)性好，對(duì)環(huán)境無(wú)污染是工業(yè)化生產(chǎn)的有利條件。采用鋯及含銅或金元素重量百分比為1到10范圍內(nèi)的鋯基合金為鍍膜材料，鋯熔點(diǎn)為1852℃，沸點(diǎn)為3580℃比鈦高約300℃，這樣采用離子蒸發(fā)鍍的難度較大，鍍膜過程很易斷弧，若功率過大又會(huì)燒壞坩堝，所以采用磁控反應(yīng)濺射就可克服上述缺點(diǎn)。
金屬鋯在物理性質(zhì)上，鋯的反射率比鈦要高約10%，機(jī)械韌性比鈦好、耐腐蝕性能比鈦強(qiáng)。新型反光裝飾材料由鋯代替鈦?zhàn)麇兡げ牧希捎么趴胤磻?yīng)濺射沉積氮化鋯比氮化鈦具有更好的反射率、明亮度高、更接近仿金色澤，又具有耐磨、耐腐蝕性能是一種理想的反光裝飾材料。
為了達(dá)到該膜層的多種色澤的反射率、靶材除用純鋯外，亦可采用金或銅元素的鋯基合金作靶材。為了減少膜層的內(nèi)應(yīng)力及剝落現(xiàn)象使膜層結(jié)合力良好，則整個(gè)膜層結(jié)構(gòu)必須在較高偏壓濺射一層很薄的鋯膜，然后由鋯逐漸向氮化鋯膜的含氮量逐漸增加，這樣膜層結(jié)構(gòu)連續(xù)變化可使內(nèi)應(yīng)力減小及防止脫落。它明顯地比有幾層氮含量突然變化的多層膜的內(nèi)應(yīng)力小並且膜層結(jié)構(gòu)緻密、針孔較少等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用對(duì)基體施加偏壓及不斷地調(diào)節(jié)氮?dú)夥謮旱却胧?，這種合適的參數(shù)來(lái)獲得具有不同反射率及由銀白色到金黃色的各種反光裝飾膜。采用磁控反應(yīng)濺射在不銹鋼、碳鋼、黃銅及鋁和鋁合金材料，陶瓷，玻璃和耐溫250℃以上的高分子材料表面沉積一層ZrNx反光裝飾膜，其x值在0≤x≤1之間變化，其工藝如下基體表面進(jìn)行脫脂、取油，用取離子水沖洗、烘干處理后裝爐。爐子有兩個(gè)進(jìn)氣管由閥門控制，分別把氮?dú)?、氬氣通入爐內(nèi)。真空室由真空機(jī)組抽空到10-5乇后，基體加熱到150～500℃，通入氬氣使壓力升到10-4～10-2乇，加直流電壓為-500V～-1500V對(duì)基體表面轟擊清洗5～30分鐘，然后施加-50V～-700V偏壓下，濺射靶加直流電壓-300V～-800V進(jìn)行鍍膜。通過偏壓，鋯離子轟擊到基體表面內(nèi)層，從而提高膜層與基體的結(jié)合力，在表面生成厚度為10A～1000A的鋯膜，再通入氮?dú)馄浞謮涸?0-3～10-5乇之間變化，調(diào)節(jié)氮?dú)夥謮菏鼓又饾u由純鋯膜向ZrNx結(jié)構(gòu)變化，其x值在0≤x≤1區(qū)間，膜厚為0.2～2μm，然后關(guān)掉氮?dú)庠馘冧?，其厚度?0A～200A。所以ZrNx膜層中x值為連續(xù)變化生成連續(xù)膜，其總膜厚在0.2～2.1μm，色澤隨x值而變化，當(dāng)x值由0到1時(shí)，則其顏色由銀白色一直變到金黃色。當(dāng)x值在0≤x≤0.15范圍時(shí)，色澤為銀白色，在0.15≤x≤0.5時(shí)，色澤為淡黃色，在0.5≤x≤0.9時(shí)，色澤為淺金黃色，在0.9≤x≤1時(shí)，色澤為金黃色。
采用上述工藝的優(yōu)點(diǎn)是鍍膜開始時(shí)，在偏壓作用下生成與基體表面結(jié)合力強(qiáng)的鋯膜基礎(chǔ)上逐漸由它過渡到ZrNx膜層結(jié)構(gòu)，膜層晶粒生長(zhǎng)細(xì)化，又在反濺射作用而除去雜質(zhì)使表面粒子移動(dòng)，反應(yīng)生成平滑的表面。這樣改善了膜慕峁?，栽懢煹下观草灥a婢ЯＯ富?、平整。链撯灾Gす討幸嗌晌淮硨涂昭拔⑿〉惱肟?，为谅柟膜层更癸喠、平滑哉~棺饔孟略俁埔徊愫鼙〉娘だ刺畈貢礱嬡畢藎傭狗瓷瀆?、特冰?biāo)N搗瓷瀆噬仙礱嫫秸麃K減少膜層的內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到膜層的韌性得到改善及進(jìn)一步提高耐磨性。上述工藝制備的反光裝飾膜可由工件表面性質(zhì)的要求調(diào)節(jié)工藝參數(shù)達(dá)到具有不同反射率、不同色澤、耐磨、耐腐蝕的膜層。在鹽酸、堿及食鹽的稀溶液中浸泡48小時(shí)無(wú)變化，顯微硬度隨膜厚在500～2000kg/mm2范圍內(nèi)變化。該膜層可廣泛應(yīng)用于聚光裝置的反光膜、各種燈具的反光罩、工藝美術(shù)品、首飾、餐具、酒具、五金件及輕工、機(jī)械產(chǎn)品和一切需要工件表面的保護(hù)裝飾膜。
本發(fā)明實(shí)施例1、不銹鋼基體用清洗劑清洗、丙酮脫脂、取離子水沖洗，最后酒精漂洗、烘干后裝爐。由機(jī)組抽空到10-5乇，加熱基體到約300℃，保溫15分鐘。通入氬氣使真空到1×10-2乇對(duì)基體加-1500V左右電壓轟擊15分鐘，然后偏壓降到-500V左右，濺射靶加-400V電壓濺射2分鐘約150A。再通入N2氣逐漸調(diào)節(jié)流量使分壓由0上升到2×10-3乇鍍膜達(dá)到膜厚約1μm，停止供N2氣再鍍1分鐘左右，取掉濺射靶電源、偏壓、關(guān)掉Ar氣等，工件隨爐冷卻后取出，其膜層為淺金黃色。
2、玻璃基體表面處理后，脫脂取油、水洗、烘干裝爐，抽空到10-5乇左右，玻璃加熱到250℃，保溫30分鐘，通Ar氣到8×10-3乇，施加-800V電壓轟擊清洗10分鐘，然后加偏壓-300V，通N2氣使它的分壓逐漸由0調(diào)到2×10-4乇，濺射電流密度為10mA/cm2沉積ZrNx膜，其膜厚達(dá)到0.5μm時(shí)停止通N2氣，再濺射約1分鐘鋯膜約100A，所以其膜厚總共仍在0.5μm左右。停止濺射后，冷卻取出其膜層具有銀白色的色澤。
權(quán)利要求
1.一種采用磁控反應(yīng)濺射真空爐中將基體加熱到150℃～500℃時(shí)，在基體表面沉積一層鋯或鋯基合金的金屬氮化物鍍膜工藝，其特征是1、通入氬氣使真空壓強(qiáng)在10-2～10-4乇下，施加-500V～-1500V電壓下轟擊清洗，2、在-50V～-700V偏壓下，靶電壓在-300V～-800V時(shí)濺射一層10A～1000A的純鋯膜，3、反應(yīng)濺射開始時(shí)通入氮?dú)馄浞謮褐礟在10-5≤P≤10-3乇之間變化沉積生成ZrNx，其x值在0～1之間變化，生成0.2～2μm的連續(xù)膜，4、最后關(guān)掉氮?dú)庠馘円粚雍鼙?10A～200A)的鋯膜，其總厚度為0.2～2.1μm的鋯或鋯基合金的金屬氮化物膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求一所敘述的鋯基合金，其特征為金屬鋯中含重量百分比在1到10之間變化的元素金或銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求一至二所敘述的鋯及鋯基合金沉積在基體上生成ZrNx膜，其基體為不銹鋼、碳鋼、黃銅及鋁和鋁合金材料，陶瓷，玻璃和耐溫250℃以上的高分子材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求一至三中敘述的基體上沉積ZrNx膜層，其值在0≤x≤0.15范圍內(nèi)的膜層為銀白色。
5.根據(jù)權(quán)利要求一至三中所敘述的基體上沉積ZrNx膜層，其值在0.15≤x≤0.5范圍內(nèi)的膜層為淡黃色。
6.根據(jù)權(quán)利要求一至三中所敘述的基體上沉積ZrNx膜層，其值在0.5≤x≤0.9范圍內(nèi)的膜層為淺金黃色。
7.根據(jù)權(quán)利要求一至三中所敘述的基體上沉積ZrNx膜層，其值在0.9≤x≤1范圍內(nèi)的膜層為金黃色。
全文摘要
一種采用磁控反應(yīng)濺射技術(shù)在金屬及其合金材料、陶瓷、玻璃及耐溫250℃以上的高分子化合物表面上沉積ZrN
文檔編號(hào)C23F1/20GK1037932SQ88103038
公開日1989年12月13日 申請(qǐng)日期1988年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月20日
發(fā)明者郭信章 申請(qǐng)人:北京市太陽(yáng)能研究所