專利名稱：摻金離子鍍氮化鈦技術(shù)及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空離子鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的、低成本、高質(zhì)量的摻金氮化鈦鍍膜方法。
作為裝飾、黃金色澤近來(lái)愈為人們所歡迎，但由于黃金的價(jià)格昂貴，對(duì)于大多數(shù)制品來(lái)說(shuō)，利用純金(或金合金)制作是不經(jīng)濟(jì)的。為了獲得低成本，且有黃金色澤的制品，通常的作法是在產(chǎn)品的外表面上鍍一層金，這種產(chǎn)品雖然具有真實(shí)的黃金色澤，但很不耐磨。一件新鍍金制品，使用兩叁個(gè)月鍍層就會(huì)大量磨損脫落，露出基底本色，非常難看。若增加鍍金層厚度，則會(huì)大大增加生產(chǎn)成本，不能適應(yīng)一般廣大消費(fèi)者的需要。因此，一般鍍金制品已不再受廣大顧客的喜愛(ài)。
由于鍍金制品存在上述致命弱點(diǎn)，因此人們搞了許多與黃金色澤相近的仿金鍍膜制品例如①亞金制品(一種與金顏色近似的銅合金)一般用于低檔仿金首飾，玩具，器皿等。②真空濺射鍍銅在低檔陶瓷，石膏，塑料等制品上使用。這兩種方法生產(chǎn)的制品表面顏色與金色相差很大，也不耐磨，因而從七十年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員大都采用真空離子濺射，中空陰極，磁控電弧等方法制備仿金氮化鈦(TiN)薄膜。
TiN膜層非常光亮耐磨，被譽(yù)為永不磨損型仿金鍍層。但美中不足的是TiN光譜曲線上在5000埃附近光譜反射率與黃金(Au)相比較有明顯區(qū)別，因此TiN的色澤與Au相比較有點(diǎn)發(fā)青，有“冷色”的感覺(jué)。
為了禰補(bǔ)TiN膜層的這個(gè)缺陷，人們?cè)O(shè)想在TiN制品表面上用化學(xué)方法電鍍一層Au，但經(jīng)多方實(shí)驗(yàn)均未成功。因而，一些專家們就研究利用真空離子鍍技術(shù)實(shí)現(xiàn)摻金氮化鈦，這樣膜層不僅具有與黃金一樣的色澤，而且還具有一定的耐磨性能。
目前，國(guó)內(nèi)及國(guó)外引進(jìn)的離子鍍?cè)O(shè)備中均使用大平面離子濺射技術(shù)實(shí)現(xiàn)摻金離子鍍膜。其中金濺射靶為600×150×1mm，按此計(jì)算一塊金靶重為1739克，共需四塊，共計(jì)近7公斤。其利用率約50%。這樣使產(chǎn)品的價(jià)格將比較高。而且膜層與基材結(jié)合力較差。耐磨性不夠好，在國(guó)內(nèi)不宜推廣使用。另一種方法是利用真空蒸發(fā)技術(shù)，其方法是在高真空中，利用旁熱法使被鍍工件升溫至350℃左右，在工件近下方置一坩堝，黃金在坩堝中被加熱蒸發(fā)，在工件表面沉積一層黃金膜。膜層與TiN膜結(jié)合不牢，不耐磨易脫落。
本發(fā)明的目的就是提供一種新的摻金氮化鈦離子鍍方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。其方法是利用磁控電弧蒸發(fā)器法離子鍍與變真空蒸發(fā)鍍相結(jié)合的方法，獲得具有真實(shí)黃金色澤及優(yōu)良耐磨性產(chǎn)品本方法的具體方案是首先對(duì)工件表面作嚴(yán)格的清洗，以保證TiN膜層與基低的結(jié)合牢固度。然后將工件放入鍍膜室內(nèi)進(jìn)行鍍膜。過(guò)程如下先在工件表面鍍制一層TiN膜，然后在TiN膜上鍍制一層金膜，本發(fā)明的關(guān)鍵之一是使這兩層膜間有一個(gè)混合層，增加了黃金膜與TiN膜之間的結(jié)合力。最后又在金膜外再鍍一層很薄的TiN膜，用以增加金膜層的耐磨能力。所以使用本發(fā)明所鍍摻金氮化鈦膜，不僅色澤與黃金一樣，而且膜層與基材結(jié)合力強(qiáng)，耐磨性好。即使在很長(zhǎng)時(shí)間使用后，也不會(huì)變色及脫落。
本發(fā)明所用設(shè)備為我們研制的改進(jìn)型AE-700型離子鍍膜機(jī)。其主要結(jié)構(gòu)如

圖1所示，主要由①磁控電弧蒸發(fā)源，②主弧電源，③黃金蒸發(fā)坩堝，④蒸發(fā)電源，⑤工件轉(zhuǎn)動(dòng)支架，⑥偏壓電源，⑦進(jìn)氣系統(tǒng)，⑧真空系統(tǒng)等部分組成。
具體鍍膜過(guò)程及工藝如下1、鍍膜前所鍍工件必須使用丙酮、四氯乙烯、金屬清洗劑、氟里昂、硫酸、鹽酸等化學(xué)試劑進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，以去除工件表面的油污及氧化膜等。這是提高膜層質(zhì)量的關(guān)鍵。否則膜層將鍍不上，即使鍍上了也很易脫落。清洗后再將工件裝入鍍膜室。
2、鍍膜室予抽真空至10-3Pa。提高前置真空可以減少空氣中雜質(zhì)氣體對(duì)膜層的影響。
3、充入Ar氣，N2氣，Ar∶N2＝1∶4。真空度為1～6×10-1Pa點(diǎn)弧后，弧流為70A至110A。此時(shí)，磁控電弧源產(chǎn)生的鈦蒸氣與Ar，N2一同電離，使鍍膜室內(nèi)充滿了等離子體。被鍍工件加負(fù)偏40～300V。這樣在工件上沉積TiN薄膜。鍍膜時(shí)間一般為10至15分鐘。TiN膜層厚度為1μm左右。
隨后給坩堝通電加熱(加熱電流80～120A)。使坩堝中的黃金逐漸蒸發(fā)，并參加電離，同時(shí)改變鍍膜室內(nèi)的真空度從10-1至10-2Pa這樣可在TiN膜層外鍍制一層黃金膜。膜厚為幾百埃( )一克黃金可鍍表殼200多只。
5、最后再次通入N2，點(diǎn)弧(工藝與3同)在金膜外再鍍一層很薄的TiN膜。厚度僅幾十埃。這樣在工件表面上形成了TiN-Au-TiN三層混合膜。色澤與黃金相同大大優(yōu)于TiN，而耐磨性要優(yōu)于Au。
權(quán)利要求
1.一種摻金離子鍍氮化鈦的方法，包括被鍍工件首先嚴(yán)格清洗，放入鍍膜室予抽真空達(dá)10-3以上，利用磁控電弧法在工件表面鍍TiN膜，再使坩堝中的黃金蒸發(fā)并參加電離，使TiN膜上鍍一層結(jié)合牢固的金膜，特征在于鍍膜時(shí)采用變真空度的方法和在金膜上鍍一層薄TiN膜。
2.根據(jù)權(quán)力要求1的方法，蒸Au時(shí)必須使Au參加電離，從離子鍍金轉(zhuǎn)變到真空蒸金。
3.根據(jù)權(quán)力要求1的方法，鍍膜時(shí)真空度可改變，其范圍為10-1-10-2Pa
4.根據(jù)權(quán)力要求1的方法，其特征在于最后在Au膜上鍍很薄一層TiN，厚度約幾十埃
5.根具權(quán)力要求1的方法，其特征在于鍍第一層TiN時(shí)，充Ar和N2;Ar∶N2為1∶4，真空度為1-6×10-1Pa，點(diǎn)弧電流為70～110A，偏壓為50～300V，時(shí)間為10至15分鐘。
6.根據(jù)權(quán)力要求1的方法，其特征在于鍍金時(shí)坩堝電流為80～110A。
7.實(shí)施權(quán)力要求1方法的設(shè)備，包括磁控電弧蒸發(fā)器，黃金蒸發(fā)坩堝，自工轉(zhuǎn)工件支架，電源等。
全文摘要
摻金離子鍍氮化鈦技術(shù)及設(shè)備屬于真空離子鍍技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于提供一種新的，低成本，高質(zhì)量的摻金氮化鈦鍍膜方法。鍍黃金制品成本高，不耐磨。一般仿金制品效果差，且不耐磨，氮化鈦仿金耐磨但發(fā)青色與黃金色有區(qū)別。本發(fā)明利用離子鍍技術(shù)實(shí)現(xiàn)氮化鈦摻金，膜層有黃金一樣的光澤，還具有一定耐磨性能。
文檔編號(hào)C23C14/14GK1053645SQ9010034
公開(kāi)日1991年8月7日 申請(qǐng)日期1990年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月24日
發(fā)明者田大準(zhǔn), 周以仁, 汪小平, 田美風(fēng), 劉振忠 申請(qǐng)人:機(jī)械電子工業(yè)部北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所