一種金屬表面pvd裝飾性鍍膜方法
2023-06-02 15:48:41 3
專利名稱：一種金屬表面pvd裝飾性鍍膜方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面處理，尤其涉及一種金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法。
背景技術：
PVD (Physical Vapor Deposition)即物理氣相沉積,是指在真空條件下,利用氣體放電使金屬靶材蒸發並使蒸發物質與氣體都發生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上。PVD基本方法真空蒸發、濺射、離子鍍(空心陰極離子鍍、熱陰極離子鍍、電弧離子鍍、活性反應離子鍍、射頻離子鍍、直流放電離子鍍)。PVD裝飾鍍膜屬於一種光學膜，產生顏色的主要原因就是光的幹涉。PVD裝飾鍍膜 需要先選擇靶材種類、材質和氣體(如氮氣、氧氣、乙炔、氬氣等)，確定靶材和氣體種類後，調整氣體比例和用量，濺射功率，濺射時間，基材處理溫度，沉積溫度，沉積時間，最後鍍出目標色的膜層。PVD裝飾鍍膜能製備各種氮化物膜(TiN、ZrN, CrN, TiAlN)和碳化物膜及氧化物膜)，採用多弧離子鍍技術製備的膜的顏色種類繁多，如金黃色、玫瑰色、咖啡色、古銅色、灰色、黑色、灰黑色、棕色、綠色等，鍍膜結束後可以用分光測色儀對PVD裝飾鍍膜顏色進行測量，使顏色得以量化，以確定出顏色是否滿足要求。顏色量化的結果一般為色度值，色度值包括L*值(代表顏色的亮度)、a*值(代表紅綠度)、b*值(代表黃藍度)。PVD裝飾鍍膜表觀顏色主要取決於a*值和b*值。PVD裝飾鍍膜的顏色與靶材反應的氣體相關，如N2、C2H2, CH4, O2,當參與靶材反應的氣體為單一氣體，所鍍的膜為單色調膜；當參與靶材反應的氣體為至少兩種氣體，所鍍的膜為複合色調膜。其中，複合色調膜的工藝難度大，需要加入多種氣體參與反應，其成色工藝複雜不穩定，顏色差異大，且單色調膜工藝同樣存在產品陰陽色大，同爐產品間顏色差異大的問題，導致目前工藝生產的產品良品率非常低，需多次返工處理，造成生產效率低下，設備生產負荷增加，動力能源消耗增加，增加了生產成本，生產期加長，不能快速滿足客戶訂單需求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法。為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是
一種金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，包括裝飾性鍍膜為單色調膜，其方法步驟如下
1)採用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層；
2)在第一膜層上面採用PVD法沉積一層膜，控制參與靶材反應的氣體量等於合成目標色對應的氣體量的50 80%，其它氣體量等於合成目標色對應的氣體量，形成第二膜層；一般，除了參與靶材反應的氣體，其它氣體為惰性氣體，如氬氣；
3)在第二膜層上面採用PVD法沉積一層膜，使該膜層顏色為目標色，得單色調膜產品。優選的，第三膜層厚度彡0. 02 Um0優選的，所述PVD法為多弧離子鍍膜法。一種金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，包括裝飾性鍍膜為複合色調膜，採用分光測色儀將目標色量化，得到目標色a*值、b*值，當目標色a*值> 0，其方法步驟如下
1)採用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層；
2)在第一膜層上面採用PVD法沉積一層a*值為目標色a*值的50 70%，且b*值等於目標色b*值的膜，形成第二膜層； 3)第二膜層上面採用PVD法沉積一層a*值等於目標色a*值，且b*值為目標色b*值的70 90%的膜，形成第三膜層，得複合色調膜產品；
當目標色a*值< 0，其方法步驟如下
1)採用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層；
2)在第一膜層上面採用PVD法沉積一層b*值為目標色b*值的70 90%，且a*值等於目標色a*值的膜，形成第二膜層；
3)第二膜層上面採用PVD法沉積一層b*值等於目標色b*值，且a*值大於目標色a*值，同時a*值< 0的膜，形成第三膜層，得複合色調膜產品；
優選的，第三膜層厚度< 0. 02 Um0優選的，所述PVD法為採用多弧離子鍍膜法。本發明控制最後一層的膜層厚度不要超過0. 02 V- m,膜層厚度在0. 02 ii m以內具有半透明效果，所以可以透過最後一層的半透明膜層看到上一層顏色，兩層膜的疊加效果從而合成出最終的目標顏色。若最後一層膜厚度超過了 0.02 就為不透明膜層，不具有半透明效果，通過光的折射顯示的顏色非目標色。本發明的有益效果是
本發明在純金屬膜層上分別沉積兩種顏色膜層，控制最後一層膜厚度不超過0. 02 u m,故具有半透明效果，從而透過最後一層膜可以看到前一層膜層，使不同的顏色膜層沉積疊力口，得到目標顏色的效果。本發明方法使PVD裝飾性鍍膜工藝變得簡單易行，實際操作容易控制；並且可有效改善產品陰陽色，顏色不均勻的現象。本發明工藝穩定性高，產品PVD顏色均勻穩定，有效提高了 PVD良品率，同一批產品顏色差異較小，生產效率高，降低了設備產能負荷，達到節能降耗，縮短生產周期，快速達成客戶的需求。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明作進一步的說明，但並不局限如此。實施例I
在一種金屬表面鍍ZrCN薄膜，該膜的顏色為黃銅色，其色度要求a*值為-I. 73 -0. 95、b* 值為 27. 56 30. 63。採用本發明方法加工上述產品，包括以下步驟
I)採用多弧離子鍍膜機制膜，在金屬表面沉積一層純金屬膜層靶材為Zr，Ar流量400SCCM,沉積IOmin,形成第一膜層；2)然後在第一膜層上面沉積一層膜=N2用量680SCCM，沉積8min，形成第二膜層，該膜層的色度指標a*值=-I. 38，b*值=23. 15 ；
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜N2用量680SCCM，CH4用量25SCCM，沉積2min,形成第三膜層，該膜層厚度為0. Ol y m (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=-0. 90，b*值=28. 29，得到複合色調膜產品，產品顏色為黃銅色，採用分光測色儀對產品進行測量，得到a*值=-1. 20、b*值=28. 28,顏色達到目標色範圍,合格。實施例2
在一種金屬表面鍍ZrCN薄膜，該膜的顏色要求同實施例1，其加工方法也同實施例1，僅將實施例I第三膜層的沉積時間由2 min增加為4 min,得到的第三膜層厚度為0. 02 u m,色度指標a*值=-0. 87，b*值=30. 60，得到複合色調膜產品。產品顏色為黃銅色，採用分光測色儀對產品進行測量，得到a*值=-0. 98、b*值=30. 59，顏色達到目標色範圍，合格。實施例3
在一種金屬表面鍍ZrCN薄膜，該膜的顏色要求同實施例1，其加工方法包括以下步驟
1)同實施例I步驟I);
2)然後在第一膜層上面沉積一層膜N2用量550SCCM，沉積8min，形成第二膜層，該膜層的色度指標a*值=-1. 73，b*值=19. 29 ；
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜=N2用量550SCCM，CH4用量22 SCCM，沉積2min，形成第三膜層，該膜層厚度為0.01 (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=-0. 05，b*值=27. 56，得到複合色調膜產品，產品顏色為黃銅色，採用分光測色儀對產品進行測量，得到a*值=-1. 05、b*值=27. 56,顏色達到目標色範圍,合格。實施例4
在一種金屬表面鍍ZrCN薄膜，該膜的顏色要求同實施例1，其加工方法包括以下步驟
1)同實施例I步驟I);
2)然後在第一膜層上面沉積一層膜N2用量680SCCM，CH4用量8SCCM，沉積8min,形成第二膜層，該膜層的色度指標a*值=-I. 34，b*值=24. 80 ；
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜N2用量610SCCM，CH4用量22SCCM，沉積2min，形成第三膜層，該膜層厚度為0. 01 y m (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=-0. 76，b*值=27. 69，得到複合色調膜產品，產品顏色為黃銅色，採用分光測色儀對產品進行測量，得到a*值=-1. 13、b*值=27. 69,顏色達到目標色範圍,合格。實施例5
在一種金屬表面鍍TiCN薄膜，該膜的顏色為一種咖啡色，其色度要求a*值為I. 5
2.5、b* 值為 18. 0 20. O。採用本發明方法加工上述產品，包括以下步驟
1)採用多弧離子鍍膜機制膜，在金屬表面沉積一層純金屬膜層靶材為Ti，Ar流量400SCCM,沉積5min,形成第一膜層；
2)然後在第一膜層上面沉積一層膜Ar用量400SCCM、N2用量173SCCM沉積12min，形成第二膜層，該膜層的色度指標a*值=0. 75，b*值=19. 96 ；
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜Ar用量400SCCM、N2用量130SCCM，CH4用量18SCCM，沉積4min，形成第三膜層，該膜層厚度為0. 02 y m (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=2. 4，b*值=14. 32，得到複合色調膜產品，產品顏色為咖啡色，採用分光測色儀對產品進行測量，得到a*值=2. 48、b*值=19. 90，顏色達到目標色，達到顏色範圍上限，合格。實施例6
在一種金屬表面鍍TiCN薄膜，該膜的顏色要求同實施例5，其加工方法包括以下步驟 採用本發明方法加工上述產品，包括以下步驟
1)同實施例5步驟I);
2)然後在第一膜層上面沉積一層膜Ar用量400SCCM、N2用量175SCCM，CH4用量3SCCM，沉積12min，形成第二膜層，該膜層的色度指標a*值=0. 95，b*值=19. 97 ；
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜Ar用量400SCCM、N2用量110SCCM，CH4用量12SCCM，沉積4min，形成第三膜層，該膜層厚度為0. 02 y m (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=1. 8，b*值=12. 6，得到複合色調膜產品，產品顏色為咖啡色，採用分光測色儀對產品進行測量，得到a*值=1. 8、b*值=19. 92，顏色達到目標色，合格。實施例7
在一種金屬表面鍍TiCN薄膜，該膜的顏色要求同實施例5，其加工方法包括以下步驟
1)同實施例5步驟I);；
2)然後在第一膜層上面沉積一層膜Ar用量400SCCM、N2用量163SCCM，CH4用量4SCCM，沉積12min，形成第二膜層，該膜層的色度指標a*值=1. 05, b*值=18. 85 ；
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜Ar用量400SCCM、N2用量140SCCM，CH4用量9SCCM，沉積4min，形成第三膜層，該膜層厚度為0.02i!m (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=1. 6，b*值=16. 2，得到複合色調膜產品，產品顏色為咖啡色，採用分光測色儀對產品進行測量，得到a*值=1. 6、b*值=18. 83，顏色達到目標色，合格。實施例8
在一種金屬表面鍍ZrN薄膜，該膜的顏色為仿鎳色，其色度要求a*值為0. 42 0. 69、b*值為8. 32 10. 38，傳統鍍該顏色膜工藝中氣體加入量為Ar流量120SCCM、N2用量150SCCM，參與靶材反應的氣體為N2。採用本發明方法加工上述產品，包括以下步驟
1)採用多弧離子鍍膜機制膜，在金屬表面沉積一層純金屬膜層靶材為Zr，Ar流量400 SCCM,沉積5. 0 min,形成第一膜層；
2)然後在第一膜層上面沉積一層膜Ar流量120SCCM、N2用量75SCCM，沉積5. 0min,形成第二膜層,該膜層的色度指標a*值=0. 48, b*值=6. 34 ；
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜Ar流量120SCCM、N2用量150SCCM，沉積3. 0min,形成第三膜層，該膜層厚度為0. 014 y m (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=0. 41，b*值=10. 01，得到複合色調膜產品，產品顏色為仿鎳色，採用分光測色儀對產品進行測量，a*值=0. 44、b*值=10. 10,顏色達到目標色,未超過顏色範圍上限,合格。實施例9
在一種金屬表面鍍ZrN薄膜，該膜的要求同實施例8，採用本發明方法加工上述產品，包括以下步驟
I)同實施例8步驟I);2)然後在第一膜層上面沉積一層膜Ar流量120SCCM、N2用量120 SCCM，沉積5. 0min,形成第二膜層,該膜層的色度指標a*值=0. 45, b*值=8. 5 ;
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜Ar流量120SCCM、N2用量150 SCCM，沉積3. 0min,形成第三膜層，該膜層厚度為0. 014 y m (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=0. 41，b*值=10. 01，得到複合色調膜產品，產品顏色為仿鎳色，採用分光測色儀對產品進行測量，a*值=0. 43、b*值=10. 09,顏色達到目標色,未超過顏色範圍上限,合格。實施例10
在一種金屬表面鍍TiN薄膜，該膜的顏色為仿不鏽鋼色，其色度要求a*值為0. 79 0. 84、b*值為4. 25 5. 49，傳統鍍該顏色膜工藝中氣體加入量為Ar流量200SCCM、N2用量20 SCCM。
採用本發明方法加工上述產品，包括以下步驟
1)採用多弧離子鍍膜機制膜，在金屬表面沉積一層純金屬膜層靶材為Ti，Ar流量200SCCM，沉積3. Omin，形成第一膜層；
2)然後在第一膜層上面沉積一層膜Ar流量200SCCM，N2用量10SCCM，沉積2. 0min,形成第二膜層,該膜層的色度指標a*值=0. 80, b*值=3. 35 ；
3)然後在第二膜層上面沉積一層膜Ar流量200SCCM、N2用量20SCCM,沉積
2.Omin,形成第三膜層，該膜層厚度為0. 01 y m (具有半透明效果，能看到第二膜層)，色度指標a*值=0. 70，b*值=4. 55，得到複合色調膜產品，產品顏色為仿不鏽鋼色，採用分光測色儀對產品進行測量，得到a*值=0. 82、b*值=4. 58,顏色達到目標色,未超過顏色範圍,合格。對比例I
在一種金屬表面鍍ZrCN薄膜，該膜的顏色要求同實施例1，其加工方法也同實施例1，僅將實施例I第三膜層的沉積時間由2 min增加至6 min，得到的第三膜層厚度為0. 03值(該膜層不透明)，色度指標a*值=-0.81，b*值=32. 85，得到複合色調膜產品。採用分光測色儀對產品進行測量，a*值=-0. 80、b*值=32. 89,顏色超過目標色範圍，不合格。對比例2
在一種金屬表面鍍ZrN薄膜，該膜的顏色要求同實施例8，其加工方法也同實施例8，僅將實施例8第三膜層的沉積時間由3 min增加至6 min,得到的第三膜層厚度為0. 028 u m,色度指標a*值=0. 45，b*值=10. 15，得到單色週膜產品。採用分光測色儀對產品進行測量，有陰陽色(同一產品不同面的色度指標(a*值和b*值)相差在±0. 25外)，其a*值=0. 56、b*值=12. 3,顏色超過目標色範圍,不合格。由實施例I、實施例2、實施例8、對比例I及對比例2對比分析可知，本發明的加工方法，控制第二膜層的厚度不超過0. 02 y m尤為重要。採用本發明的方法鍍PVD裝飾性鍍膜，能有效改善產品陰陽色，顏色不均勻的現象，以至顯著提高產品的良品率，良品率提高了 32 %以上，以實施例I、實施例8為例。採用實施例I及傳統的一次性鍍ZrCN薄膜的方法，分別對100個銅合金工件進行表面鍍ZrCN薄膜，膜的顏色要求同實施例I，結果採用傳統一次性鍍ZrCN薄膜方法的工件，良品率為66%，採用本實施例方法的工件，良品率98%，本發明方法良品率提高了 32 %。採用實施例8及傳統的一次性鍍ZrN薄膜的方法，分別對100個鋅合金工件進行表面鍍ZrN薄膜，膜的顏色要求同實施例8，結果採用傳統一次性鍍ZrN薄膜方法的工件，良品率為34%，採用本實施例方法的工件，良品率100%，本發明方法良品率提高了 66%。以上實施例良品判斷方法為PVD裝飾性鍍膜後，檢測產品不同面的色度指標，色度指標(包括a*值和b*值)均在 目標色要求範圍內，且同一產品不同面的色度指標相差不超過±0. 25，即可判斷為良品，即無陰陽色，顏色均勻。
權利要求
1.一種金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，包括裝飾性鍍膜為單色調膜，其方法步驟如下 1)採用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層；2)在第一膜層上面採用PVD法沉積一層膜，控制參與靶材反應的氣體量等於合成目標色對應的氣體量的50 80%，其它氣體量等於合成目標色對應的氣體量，形成第二膜層； 3)在第二膜層上面採用PVD法沉積一層膜，使該膜層顏色為目標色，得單色調膜產品。
2.一種金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，包括裝飾性鍍膜為複合色調膜，採用分光測色儀將目標色量化，得到目標色a*值、b*值，當目標色a*值> 0，其方法步驟如下 1)採用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層； 2)在第一膜層上面採用PVD法沉積一層a*值為目標色a*值的50 70%，且b*值等於目標色b*值的膜，形成第二膜層； 3)第二膜層上面採用PVD法沉積一層a*值等於目標色a*值，且b*值為目標色b*值的70 90%的膜，形成第三膜層，得複合色調膜產品； 當目標色a*值< 0，其方法步驟如下 1)採用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層； 2)在第一膜層上面採用PVD法沉積一層b*值為目標色b*值的70 90%，且a*值等於目標色a*值的膜，形成第二膜層； 3)第二膜層上面採用PVD法沉積一層b*值等於目標色b*值，且a*值大於目標色a*值，同時a*值< O的膜，形成第三膜層，得複合色調膜產品。
3.根據權利要求I所述的金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，其特徵在於第三膜層厚度< O. 02 μ m。
4.根據權利要求I所述的金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，其特徵在於所述PVD法為多弧離子鍍膜法。
5.根據權利要求2所述的金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，其特徵在於第三膜層厚度< O. 02 μ m。
6.根據權利要求2所述的金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，其特徵在於所述PVD法為採用多弧離子鍍膜法。
全文摘要
本發明公開了一種金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，包括裝飾性鍍膜為單色調膜的製備方法和包括裝飾性鍍膜為複合色調膜的製備方法，本發明方法是在純金屬膜層上採用PVD法分別沉積兩種顏色膜層，控制最後一層膜厚度不超過0.02μm，故具有半透明效果，從而透過最後一層膜可以看到前一層膜層，使不同的顏色膜層沉積疊加，得到目標顏色的效果。本發明方法使PVD裝飾性鍍膜工藝變得簡單易行，實際操作容易控制；並且可有效改善產品陰陽色，顏色不均勻的現象，有效提高了PVD良品率，同一批產品顏色差異較小，生產效率高，降低了設備產能負荷，達到節能降耗，縮短生產周期，快速達成客戶的需求。
文檔編號C23C14/22GK102766845SQ20121023540
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者不公告發明人 申請人:珠海承鷗衛浴用品有限公司