具有塗層的製品的製作方法
2023-12-03 11:03:06 3
專利名稱：具有塗層的製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及塗覆了多層裝飾性和保護性塗層的基體，特別是黃銅基體。
目前對各種黃銅製品如燈具、三腳架、燭臺、門把手、手柄、門牌等等的通常處理方法是，先將製品表面拋光和細磨到高光澤度，然後再向此已拋光表面塗布一保護性有機塗層，如由丙烯酸、尿烷、環氧樹脂等等構成的塗層。雖然這種體系通常令人滿意，但是它具有這種缺陷，即拋光和細磨操作、尤其是當製品具有複雜形狀的情況下，需花費相當大的勞動。並且，這些公知的有機塗層並不總是如人們希望的那樣耐久，特別是在戶外應用情況下，這些製品是暴露在自然環境和紫外線輻射之中。因此，如果能夠向黃銅製品，固然還包括其它金屬製品提供一種既能賦予高度拋光的黃銅外觀，又能提供耐磨性和耐蝕性的塗層，那是相當有利的。本發明提供這樣一種塗層。
本發明涉及一種在其表面上設置或沉積了多層塗層的金屬基體。更具體地，本發明涉及一種金屬基體，尤其是黃銅基體，在其表面上沉積有由某些特定類型的金屬或金屬化合物構成的多層疊加的金屬層。此塗層具有裝飾性，且又能提供耐蝕性和耐磨性。此塗層提供高度拋光的黃銅外觀，也就是說，具有黃銅色調。因此，其上帶有此種塗層的製品表面類似於高拋光了的黃銅表面。
直接沉積在基體表面上的第一層由鎳構成。第一層可以是單一的，或者可以由兩種不同的鎳層組成，如由直接沉積在基體表面上的半光亮鎳層和疊加在半光亮鎳層上的光亮鎳層構成。在鎳層上設置的是一種鎳-鎢-硼合金層。在鎳-鎢-硼合金層上是由非貴重耐火金屬如鋯、鈦、鉿或鉭、優選是鋯和鈦所構成的層。在耐火金屬層上是一種由許多非貴重耐火金屬、優選為鋯或鈦，和非貴重耐火金屬化合物、優選是鋯化合物或鈦化合物如氮化鋯或氮化鈦的交替層所構成的夾心層。由非貴重耐火金屬化合物如鋯化合物、鈦化合物、鉿化合物或鉭化合物、優選鈦化合物或鋯化合物如氮化鋯所構成的層設置在該夾心層上。
鎳層和鎳-鎢-硼合金層是通過電鍍的方法徐覆的。耐火金屬如鋯、耐火金屬化合物如鋯化合物，以及由非貴重耐火金屬、氧和氮的反應產物所構成的層是通過氣相沉積法如離子濺射沉積法塗覆的。
圖1是在其表面上沉積有多層塗層的部分基體橫截面示意圖。
基體12可以是任何可鍍覆的金屬或金屬合金基體如銅、鋼、黃銅、鎢、鎳合金和類似金屬。在優選實施方案中，基體是黃銅。
鎳層13採用常規的和熟知的電鍍方法沉積在基體12的表面上。這些方法包括使用常規電鍍液如瓦特鍍液(Watts bath)作為電鍍液。這類鍍液通常含有溶於水中的硫酸鎳、氯化鎳和硼酸。所有氯化物、氨基磺酸鹽和氟硼酸鹽鍍液都可使用。這些鍍液還任選地包括一些公知並常用的化合物如整平劑、光亮劑等。為得到特別光亮的鎳層，要將至少一種選自Ⅰ類的和至少一種選自Ⅱ類的光亮劑加入到鍍液中。Ⅰ類光亮劑是含硫的有機化合物。Ⅱ類光亮劑是不合硫的有機化合物。Ⅱ類光亮劑還可起整平作用，且當將其加入到不含硫的Ⅰ類光亮劑的鍍液中時，會得到半光亮鎳沉積層。這些Ⅰ類光亮劑包括烷基萘和苯磺酸、苯和萘的二磺酸和三磺酸、苯和萘的磺醯胺、以及磺醯胺類如糖精、乙烯基磺醯胺和烯丙基磺醯胺和磺酸。Ⅱ類光亮劑通常是不飽和的有機物質如炔屬醇或烯屬醇、乙氧基化的炔屬醇和丙氧基化的炔屬醇、香豆素和醛類。這些Ⅰ類和Ⅱ類光亮劑是本領域的技術人員所熟知的，且很容易商購到。它們特別記載於美國專利US4,421,611中，該專利在此結合作為參考。
此鎳層可以是由諸如半光亮鎳或光亮鎳構成的單層，還可以是由一層半光亮鎳和一層光亮鎳層所構成的複合層。此鎳層厚度通常在約百萬分之100(0.000100)英寸範圍內，優選約百萬分之150(0.000150)英寸至約百萬分之3,500(0.0035)英寸範圍內。
正如本領域技術人員所熟知的那樣，在該鎳層沉積於基體上之前，基體須放置在常規和公知酸液中進行所稱的活化。
在一種實施方案中，鎳層優選是由光亮鎳構成的單層。
在如圖所示的另一種實施方案中，鎳層13實際上由兩種不同的鎳層14和16組成。層14由半光亮鎳組成，而層16由光亮鎳組成。這種複合鎳沉積層為下面的基體提供了良好的腐蝕防護。半光亮、無硫層14是採用常規電鍍方法直接沉積在基體12的表面上。然後將含有半光亮鎳層14的基體12放置在光亮鎳鍍液中，則光亮鎳層16沉積在半光亮鎳層14上。
半光亮鎳層和光亮鎳層的厚度是能夠有效的提供良好的腐蝕保護作用的厚度。通常，半光亮鎳層的厚度至少是約百萬分之50(0.00005)英寸，優選是至少約百萬分之100(0.0001)英寸，更優選至少約百萬分之150(0.00015)英寸。厚度的上限通常並無嚴格限制，且一般由次要因素如成本所控制。然而，厚度一般不應當超過約百萬分之1,500(0.0015)英寸，優選約百萬分之1,000(0.001)英寸，更優選約百萬分之750(0.00075)英寸。光亮鎳層16的厚度通常為至少約百萬分之50(0.00005)英寸，優選為至少約百萬分之125(0.000125)英寸，更優選至少約百萬分之250(0.00025)英寸。對光亮鎳層厚度的上限範圍並無嚴格要求，通常由諸如成本類的條件所控制。然而，厚度一般不應該超過約百萬分之2,500(0.0025)英寸，優選約百萬分之2000(0.002)英寸，更優選約百萬分之1500(0.0015)英寸。光亮鎳層16也起到整平層的作用，它趨於覆蓋或填充基體中的缺陷。
設置在光亮鎳層16上的是一層鎳-鎢-硼合金層20。更具體地，層20由鎳、鎢和硼的非晶態複合合金構成。層20採用常規的電鍍方法沉積在層16上。鍍液通常在溫度為約115～125°F,pH值約為8.2～8.6範圍內操作。公知的可溶性的優選是水溶性的鎳、鎢和硼鹽用於此鍍液中，以提供鎳、鎢和硼的濃度。
鎳-鎢-硼合金層一般由約50～70％重量的鎳、約30～50％重量的鎢和約0.05～2.5％重量的硼構成，優選地由約55～65％重量的鎳、約35～45％重量的鎢和約0.5～2.0％重量的硼構成，更優選地由約57.5～62.5％重量的鎳、約37.5～42.5％重量的鎢和約0.75～1.25％重量的硼構成。鍍液含有足夠量的可溶性鎳、鎢和硼鹽，以得到前述組成的鎳-鎢-硼合金。
能夠有效地提供鎳-鎢-硼合金的鎳-鎢-硼鍍液組合物可以商購，如由在加裡弗尼亞Laguna Niguel的非晶體技術國際組織(AmorphousTechnologies International)生產的商標為AmplateTM的體系。典型的鎳-鎢-硼合金含有約59.5％重量的鎳、約39.5％重量的鎢和約1％重量的硼。鎳-鎢-硼合金是一種無定形/納米級晶體複合合金。這種合金層是採用由非晶體技術國際組織上市的AMPLATE電鍍方法沉積的。
鎳-鎢-硼合金層20的厚度通常至少為約百萬分之20(0.00002)英寸，優選至少為約百萬分之50(0.00005)英寸，更優選至少為約百萬分100(0.0001)英寸。厚度的上限範圍並無嚴格要求，並通常取決於經濟方面的考慮。厚度通常不應當超過約百萬分之2500(0.0025)英寸，優選為約百萬分之2000(0.002)英寸，更優選為約百萬分之1000(0.001)英寸。
設置在鎳-鎢-硼合金層20上的是由鉻構成的層21。該鉻層21可採用公知的和常規的電鍍技術沉積在層20上。這些技術連同各種鍍鉻的鍍液都公開在Brassard發表在《金屬精飾》(Matal Finishing)期刊1988年6月的第105-108頁上的「裝飾性電鍍-一種處於過渡中的方法」；Zaki的「鍍鉻」，PF Director，第146-160頁；以及記載於美國專利US4460438、4234396和4093522中，所有這些在此結合入本文供參考。
鍍鉻液是公知和有商售的。典型的鍍鉻溶液含有鉻酸或其鹽類，以及催化離子如硫酸根或氟離子。該催化離子可由硫酸或其鹽以及氟矽酸提供。鍍液可以在溫度為約112°～116°F操作。一般在鍍鉻液中採用在約5-9伏電壓下，電流密度為每平方英尺約150安培。
鉻層21的厚度通常至少為約百萬分之2(0.000002)英寸，優選至少為約百萬分之5(0.000005)英寸，更優選至少為約百萬分之8(0.000008)英寸。厚度的上限範圍並無嚴格要求，並通常取決於經濟方面的考慮。然而，厚度通常不應當超過約百萬分之60(0.00006)英寸，優選為約百萬分之50(0.00005)英寸，更優選為約百萬分之40(0.00004)英寸。
設置在鉻層21上的是由非貴重耐火金屬如鉿、鉭、鋯或鈦、優選為鋯或鈦、更優選為鋯所組成的層22。
層22是採用常規和公知技術如真空塗覆法、物理氣相沉積如離子濺射等技術沉積在層21上的。離子濺射技術和設備公開在T.Van Vorous的「平面型磁控管濺射；新工業塗覆技術」，固態工藝(Solid State Technology),1976年12月，62-66頁；U.Kapacz和S.Schulz的「裝飾性塗層的工業應用-離子濺射鍍覆方法的原則和優點」，Soc.Vac.Coat.,Proc.34thArn.Techn.Conf.,Philadelphia,U.S.A,1991,48-61；以及美國專利US4,162,954和US4,591,418中，這些文獻在此結合入本文作為參考。
簡要地說，在離子濺射沉積方法中，將耐火金屬如鈦或鋯靶作為陰極並且將基體放置在真空室中。室內的空氣被抽空，以在室內產生真空條件。將一種惰性氣體如氬氣引入真空室中。氣體顆粒被離子化後，朝靶方向加速，以撞擊鈦原子或鋯原子。接著，受撞擊的靶材而後通常以塗膜形式沉積在基體上。
層22的厚度通常至少為約百萬分之0.25(0.00000025)英寸，優選至少為約百萬分之0.5(0.0000005)英寸，更優選至少為約百萬分之1(0.000001)英寸。厚度上限範圍並不嚴格要求，且通常取決於如成本因素。然而，層22的厚度通常應該不厚於約百萬分之50(0.00005)英寸，優選為約百萬分之15(0.000015)英寸，更優選為約百萬分之10(0.000010)英寸。
在本發明的優選實施方案中，層22由鈦或鋯、優選鋯組成，且通過離子濺射鍍覆法沉積。
設置在層22上的是由非貴重耐火金屬化合物和非貴重金屬組成的交替層28和30構成的夾心層26。層26的厚度通常在約百萬分之50(0.00005)～約百萬分之1(0.000001)英寸範圍內，優選為約百萬分之40(0.00004)～約百萬分之2(0.000002)英寸範圍內，更優選為約百萬分之30(0.000030)～約百萬分之3(0.000003)英寸範圍。
含非貴重耐火金屬化合物的層28包括鉿化合物、鉭化合物、鈦化合物或鋯化合物，優選為鈦化合物或鋯化合物，更優選為鋯化合物。這些化合物選自氮化物、碳化物和碳氮化物，其中氮化物是優選的。進而，鈦化合物選自氮化鈦、碳化鈦和碳氮化鈦，其中氮化鈦是優選的。鋯化合物選自氮化鋯、碳化鋯和碳氮化鋯，其中氮化鋯是優選的。
該氮化物可採用任何常規和公知的反應性真空沉積法、包括反應性離子濺射法進行沉積。反應性離子濺射法大體上類似於離子濺射法，所不同的是能與受撞擊的靶材進行反應的氣態物質被引入室內。因此，在形成由氮化鋯構成的層28的情況下，靶由鋯構成，而氮氣是引入到室內的氣態物質。
每個層28的厚度通常至少為約億分之2(0.00000002)英寸，優選至少約百萬分之0.1(0.0000001)英寸，更優選至少為約百萬分之0.5(0.0000005)英寸。層28的厚度一般不應超過約百萬分之25(0.000025)英寸，優選為約百萬分之10(0.000010)英寸，更優選為約百萬分之5(0.000005)英寸。
在夾心層26中與非貴重耐火金屬化合物層28交替的層30由諸如所述層22的非貴重耐火金屬材料構成。構成層30的金屬優選是鈦和鋯，其中鋯是更優選的。
層30可採用任何常規和公知的氣相沉積方法如離子濺射沉積法進行沉積。
層30的厚度至少為約百萬分之0.02(0.00000002)英寸，優選至少為約百萬分之0.1(0.0000001)英寸，更優選至少為約百萬分之0.5(0.0000005)英寸。層30的厚度通常不應該超過約百萬分之25(0.000025)英寸，優選為約百萬分之10(0.00001)英寸，更優選為約百萬分之5(0.000005)英寸。
由多層交替層28和30構成的夾心層26特別起到減少膜應力、提高整個膜硬度、改善耐化學品性和晶格重排以減少在整個膜延伸的範圍內的孔隙和晶界的作用。
在夾心層26中的金屬層30和金屬氮化物層28的數量通常是達到能夠有效地減少應力和提高耐化學品性的數目。這一數目一般是約50～約2個層交替層28、30，優選為約40～約4個層28、30，更優選為約30～約6個層28、30。
形成夾心層26的優選方法是採用離子濺射鍍覆方法、沉積由非貴重耐火金屬如鋯或鈦構成的層30，接著用反應性離子濺射鍍覆法沉積由非貴重耐火金屬氮化物如氮化鋯或氮化鈦構成的層28。
在離子濺射鍍覆期間，氮氣流速優選地在零(氮氣未引入)到以指定值引入氮氣的範圍之間變化(脈衝式)以形成夾心層26中的金屬層30和金屬氮化物層28的多個交替層。
層30與層28的厚度之比至少為約20/80，優選為30/70，更優選為40/60。通常，該值不應該高於約80/20，優選不高於70/30，更優選不高於60/40。
設置在夾心層26上面的是由非貴重耐火金屬化合物、優選為非貴重耐火金屬氮化物、碳氮化物或碳化物，以及更優選為氮化物所構成的層32。
層32是由鉿化合物、鉭化合物、鈦化合物或鋯化合物，優選鈦化合物或鋯化合物，更優選鋯化合物組成。鈦化合物選自氮化鈦、碳化鈦和碳氮化鈦，其中氮化鈦是優選的。鋯化合物選自氮化鋯、碳氮化鋯和碳化鋯，其中氮化鋯是優選的。
層32提供耐磨損性和所需色彩或外觀，比如拋光黃銅外觀。層32可通過任何公知的和常規鍍覆或沉積方法如真空塗覆法、反應性離子濺射鍍覆法等等沉積在層26上。優選方法是反應性離子濺射鍍覆法。
反應性離子濺射鍍覆法通常類似於濺射沉積法，所不同的是可與受撞擊的靶材進行反應的反應氣體被引入室中。因此，在形成由氮化鈦構成的層32的情況下，靶由鋯構成，氮氣是引入室內的反應氣體。通過控制能夠與鋯反應的氮氣量，能夠使製得的氮化鋯的顏色類似於各種色調黃銅的顏色。
層32的厚度應至少能有效地保證耐磨性和/或黃銅色澤。通常該厚度至少為百萬分之2(0.000002)英寸，優選至少百萬分之4(0.000004)英寸，更優選至少百萬分之6(0.000006)英寸。厚度上限通常並無嚴格要求，且取決於如成本因素。厚度一般不應該超過約百萬分之30(0.00003)英寸，優選約百萬分之25(0.000025)英寸，更優選約百萬分之20(0.000020)英寸。
氮化鋯是優選的塗層材料，因為它能提供最接近於拋光黃銅的外觀。
在本發明的一種實施方案中，由非貴重耐火金屬、含氧氣體如氧氣和氮氣的反應產物所組成的層34沉積到層32上。可用於本發明實踐中的金屬是那些在適宜條件(例如使用由氧氣和氮氣組成的反應氣體)下能夠形成金屬氧化物和金屬氮化物的金屬。這些金屬可以是如鉭、鉿、鋯和鈦，優選鈦和鋯，更優選鋯。
金屬、氧和氮的反應產物通常由金屬氧化物、金屬氮化物和金屬氧氮化物構成。因此，如鋯、氧氣和氮氣的反應產物通常包括氧化鋯、氮化鋯和氧氮化鋯。
層34可採用公知和常規沉積技術沉積，包括反應性濺射純金屬靶或氧化物、氮化物和/或金屬的複合物靶、反應氣相沉積、離子和離子加速濺射、離子鍍覆、分子束晶體取向生長、化學氣相沉積和從液態有機前體中沉積。然而，優選地，本發明的金屬反應產物是通過反應性離子濺射法沉積的。
這些金屬氧化物和金屬氮化物包括氧化鋯和氮化鋯合金、及其製備與沉積方法都是常規和公知的，這些內容公開在美國專利US5,367,285中，在此結合入本文作為參考。
在本發明的另一個實施方案中，代替耐火金屬、氧氣和氮氣的反應產物層的是由非貴重耐火金屬氧化物組成的層34。構成層34的耐火金屬氧化物包括、但不限於氧化鉿、氧化鉭、氧化鋯和氧化鈦，優選氧化鈦和氧化鋯、更優選氧化鋯。這些氧化物及其製備方法是常規和公知的。
含有金屬、氧氣和氮氣的反應產物或金屬氧化物的層34的厚度一般至少為約百萬分之0.1(0.0000001)英寸，優選至少約百萬分之0.15(0.00000015)英寸，更優選至少約百萬分之0.2(0.0000002)英寸。通常，金屬氧氮化物層的厚度不超過約百萬分之1(0.000001)英寸，優選約百萬分之0.5(0.0000005)英寸，更優選約百萬分之0.4(0.0000004)英寸。
為了更詳細地理解本發明，提供下面實施例。該實施例是舉例性的，但並不對本發明構成限制。
實施例1將黃銅銘牌放置在含有標準的和公知的肥皂、洗滌劑、反絮凝劑等的常規浸泡清洗劑液中，並將該溶液在pH值為8.9～9.2、溫度為180～200°F下保持30分鐘。接著，再將黃銅銘牌在常規的超聲波鹼性清洗液中放置6分鐘。該超聲波清洗液的pH值為8.9～9.2，溫度維持在約160～180°F範圍，且含有常規和公知的肥皂、洗滌劑、反絮凝劑等等。經超聲波清洗後，再將銘牌漂洗並在常規鹼性電清洗液中放置約2分鐘。此電清洗液含有不溶性浸入式鋼陽極，溫度保持在約140～180°F,pH值約10.5～11.5，且含標準和常規的洗滌劑。之後，再將此銘牌漂洗二次並在常規酸性活化液中放置約1分鐘。此酸性活化液的pH值為約2.0～3.0，處於室溫，並且含有基於氟化鈉的酸式鹽。接著再將銘牌漂洗二次，並在半光亮鎳鍍液中放置約10分鐘。此半光亮鎳鍍液是常規和公知鍍液，其pH值約為4.2～4.6，溫度維持在約130～150°F，其中含有NiSO4、NiCl2、硼酸和光亮劑。則平均厚度約為百萬分之250(0.00025)英寸的半光亮鎳層沉積在銘牌表面上。
接著，再將具有半光亮鎳層的銘牌漂洗二次，且在光亮鎳鍍液中放置約24分鐘。此光亮鎳鍍液一般是常規鍍液，將溫度維持在約130～150°F,PH值約4.0～4.8，且含有NiSO4、NiCl2、硼酸和光亮劑。這樣平均厚度約百萬分之750(0.00075)英寸的光亮鎳層沉積在半光亮鎳層上。將鍍覆有半光亮和光亮鎳的銘牌漂洗三次，並於鎳-鎢-硼鍍液(加裡弗尼亞的非晶體技術國際組織生產的商標為AMPLATE的鍍液)中放置約40分鐘。此鍍液採用-不溶性鍍鉑鈦陽極，且溫度維持在約115～125°F,pH值約8.2～8.6。這樣平均厚度約為百萬分之400(0.0004)英寸的鎳-鎢-硼層沉積在光亮鎳層上。之後將鍍有鎳-鎢-硼的銘牌漂洗二次。
將塗覆有鎳-鎢-硼的銘牌放置在常規的商售的六價鉻鍍液中，使用傳統的鍍鉻裝置鍍覆約7分鐘。六價鉻鍍液是含有約32盎司/加侖鉻酸的常規和公知鍍液。此鍍液還含有常規和公知的鍍鉻添加劑。將鍍液的溫度保持在約112～116°F，並使用硫酸鹽/氟化物混合催化劑。鉻酸與硫酸鹽的比為約200∶1。這樣厚度約百萬分之10(0.00001)英寸的鉻層就沉積在鎳-鎢-硼層表面上。然後將銘牌在去離子水中徹底漂洗、乾燥。將鍍鉻的銘牌放在離子濺射鍍覆容器中。此容器是由德國的Leybold A.G生產的不鏽鋼真空容器。此容器通常是圓柱狀腔，內設有適於由泵抽真空的真空室。氬氣源通過可以改變氬氣流入室中速度的調節閥通到真空室中。另外，兩股氮氣源通過用以改變氮氣流入室中速度的調節閥連通到真空室。
兩對磁控管型靶組件以一定間隔安裝在室內，並連接到可調直流電源的負輸出端上。靶構成陰極，而室壁是為靶陰極所共有的陽極。靶材含鋯。
安裝一個承載基體如銘牌的基體託架，例如，它可懸掛在室的頂部，並由可調速電機轉動，以在每對磁控管靶組件之間傳送基體。此託架是導電的，並電連接到可調直流電源的負輸出端。
將鍍鉻銘牌安裝在離子濺射鍍覆容器內的基體託架上。將真空室抽空到壓力為約5×10-3毫巴，且通過輻射電阻加熱器加熱到約400℃。靶材經濺射清潔除去表面汙物。濺射清潔在下述條件下進行約0.5分鐘向陰極供應足以達到約18安培電流的電能，並以每分鐘約200標準立方釐米的速度供入氬氣。在濺射清潔過程中，壓力維持在約3×10-3毫巴。
然後，採用低壓浸蝕方法清洗銘牌。此低壓浸蝕過程進行約5分鐘，包括向銘牌施加負的直流電位，該電位在1分鐘時間內從約1200伏提高到約1400伏，且向陰極供應直流電能以達到約3.6安培的電流。氬氣以在1分鐘時間內從每分鐘約800標準立方釐米提高到約1000標準立方釐米的速度供入到室內，且壓力維持在約1.1×10-2毫巴。銘牌以1轉/分鐘的速度在磁控管靶組件之間轉動。然後對銘牌進行高壓浸蝕清洗約15分鐘。在高壓浸蝕過程中，氬氣以在10分鐘內從每分鐘約500標準立方釐米提高到每分鐘約650標準立方釐米的速度引入，即開始階段流速為500sccm,10分鐘後流速為650sccm，且在以後的高壓浸蝕過程中保持650sccm，壓力維持在約2×10-1毫巴，以及將負電位施加給此銘牌，該負電位在10分鐘內從約1400伏提高到2000伏。銘牌以約1轉/分鐘的速度在磁控靶組件之間轉動。容器內的壓力維持在約2×10-1毫巴。
然後，對此銘牌進行約5分鐘的另一次低壓浸蝕清洗過程。在此低壓浸蝕清洗過程中，將約1400伏的負電位施加給此銘牌，將直流電能供給陰極，使電流達到約2.6安培，而氬氣以在5分鐘時間內由約800sccm(標準立方釐米/每分鐘)提高到約1000sccm的速率引入到真空室中。壓力維持在約1.1×10-2毫巴，而銘牌以約1rpm的速度轉動。
通過將電能供給陰極，使電流足夠達到約18安培，氬氣以約150sccm的速率引入，並將壓力維持在約3×10-3毫巴的條件下，對靶材再次濺射清潔約1分鐘。
在清潔期間，屏蔽物安插在銘牌和磁控管靶組件之間，以防止靶材沉積到銘牌上。
移走屏蔽物，在五分鐘時間內，平均厚度約百萬分之3(0.000003)英寸的鋯層就沉積在銘牌的鎳/鎢/硼層上。這種濺射沉積方法包括將直流電源施加給陰極，以達到約18安培的電流，以約450sccm的速度將氬氣引入容器，維持容器內壓力約6×10-3毫巴，以及以0.7轉/分的速度轉動銘牌。
在沉積鋯層後，再將交替的氮化鋯層和鋯層的夾心層沉積到鋯層上。氬氣以約250sccm的速度引入真空室，將直流電源施加給陰極達到約18安培的電流。將約200伏偏壓施加給基體。氮氣以初速度約80sccm引入。然後，再將氮氣流速降低到零或接近零。這種脈衝氮氣設定成在約50％負荷周期發生。脈衝過程連續進行約10分鐘，產生具有約每層平均厚度約為百萬分之1(0.000001)英寸的共約五層的夾心層組。此夾心層組的平均厚度約為百萬分之6(0.000006)英寸。
由氮化鋯和鋯構成的交替層的夾心層沉積之後，在約20分鐘內，將具有平均厚度約百萬分之10(0.00001)英寸的氮化鋯層沉積在夾心層組上。在此步驟中，調節氮氣以保持局部離子流約為6.3×10-11安培。氬氣、直流電源和偏壓保持與上面的相同。
在沉積氮化鋯層完成之後，在約30秒期間內，沉積一層由鋯、氧和氮的反應產物構成的薄層，該薄層的平均厚度約為百萬分之0.25(0.00000025)英寸。在此步驟中，引入氮氣的速度保持在250sccm，陰極電流保持在約18安培，偏壓保持在約200伏，而氮氣流設定在約80sccm。氧氣以約20sccm的速度引入。
儘管出於舉例說明目的記載了一些本發明的具體方案，但是應當理解糾，在本發明的整體範圍內可以有各種實施方案和各種變化。
權利要求
1.一種包含一個基體的製品，在基體的至少一部分表面上設置有多層塗層，包括由半光亮鎳構成的層；由光亮鎳構成的層；由鎳-鎢-硼構成的層；由鉻構成的層；由鋯或鈦構成的層；由許多由鋯層或鈦層和鋯化合物層或鈦化合物層組成的交替層所構成的夾心層；以及由鋯化合物或鈦化合物構成的層。
2.權利要求1的製品，其中所述由鋯或鈦構成的層是由鋯構成的。
3.權利要求2的製品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構成的層是由鋯化合物構成的。
4.權利要求3的製品，其中所述鋯化合物是由氮化鋯組成的。
5.權利要求1的製品，其中所述基體是由黃銅構成的。
6.一種包含一個基體的製品，在基體的至少一部分表面上具有多層塗層，包括由半光亮鎳構成的層；由光亮鎳構成的層；由鎳-鎢-硼構成的層；由鉻構成的層；由鋯或鈦構成的層；由許多由鋯層或鈦層和鋯化合物層或鈦化合物層組成的交替層所構成的夾心層；由鋯化合物或鈦化合物構成的層；以及由氧化鋯或氧化鈦構成的層。
7.權利要求6的製品，其中所述由鋯或鈦構成的層是由鋯構成的。
8.權利要求7的製品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構成的層由鋯化合物構成。
9.權利要求8的製品，其中所述鋯化合物是氮化鋯。
10.權利要求9的製品，其中所述基體是黃銅。
11.權利要求6的製品，其中所述基體是黃銅。
12.一種包含一個基體的製品，在基體至少一部分表面上具有多層塗層，包括由鎳構成的層；由鎳-鎢-硼構成的層；由鉻構成的層；由鋯或鈦構成的層；由許多由鋯層或鈦層和鋯化合物層或鈦化合物層組成的交替層所構成的夾心層；以及由鋯化合物或鈦化合物構成的層。
13.權利要求12的製品，其中所述由鎳構成的層是由光亮鎳構成的。
14.權利要求12的製品，其中所述由鋯或鈦構成的層是由鋯構成的。
15.權利要求14的製品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構成的層是由鋯化合物構成的。
16.權利要求15的製品，其中所述鋯化合物是由氮化鋯組成的。
17.權利要求16的製品，其中所述基體是由黃銅構成的。
18.權利要求12的製品，其中所述基體是由黃銅構成的。
19.一種包含一個基體的製品，在基底至少一部分表面上具有多層塗層，包括由鎳構成的層；由鎳-鎢-硼構成的層；由鉻構成的層；由鋯或鈦構成的層；由許多由鋯層或鈦層和鋯化合物層或鈦化合物層組成的交替層所構成的夾心層；由鋯化合物或鈦化合物構成的層；以及由氧化鋯或氧化鈦構成的層。
20.權利要求19的製品，其中所述第一層是由光亮鎳構成的。
21.權利要求20的製品，其中所述由鋯或鈦構成的層是由鋯構成的。
22.權利要求21的製品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構成的層由鋯化合物構成。
23.權利要求22的製品，其中所述由鋯化合物是氮化鋯。
24.權利要求19的製品，其中所述由鋯或鈦構成的層是由鋯構成的。
25.權利要求24的製品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構成的層由鋯化合物構成。
26.權利要求25的製品，其中所述由鋯化合物是氮化鋯。
27.權利要求26的製品，其中所述基體是黃銅。
28.權利要求19的製品，其中所述基體是黃銅。
全文摘要
本發明涉及一種鍍覆有多層塗層的製品,尤其是黃銅製品。這些塗層包括在制品表面上逐次沉積的半光亮鎳層、光亮鎳層、鎳－鎢－硼層、鉻層、非貴重耐火金屬層、由非貴重耐火金屬化合物和耐火金屬的交替層所構成的夾心層、非貴重耐火金屬化合物、以及由非貴重耐火金屬氧化物組成的層或由非貴重耐火金屬、氧和氮的反應產物所構成的層。此塗層賦予製品黃銅色澤,還具有耐磨性和防腐性。
文檔編號C23C14/06GK1215097SQ98102488
公開日1999年4月28日 申請日期1998年4月30日 優先權日1997年4月30日
發明者R·W·蘇格, R·P·威爾特, S·R·穆森三世 申請人:馬斯科公司