有機玻璃鍍鎳的方法
2023-12-02 20:20:26
專利名稱：有機玻璃鍍鎳的方法
技術領域：
本發明涉及材料的表面技術領域，具體涉及一種有機玻璃鍍
4臬的方法。
背景技術：
有機玻璃有多種，其中最典型的是聚曱基丙烯酸甲酯(P薩A )。 它的可見光透過率高達92%以上，在室外使用十年後可見光透過率 只下降11%。 P畫A的相對密度為1.19，比普通無機玻璃輕一半，機 械強度和韌性比普通無機玻璃高IO倍以上，並且具有一些獨特的 電性能。主要缺點是硬度低，容易被劃傷。P醒A廣泛用於飛機、汽 車、建築、電氣、儀器、機械、裝飾、廣告等領域。
鎳有良好的金屬光澤，對大氣、水、鹽水、鹼和大多數有機 酸都具有抗腐蝕性。有機玻璃鍍鎳後具有良好的金屬光澤，表面導 電，對許多介質抗蝕，並且降低吸水性及吸潮性，故可用來開發一 系列新產品。
有機玻璃鍍鎳有多種方法，例如電鍍，但有機玻璃電鍍鎳的 工藝複雜，成本高，並且對環境有汙染。有機玻璃表面用真空鍍膜 方法鍍鎳，對環境沒有汙染，是一種清潔生產方式，並且工藝較為 簡單，但鍍層的附著力較差。
發明內容
本發明目的是提供一種鍍鎳質量高、鎳膜附著力強的有機玻 璃鍍鎳的方法，它解決了現有技術的上述缺陷。
本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的 有機玻璃鍍鎳的方法，在真空條件下對有機玻璃鍍鎳，它包括一在真空鍍鎳前對有機玻璃表面的改性步驟，所述的改性步驟是 將有機玻璃置於真空室內，用離子轟擊有機玻璃表面。
本發明為了提高鎳膜層在有機玻璃基體上的附著力，在真空 鍍鎳前對有機玻璃表面進行了改性處理。所述的改性是採用離子轟 擊法，具體可以是在真空鍍膜室中安裝一鋁棒，先抽真空達一定的 真空度，充氬氣，使真空室內的真空度下降，達到合理值，然後對 鋁棒施加高電壓，真空室內的氬氣和稀薄空氣電離，產生能量較高 的等離子體，對有機玻璃表面進行離子轟擊，並且發生一定的化學 反應，使其改性。離子轟擊的時間要適當，時間過長或過短都得不 到良好的效果。另外，也可不充氬氣，即在真空室內維持一定量的 稀薄空氣，對鋁棒施加高電壓後，得到類似的表面改性效果，轟擊 時間有少許差異。對上述有機玻璃的表面進行轟擊後，改變了表面 性能，使鎳膜具有更好的附著性，附著強度顯著提高。
作為本發明上述方案的優選，所述的用離子轟擊有機玻璃表
面是在真空室內安裝一鋁棒，將真空室抽真空至4x10—2pa以下，再 充入惰性氣體至2. 1Pa ~ 2. 3Pa，開啟轟擊電源轟擊有機玻璃表面 2 ~ 4min或者直接將真空室抽真空至4 ~ 6 Pa,開啟轟擊電源轟擊有 才/U皮璃表面5 ~ 6min。
本發明在對有機玻璃表面進行了改性後，採用磁控濺射和真 空蒸鍍兩種方法進行鍍鎳。所用設備為平面磁控-真空蒸鍍複合鍍 膜機，所述的複合鍍膜機附有離子轟擊和電加熱裝置。
作為本發明的優選，所述的對有機玻璃鍍鎳是將經改性步驟 得到的表面改性有機玻璃於真空室中進行磁控濺射4度鎳。
在濺射鍍鎳時，沉積粒子(一般為靶被賊射出的中性原子) 的能量較大，約為leV 10eV，比真空蒸鍍的沉積粒子能量高一個數量級，因此膜層與基體的附著力高，並且膜層的密度大，氣孔少， 而混入濺射氣體較多。通常，由於基體材料是有機玻璃，在適中的 濺射電壓和功率條件下，鎳膜的附著力往往是不夠的，本發明由於 將有機玻璃表面進行了改性處理，鎳膜的附著力達到了要求。
磁控賊射鍍鎳，對設計、安裝鎳靶有特殊的要求。鎳具有鐵 磁性，磁化強度很高，磁力線會直接通過靶材內部發生磁短路現象， 使磁控、賊射難以進行，並且耙材的利用率降低。為此，作為上述方 案的優選，本發明採用薄鎳靶，即所述的真空》茲控濺射鍍鎳室的鎳
靶材的厚度為5醒~ 7mm,進一步地，所述鎳靶材的長為700mm ~ lOOOmm，寬為150mm~ 300mm。同時，所述真空》茲控濺射鎳靶中的水 冷方式釆用間接水冷卻方式，水冷背板為鈦板。作為上述方案另一 方面的優選，所述真空磁控濺射鍍鎳室中的磁路布局為中間安裝 連接有條狀的釹鐵硼永磁體，磁場強度為500Gs ~ 600Gs;四周安裝 連接有環狀的鍶鐵氧體，磁場強度為200Gs ~ 350Gs。
在磁路布局時磁場強度不能太低或太高，並且中間條狀^f茲體 的磁場強度與四周環狀磁體的磁場強度之比約為2或接近於2 。另 外，在濺射鍍鎳過程中，要選擇合適的冷卻方式和濺射功率。鎳的 居裡溫度較低(約35(TC )，如果選擇間接冷卻方式，並且鎳靶是依 靠自身的磁性而緊貼在背靶上，那麼濺射功率不能過大，否則靶材 溫度會迅速上升而可能超過其居裡溫度，導致鎳靶與背靶脫離，濺 射鍍鎳難以繼續下去。
本發明磁控濺射的主要技術參數是中間最大磁場強度 500Gs,四周最大磁場強度300Gs,本底真空6 x 10-3pa，充氬氣後 工作真空1. 7 x l(TPa,濺射電流40A,電壓500V左右，濺射時間由 工件要求來確定。
6經上述離子轟擊表面處理和磁控賊射後，有機玻璃表面上的鍍鎳層有良好的結合力，缺點是鍍層的亮度不夠高。為了提高鍍鎳層的亮度，可採用真空蒸鍍法鍍鎳。
作為本發明的優選，所述的對有機玻璃鍍鎳是將經改性步驟得到的表面改性有機玻璃於真空蒸鍍鍍鎳室中鍍鎳，鍍鎳時有機玻
璃的加熱溫度為40°C ~ 70°C。
鎳的原子序數為28，原子量為58. 69,密度為8. 9g cm—3,熔點為1453。C,蒸氣壓低。鎳絲或鎳片在較高真空度2xl(TPa下加熱蒸發，部分蒸發粒子(通常為中性原子)沉積在有機玻璃表面聚集成膜。真空蒸鍍的沉積粒子能量約為0. leV-leV，比濺射鍍膜的沉積粒子能量小一個數量級。因此，僅用離子轟擊法使有機玻璃表面改性，尚不能得到足夠的膜層結合力。另加的措施是加強預處理和加熱，前者是玻璃在進入真空室之前，要》文入一定的溶液中浸泡，然後分別用自來水和純淨水衝洗乾淨，再烘乾；後者是有機玻璃經離子轟擊後將真空室的真空度增加至規定值，通常為2xi0—2pa,同時將工件加熱到50°C ~60°C，再將膜料(鎳絲或鎳片)迅速加熱蒸發。這樣蒸鍍得到的鍍膜層才具有足夠的附著力。真空蒸鍍法得到的鍍膜層表面較為光滑，表現出較高的亮度。
從上面的闡述可以看出，雖然經過上述表面改性轟擊後，採用真空磁控濺射鍍鎳法將鎳鍍在有機玻璃上時，鎳膜層與有機玻璃表面的附著力顯著增加，並且有良好的金屬鎳光澤，但是其對可見光反射率不高，從而顯得亮度不足。作為本發明的另外一種優選，可在真空磁控濺射鍍後採用真空蒸鍍法再在鎳膜層上鍍一層鎳，以此來提高鍍層亮度。
綜上所述，本發明具有以下有益效果1 、本發明採用在真空鍍鎳前對有機玻璃表面進行離子轟擊的方法改性，從而提高了鎳層與玻璃的附著力；
2、 本發明優化了磁控濺射的靶材、磁體、磁路，使得工藝的能耗降低，工藝穩定；
3、 本發明對真空蒸鍍採取加強預處理，離子轟擊和加熱工件三項措施，提高了鍍層的附著力；
4、 本發明優選了真空鍍膜的各項工藝參數使得鎳膜的穩定性更強。
具體實施例方式
本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其並不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明的權利要求範圍內都受到專利法的保護。
實施例l、手機按鈕的鍍膜方法。所述手機按鈕為P薩A製作而成，將有機玻璃按鈕毛胚的表面經過真空鍍金屬膜、絲網印刷黑色油墨、雷射雕刻字符、絲網印刷有色油墨而製成。上述真空鍍金屬膜是第一道工序，也是重要的一道工序。本實施例選擇4臬鍍層，並且本實施例通過一設備實現兩種方法鍍鎳磁控濺射與真空蒸鍍。所用設備為磁控濺射-真空蒸鍍複合鍍膜機。其真空室尺寸為(j) 1680mm x1200mm。它用不鏽鋼製成兩半圓形狀，上下封蓋用鋼加工而成。門蓋上裝有觀察窗，下方設有機座。轉動系統由可調無級變速電機帶動主從齒輪而成。平面磁控靶有兩套，安裝在真空室後側壁上。蒸鍍系統安裝在真空室的中央。電源的供電容量為120KW。另外，上述磁控'戚射-真空蒸鍍複合鍍膜機上還安裝有離子轟擊裝置和加熱裝置。4臬輩巴尺寸為長840mm,寬210mm，厚5mm。背板有無氧銅^反和鈦板兩種，厚度均為15mm。磁體有釹鐵硼永磁體和鍶鐵氧體兩種，前者長50mm x寬35mm x厚16mm,後者長50mm x寬18mm x厚18mm。採取間接水冷卻方式。
在工藝研究時，先採用銅背板。鎳靶通過自身的磁性，在銅背板後面磁體的作用下，緊貼在銅背板上。在未安裝鎳靶之前，所測中間最大磁場強度為800 Gs,四周最大磁場強度為330 Gs。裝上鎳靶後，中間最大磁場強度為110 Gs，四周最大磁場強度為30 Gs。由於磁場強度較小，鎳靶濺射很不穩定。並且在這種磁路布局下，濺射電壓較大，當賊射電流達30A時，濺射電壓已近1000V，兩者相乘所得的濺射功率達30KVA，濺射數分鐘後耙材溫度超過居裡點而失去磁性，靶與背板脫離，並且造成變形。
本實施例將銅背板改成鈦背板，磁體與鎳靶不變。在鎳靶未安裝之前，中間最大磁場強度為1300Gs ,四周最大磁場強度為650Gs。裝上鎳靶後，中間最大磁場強度為500Gs ，四周最大磁場強度為300Gs。這種布局鎳耙較為穩定。濺射電流在40A時，濺射電壓為500V左右。
為提高濺射鎳層在有機玻璃按鈕上的附著力，在濺射鍍鎳之前先進行離子轟擊的有機玻璃表面改性。具體工藝是將真空室抽真空至2xl0,a，充氬氣至真空度2. 2Pa，加轟擊電壓為3000V,電流0. 2A,轟擊3min。控制上述時間，時間過長與過短都得不到良好的效果。離子轟擊後關閉氬氣閥和轟擊電源，抽高真空達6x10—3Pa,充氬氣至真空度1. 7 x 10-屮a,開濺射電源，電流40A，電壓480V，濺射時間lmin。
離子轟擊的表面改性顯著提高了濺射鍍鎳層在有機玻璃按鈕表面的附著力，具體表現在未做表面改性的情況下，用標準黏膠紙緊貼有機玻璃表面後迅速拽拉，鎳層粘附在膠紙上而與按鈕脫離。離子轟擊表面改性後，這種現象沒有出現，即濺射鎳層牢固的附著在有機玻璃糹妄4醜表面。
濺射鍍鎳有許多優點，但其膜層亮度和色澤不如真空蒸鍍那樣好。本發明的裝置除提供上述濺射鍍外，還通過在有機玻璃表面真空蒸鍍鎳。為了改善真空蒸鍍的附著力較差的缺點，本實施例除了加強有機玻璃表面預處理和離子轟擊表面改性之外，還要提高鍍膜時的工件溫度，通常控制在50°C 6(TC範圍。具體工藝是將有機玻璃按鈕放在40°C ~ 5(TC洗潔淨水溶液浸泡20min,然後用自來水衝洗，再用純淨水衝洗，烘乾後放入真空室內，抽真空至2 x 10—2pa充氬氣至2. 2Pa，轟擊電壓3000V,電流0. 2A,時間3min,然後關閉轟擊電源和氬氣，繼續抽真空至2 x I0_2pa,同時加熱，使工件表面溫度達50°C~60°C，再開蒸鍍電源，使鴒絞絲中鎳絲(cj)O. 35mm)迅速蒸發，鎳覆在有機玻璃按鈕表面，鍍層有良好的亮度和色澤，又有良好的附著力。
實施例2、仍然利用實施例l的設備，將有機玻璃按鈕放在40。C 5(TC洗潔淨水溶液浸泡20min,然後用自來水衝洗，再用純淨水衝洗，烘乾後放入真空室內，抽真空至2xl0—2pa 氬氣至2. 2Pa,轟擊電壓3000V,電流O. 2A,時間3min，然後關閉轟擊電源和氬氣，抽高真空達6xl(TPa，充氬氣至真空度1.7xl(TPa,開濺射電源，電流40A，電壓480V,濺射時間O. 5min。關濺射電源，關氬氣閥，繼續抽真空至2 x l(T2Pa，同時加熱， -使工件表面溫度達50°C ~ 60°C,再開蒸鍍電源，使鎢絞絲中的鎳絲(4)0. 35mm)迅速蒸發，鎳覆在有機玻璃按鈕表面，鍍層有更加良好的亮度和色澤，又有良好的附著力。
1權利要求
1、有機玻璃鍍鎳的方法，在真空條件下對有機玻璃鍍鎳，其特徵在於它包括一在真空鍍鎳前對有機玻璃表面的改性步驟，所述的改性步驟是將有機玻璃置於真空室內，用離子轟擊有機玻璃表面。
2、 根據權利要求1所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於所述的對有機玻璃鍍鎳是將經改性步驟得到的表面改性有機玻璃於真空磁控濺射鍍鎳室中鍍鎳。
3、 根據權利要求1所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於所述的對有機玻璃鍍鎳是將經改性步驟得到的表面改性有機玻璃於真空蒸鍍鍍鎳室中鍍鎳，鍍鎳時有機玻璃的溫度為40°C ~70°C。
4、 根據權利要求2所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於所述的真空磁控濺射鍍鎳室的鎳靶材的厚度為5mm~ 7mm。
5、 根據權利要求4所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於所述4臬革巴材的長為700mm~ 1000mm，寬為150mm~ 300mm。
6、 根據權利要求2所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於所述真空磁控濺射鍍鎳室中的磁體為釹鐵硼強磁體和鍶鐵氧體，所述真空磁控賊射鍍鎳室中的水冷方式採用間接水冷卻方式，水冷背板為鈦板。
7、 根據權利要求6所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於所述真空磁控濺射鍍鎳室中的磁路布局為中間安裝連接有條狀的釹鐵硼永磁體，磁場強度為500Gs 600Gs;四周安裝連接有環狀的鍶鐵氧體，磁場強度為200Gs ~ 350Gs。
8、 根據權利要求1所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於 所述的用離子轟擊有機玻璃表面是在真空室內安裝一鋁棒，將真空室 抽真空至4 x 10—2pa以下，再充入氬氣至2. 1Pa ~ 2. 3 Pa,開啟轟擊電 源轟擊有才幾玻璃表面2 ~ 4min。
9、 根據權利要求1所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於 所述的用離子轟擊有機玻璃表面是在真空室內安裝一鋁棒，將真空室 抽真空至4 ~ 6Pa左右，直4妄開啟電源轟擊有才幾玻璃表面5 ~ 6min。
10、 根據權利要求8所述的有機玻璃鍍鎳的方法，其特徵在於 所述的轟擊電源的電壓為2800 ~ 3200V,電流0. 1 ~ 0. 3A,轟擊時間 2 ~ 5min;真空鍍鎳具體是改性步驟後，將真空室抽高真空達6 x 10—3Pa 以下，充氬氣至真空鍍1.7x10—屮a後開濺射電源，電流40A,電壓 480V，臧射時間lmin。
全文摘要
本發明涉及材料的表面技術領域，具體涉及一種有機玻璃鍍鎳的方法。它包括一在真空鍍鎳前對有機玻璃表面的改性步驟，所述的改性步驟是將有機玻璃置於真空室內，用離子轟擊有機玻璃表面。對上述有機玻璃的表面進行轟擊後，改變了表面性能，使鎳膜具有更好的附著性，附著強度顯著提高。
文檔編號C23C14/02GK101638768SQ20091010126
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者徐治偉, 良 錢, 錢苗根 申請人:湖州金泰科技股份有限公司