專利名稱：一種金屬表面pvd裝飾性鍍膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
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(fā)并使蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上。PVD基本方法真空蒸發(fā)、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(yīng)離子鍍、射頻離子鍍、直流放電離子鍍)。PVD裝飾鍍膜屬于一種光學(xué)膜，產(chǎn)生顏色的主要原因就是光的干涉。PVD裝飾鍍膜 需要先選擇靶材種類、材質(zhì)和氣體(如氮氣、氧氣、乙炔、氬氣等)，確定靶材和氣體種類后，調(diào)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，最后鍍出目標色的膜層。PVD裝飾鍍膜能制備各種氮化物膜(TiN、ZrN, CrN, TiAlN)和碳化物膜及氧化物膜)，采用多弧離子鍍技術(shù)制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(jié)束后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(jié)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于a*值和b*值。PVD裝飾鍍膜的顏色與靶材反應(yīng)的氣體相關(guān)，如N2、C2H2, CH4, O2,當(dāng)參與靶材反應(yīng)的氣體為單一氣體，所鍍的膜為單色調(diào)膜；當(dāng)參與靶材反應(yīng)的氣體為至少兩種氣體，所鍍的膜為復(fù)合色調(diào)膜。其中，復(fù)合色調(diào)膜的工藝難度大，需要加入多種氣體參與反應(yīng)，其成色工藝復(fù)雜不穩(wěn)定，顏色差異大，且單色調(diào)膜工藝同樣存在產(chǎn)品陰陽色大，同爐產(chǎn)品間顏色差異大的問題，導(dǎo)致目前工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品良品率非常低，需多次返工處理，造成生產(chǎn)效率低下，設(shè)備生產(chǎn)負荷增加，動力能源消耗增加，增加了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)期加長，不能快速滿足客戶訂單需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于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(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)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(diào)膜，其方法步驟如下
1)采用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層；
2)在第一膜層上面采用PVD法沉積一層膜，控制參與靶材反應(yīng)的氣體量等于合成目標色對應(yīng)的氣體量的50 80%，其它氣體量等于合成目標色對應(yīng)的氣體量，形成第二膜層；一般，除了參與靶材反應(yīng)的氣體，其它氣體為惰性氣體，如氬氣；
3)在第二膜層上面采用PVD法沉積一層膜，使該膜層顏色為目標色，得單色調(diào)膜產(chǎn)品。優(yōu)選的，第三膜層厚度彡0. 02 Um0優(yōu)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，包括裝飾性鍍膜為復(fù)合色調(diào)膜，采用分光測色儀將目標色量化，得到目標色a*值、b*值，當(dāng)目標色a*值> 0，其方法步驟如下
1)采用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層；
2)在第一膜層上面采用PVD法沉積一層a*值為目標色a*值的50 70%，且b*值等于目標色b*值的膜，形成第二膜層； 3)第二膜層上面采用PVD法沉積一層a*值等于目標色a*值，且b*值為目標色b*值的70 90%的膜，形成第三膜層，得復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品；
當(dāng)目標色a*值< 0，其方法步驟如下
1)采用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層；
2)在第一膜層上面采用PVD法沉積一層b*值為目標色b*值的70 90%，且a*值等于目標色a*值的膜，形成第二膜層；
3)第二膜層上面采用PVD法沉積一層b*值等于目標色b*值，且a*值大于目標色a*值，同時a*值< 0的膜，形成第三膜層，得復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品；
優(yōu)選的，第三膜層厚度< 0. 02 Um0優(yōu)選的，所述PVD法為采用多弧離子鍍膜法。本發(fā)明控制最后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(nèi)具有半透明效果，所以可以透過最后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。若最后一層膜厚度超過了 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(fā)明的有益效果是
本發(fā)明在純金屬膜層上分別沉積兩種顏色膜層，控制最后一層膜厚度不超過0. 02 u m,故具有半透明效果，從而透過最后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(fā)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；并且可有效改善產(chǎn)品陰陽色，顏色不均勻的現(xiàn)象。本發(fā)明工藝穩(wěn)定性高，產(chǎn)品PVD顏色均勻穩(wěn)定，有效提高了 PVD良品率，同一批產(chǎn)品顏色差異較小，生產(chǎn)效率高，降低了設(shè)備產(chǎn)能負荷，達到節(jié)能降耗，縮短生產(chǎn)周期，快速達成客戶的需求。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不局限如此。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。采用本發(fā)明方法加工上述產(chǎn)品，包括以下步驟
I)采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)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為黃銅色，采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，得到a*值=-1. 20、b*值=28. 28,顏色達到目標色范圍,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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品。產(chǎn)品顏色為黃銅色，采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，得到a*值=-0. 98、b*值=30. 59，顏色達到目標色范圍，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)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為黃銅色，采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，得到a*值=-1. 05、b*值=27. 56,顏色達到目標色范圍,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)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為黃銅色，采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，得到a*值=-1. 13、b*值=27. 69,顏色達到目標色范圍,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。采用本發(fā)明方法加工上述產(chǎn)品，包括以下步驟
1)采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)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為咖啡色，采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，得到a*值=2. 48、b*值=19. 90，顏色達到目標色，達到顏色范圍上限，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 采用本發(fā)明方法加工上述產(chǎn)品，包括以下步驟
1)同實施例5步驟I);
2)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為咖啡色，采用分光測色儀對產(chǎn)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)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為咖啡色，采用分光測色儀對產(chǎn)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(tǒng)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(yīng)的氣體為N2。采用本發(fā)明方法加工上述產(chǎn)品，包括以下步驟
1)采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)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為仿鎳色，采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，a*值=0. 44、b*值=10. 10,顏色達到目標色,未超過顏色范圍上限,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，采用本發(fā)明方法加工上述產(chǎn)品，包括以下步驟
I)同實施例8步驟I);2)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為仿鎳色，采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，a*值=0. 43、b*值=10. 09,顏色達到目標色,未超過顏色范圍上限,合格。實施例10
在一種金屬表面鍍TiN薄膜，該膜的顏色為仿不銹鋼色，其色度要求a*值為0. 79 0. 84、b*值為4. 25 5. 49，傳統(tǒng)鍍該顏色膜工藝中氣體加入量為Ar流量200SCCM、N2用量20 SCCM。

采用本發(fā)明方法加工上述產(chǎn)品，包括以下步驟
1)采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)然后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)然后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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品，產(chǎn)品顏色為仿不銹鋼色，采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，得到a*值=0. 82、b*值=4. 58,顏色達到目標色,未超過顏色范圍,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，得到復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品。采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，a*值=-0. 80、b*值=32. 89,顏色超過目標色范圍，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(chǎn)品。采用分光測色儀對產(chǎn)品進行測量，有陰陽色(同一產(chǎn)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,顏色超過目標色范圍,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(fā)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。采用本發(fā)明的方法鍍PVD裝飾性鍍膜，能有效改善產(chǎn)品陰陽色，顏色不均勻的現(xiàn)象，以至顯著提高產(chǎn)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。采用實施例I及傳統(tǒng)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(jié)果采用傳統(tǒng)一次性鍍ZrCN薄膜方法的工件，良品率為66%，采用本實施例方法的工件，良品率98%，本發(fā)明方法良品率提高了 32 %。采用實施例8及傳統(tǒng)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(jié)果采用傳統(tǒng)一次性鍍ZrN薄膜方法的工件，良品率為34%，采用本實施例方法的工件，良品率100%，本發(fā)明方法良品率提高了 66%。以上實施例良品判斷方法為PVD裝飾性鍍膜后，檢測產(chǎn)品不同面的色度指標，色度指標(包括a*值和b*值)均在 目標色要求范圍內(nèi)，且同一產(chǎn)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(quán)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(diào)膜，其方法步驟如下 1)采用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層；2)在第一膜層上面采用PVD法沉積一層膜，控制參與靶材反應(yīng)的氣體量等于合成目標色對應(yīng)的氣體量的50 80%，其它氣體量等于合成目標色對應(yīng)的氣體量，形成第二膜層； 3)在第二膜層上面采用PVD法沉積一層膜，使該膜層顏色為目標色，得單色調(diào)膜產(chǎn)品。
2.一種金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，包括裝飾性鍍膜為復(fù)合色調(diào)膜，采用分光測色儀將目標色量化，得到目標色a*值、b*值，當(dāng)目標色a*值> 0，其方法步驟如下 1)采用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層； 2)在第一膜層上面采用PVD法沉積一層a*值為目標色a*值的50 70%，且b*值等于目標色b*值的膜，形成第二膜層； 3)第二膜層上面采用PVD法沉積一層a*值等于目標色a*值，且b*值為目標色b*值的70 90%的膜，形成第三膜層，得復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品； 當(dāng)目標色a*值< 0，其方法步驟如下 1)采用PVD法將金屬靶材沉積到金屬表面，形成第一膜層； 2)在第一膜層上面采用PVD法沉積一層b*值為目標色b*值的70 90%，且a*值等于目標色a*值的膜，形成第二膜層； 3)第二膜層上面采用PVD法沉積一層b*值等于目標色b*值，且a*值大于目標色a*值，同時a*值< O的膜，形成第三膜層，得復(fù)合色調(diào)膜產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，其特征在于第三膜層厚度< O. 02 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，其特征在于所述PVD法為多弧離子鍍膜法。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，其特征在于第三膜層厚度< O. 02 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬表面的PVD裝飾性鍍膜方法，其特征在于所述PVD法為采用多弧離子鍍膜法。
全文摘要
本發(fā)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(diào)膜的制備方法和包括裝飾性鍍膜為復(fù)合色調(diào)膜的制備方法，本發(fā)明方法是在純金屬膜層上采用PVD法分別沉積兩種顏色膜層，控制最后一層膜厚度不超過0.02μm，故具有半透明效果，從而透過最后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(fā)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；并且可有效改善產(chǎn)品陰陽色，顏色不均勻的現(xiàn)象，有效提高了PVD良品率，同一批產(chǎn)品顏色差異較小，生產(chǎn)效率高，降低了設(shè)備產(chǎn)能負荷，達到節(jié)能降耗，縮短生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:珠海承鷗衛(wèi)浴用品有限公司