[發明專利]基于磁控共同濺射技術在鋁基材上制備的裝飾性涂層

在審

• 申請號: 201710343127.7
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107217231A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 馬丁·森斯;巫仕才;眭凌杰;賴納·霍夫曼;姜其偉;張燕聰;鐘育聰
• 申請（專利權）人: 福建新越金屬材料科技有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 泉州市博一專利事務所35213
• 代理人: 方傳榜

技術領域

本發明涉及一種真空鍍膜裝飾性涂層，更具體地說是指一種基于磁控共同濺射技術在鋁基材上制備的裝飾性涂層。

背景技術

裝飾性涂層被廣泛應用在日常生活中。該涂層在產品設計及建筑設計的使用上不僅提升了外觀以及環境舒適性，而且還具備其它的功能特性，比如：增加耐磨性以及防腐蝕性。傳統的裝飾性鍍膜方法是涂裝和上漆。在工業應用的裝飾性鍍膜方法中，粉末涂敷著色工藝比較具有優勢且占據了支配地位，其具有良好的性能和理想的顏色。但對于金屬涂層來說，金屬的光澤會被較厚的涂敷層所遮蓋。與理想的薄的涂敷層相比，較厚的涂敷層所要求的原料消耗也更高。

將較薄的裝飾性涂層應用到金屬片材或金屬條帶上的一個比較成熟的工藝方法是采用鄰近染色和密封處理的陽極氧化鋁。對此，有一個方法已經在1963年的美國專利US 3079309 A中有過描述，清潔鋁制工件，然后使其經過預處理，比如：化學刻蝕處理。也可選擇對其進行增亮處理，例如：在將坯料浸入電解液中進行陽極氧化處理前先進行電解拋光處理。直接經過陽極氧化處理后的陽極氧化層是多孔的且能夠吸附有色染料溶液。有許多的染色工藝比較接近目前已知的陽極氧化處理工藝，比如：在通交流電的電解槽中的電解液染色工藝或在溶液溫度升高至沸點的染料溶液中蘸染工藝。在染色后一個密封處理被應用來封閉陽極氧化層上的孔隙而此時一些染料仍然被捕捉吸附儲存在陽極氧化層的內部。上面所有描述的工藝步驟中都包含了對液體溶液的應用，因此廢水處理是必要的。例如：電鍍溶液的中和，比如硫酸或堿以及鹽的沉淀物和染料顆粒物都是必需處理的。

另一種常見的將較薄的裝飾性涂層應用到金屬上的工業方法是蘸浸涂敷法，將工件浸入至水性溶液中以使金屬表面具有抗腐蝕性并為金屬表面提供一個裝飾性的顏色。從1984年的美國專利US 4631093 A中描述到該方法的發明者已經注意到環境方面的問題。他發明了一種無鈦酸鹽的蘸浸溶液，例如：六價的和三價的鈦氧化物會產生有毒性和污染危害，但是在使用蘸浸溶液之后，在廢棄這些溶液之前仍然需要對它們進行必要的處理。

相較粉末涂敷著色或上漆工藝，PVD物理氣相沉積涂層有著與染色產品類似的優勢。它可以保持金屬的光澤而同時應用多種不同的顏色。因此，與涂敷著色或上漆工藝相比，PVD工藝所鍍的膜系涂層是非常薄的，同時使用的鍍膜原材料也少得多。PVD工藝所鍍涂層的一個特征是涂層在生長形成的過程中不使用任何化學液體如染色溶液或電解液。涂層材料在沉積到基材上之前在高真空環境下直接轉變成氣相。因此對于上述提及的涂鍍技術，PVD鍍膜技術是一種100%綠色環保無污染的替代技術。

裝飾性涂層的PVD應用已經在數個專利中被描述過了。在1986年美國專利US 4758280 A中描述了一個通過陰極濺射的鈦（Ti）、鋯（Zr）及鉿（Hf）合金的碳氧氮化物的鍍膜方法。一個裝飾性的黑色耐磨損保護膜層被沉積到基材上。2005年的美國專利US 7270895 B2與2001年的美國專利US 20030072974 A1描述了金屬氧碳氮化物涂層的制備方法，該涂層使用耐熱和難熔金屬，例如：鉿（Hf）、鉭（Ta）、鋯（Zr）、鈦（Ti）等作為鍍膜材料。以上提到的耐熱和難熔金屬也可以富含鋁（Al）。PVD鍍膜方法可以是蒸發、濺射或者電弧鍍。該涂層趨于與氮化鈦（TiN）、碳氮化鈦（TiCN）、氮化鋯（ZrN）及碳氮化鋯（ZrCN）這些涂層有類似的機械耐磨性，但有一個更大范圍多種多樣的可行顏色。通過工藝氣體的添加可以調節金屬到金屬碳氧氮化物的成分。添加氮氣N₂和氧氣O₂以形成氮氧化物，為了形成碳化物可以使用比如甲烷或乙炔。為了能夠富含鋁，通常是通過添加鋁到靶材材料中來實現的。專利US 20030072974 A1中也描述了一個使用電弧沉積和濺射沉積在一個工藝腔體內同時進行以獲得(Zr:Al) C_XO_YN_Z混合物的方法。不同的CIELAB色值可通過調整上述耐熱和難熔金屬之一中鋁的成分分數和/或通過C_xO_yN_z混合物的成分以及上述工藝氣體的通入量來調節。

如上所述，(Zr:Al) C_XO_YN_Z涂層可以提供一個擁有非常高的硬度及良好的腐蝕穩定性的優異涂層。但該應用對于大面積鍍膜涂層來說并不是那么有利。大面積鍍膜涂層要求低的材料消耗以及易擴展的工藝，但同樣也能提供一個連續的鍍膜工藝比如連續的卷到卷金屬帶鍍膜工藝。

發明內容