一種工件表面的pvd雙色拉絲處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種工件表面的PVD雙色拉絲處理方法。該方法為：首先，采用PVD技術(shù)在工件表面沉積底層膜；然后，采用磁控濺射方法，以石墨為靶材，在底層膜表面濺射沉積類石墨層作為黑色膜；最后，進(jìn)行拉絲處理，得到雙色膜。與現(xiàn)有的金屬碳化物等作為黑色膜相比，本發(fā)明將類石墨層作為黑色膜，其一方面與底層膜具有良好的結(jié)合力，另一方面與金屬碳化物薄膜相比硬度較低且韌性好，從而易于與底層膜實(shí)現(xiàn)分層，通過拉絲處理得到雙色膜，避免了黑色膜無法拉掉或者兩層膜同時(shí)被拉掉的現(xiàn)象。
【專利說明】—種工件表面的PVD雙色拉絲處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種工件表面的PVD雙色拉絲處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生活水平的提高，家居、家電以及汽車、電子等消費(fèi)類產(chǎn)品行業(yè)得到迅猛發(fā)展，與此同時(shí)人們對(duì)產(chǎn)品的外觀也提出了多樣化的需求，外觀不僅成為產(chǎn)品在市場(chǎng)上能否熱銷的必備要素，而且使得各類產(chǎn)品的附加值大大提高。目前，具有仿古雙色外觀的產(chǎn)品在國內(nèi)外均逐年盛行，尤其在高端產(chǎn)品市場(chǎng)受到追捧。
[0003]產(chǎn)品的仿古表面處理主要采用的工藝為:在產(chǎn)品表面電鍍黃銅、紫銅、或青銅等后進(jìn)行化學(xué)氧化而形成黑褐色氧化皮膜，再利用拉絲技術(shù)破壞部分黑褐色氧化皮膜，露出新鮮的銅表面，從而形成雙色。
[0004]在產(chǎn)品表面進(jìn)行電鍍雖然可獲得高防腐、高耐磨且裝飾性強(qiáng)的鍍層，但是電鍍工藝存在公認(rèn)的缺點(diǎn):產(chǎn)出大量含有害化學(xué)物質(zhì)的廢水，嚴(yán)重污染環(huán)境，因此亟需改進(jìn)。為此，采用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)替代電鍍技術(shù)制備雙色膜。PVD技術(shù)是一種無毒、環(huán)保、零排放、環(huán)境友好的表面處理技術(shù)，是利用某種物理過程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)、離化或受到能量粒子轟擊時(shí)物質(zhì)表面的 原子濺射等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)原子從源物質(zhì)到待沉積位置的可控轉(zhuǎn)移過程，其最大特點(diǎn)是:薄膜是在真空條件，以及原子、分子尺度沉積得到的，因此致密性更高、缺陷更少、性能更優(yōu)。
[0005]采用PVD鍍膜技術(shù)在產(chǎn)品表面制備雙色膜的處理過程稱為PVD雙色拉絲處理，具體為:首先在工件表面采用PVD技術(shù)先后沉積底層膜與表層黑色膜，再利用拉絲技術(shù)破壞黑色膜，露出底層膜，從而形成雙色。
[0006]PVD雙色拉絲處理中，表層黑色膜的選擇至關(guān)重要，一方面需要與底層膜具有優(yōu)異的結(jié)合力，另一方面要求在拉絲過程中容易與底層膜相分層。目前，通常選用的表層黑色膜為金屬碳化物，例如Tic、TiCN, CrN, ZrC等，該類物質(zhì)具有高硬度、脆性大的特點(diǎn)，但是作為PVD雙色拉絲處理中的表層黑色膜時(shí)，常常存在以下問題:
[0007](I)拉絲力度較小時(shí)無法破壞該表層黑色膜，加大拉絲力度時(shí)又容易同時(shí)破壞底層膜與表層黑色膜而露出工件基底；
[0008](2)利用PVD技術(shù)沉積該表層黑色膜時(shí)，經(jīng)常是通過調(diào)整碳源氣體以及氮?dú)饬髁縼碚{(diào)節(jié)該黑色膜黑度，但是在實(shí)際操作中，往往存在流量控制不穩(wěn)定、爐腔內(nèi)氣體分布不均勻的問題，因此容易導(dǎo)致同爐不同位置處得到的沉積薄膜以及不同爐的沉積薄膜之間產(chǎn)生較大顏色差異，顏色的一致性不易控制；另外，對(duì)于黑度較高的產(chǎn)品，需要高氣體流量進(jìn)行沉積，容易引起靶中毒；
[0009](3)該黑色硬質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，加熱或紫外光輻照后容易發(fā)生變色。
[0010]因此，表層黑色薄膜的制備是PVD技術(shù)在雙色拉絲表面處理能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵之一，而采用金屬碳化物薄膜作為表層黑色膜時(shí)拉絲工藝不穩(wěn)定、控制困難，產(chǎn)品合格率低。
[0011]申請(qǐng)?zhí)枮?01210269744.4的中國發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種金屬件雙色拉絲干式鍍膜方法，其中采用PVD鍍膜技術(shù)制備雙色薄膜；但是，其中仍然采用傳統(tǒng)的金屬碳化物，如CrC、TiC等作為黑色膜層，因此仍然沒有解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的技術(shù)目的是針對(duì)PVD雙色拉絲處理中，采用金屬碳化物作為黑色膜的不足，提供一種工件表面PVD雙色拉絲處理的新方法，
[0013]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為:一種工件表面的PVD雙色拉絲處理方法，其特征是:首先，采用PVD技術(shù)在工件表面沉積底層膜；然后，采用磁控濺射方法，以石墨為靶材，在底層膜表面濺射沉積類石墨層作為黑色膜；最后，進(jìn)行拉絲處理，得到雙色膜。
[0014]所述的底層膜材料不限，包括T1、Zr、Cu等純金屬，TiN, ZrN等金屬氮化物，以及TiCN等金屬碳氮化合物與金屬氧化物等。
[0015]采用PVD技術(shù)在工件表面沉積底層膜，包括但不限于磁控濺射、多弧離子鍍等方法。
[0016]所述的類石墨層為非晶碳結(jié)構(gòu)，主要成分由SP2雜化態(tài)的石墨相組成，具有類似石墨的性能特征，因此稱為“類石墨層”。
[0017]所述的磁 控濺射沉積類石墨層的具體過程為:將表面沉積底層膜的工件置于磁控濺射裝置的真空腔室內(nèi)，通入Ar氣，開啟磁控濺射源，以石墨為靶材，向工件施加脈沖負(fù)偏壓，濺射石墨靶材沉積類石墨層。作為優(yōu)先，所述的脈沖負(fù)偏壓為-30V~-150V ;進(jìn)一步優(yōu)選，所述的脈沖負(fù)偏壓為-30V~-70V。
[0018]通過調(diào)節(jié)沉積時(shí)間能夠調(diào)整所述類石墨層的厚度，從而對(duì)所述黑色膜的黑度進(jìn)行調(diào)整。
[0019]綜上所述，本發(fā)明采用磁控濺射技術(shù)在底層膜表面沉積類石墨層作為黑色膜，與現(xiàn)有技術(shù)中采用的金屬碳化物等作為黑色膜相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020](I)利用磁控濺射的方法濺射靶材時(shí)具有離化率低的特點(diǎn)，當(dāng)濺射石墨靶時(shí)能夠獲得主要成分為SP2雜化的石墨相，具有類似石墨的性能特征，稱為類石墨薄膜，該薄膜一方面與底層膜具有良好的結(jié)合力，另一方面由于其硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于DLC以及金屬碳化物，例如TiC、TiCN, ZrC等硬質(zhì)黑色薄膜，因而在外力作用下容易實(shí)現(xiàn)與底層膜的分層，從而便于通過拉絲處理對(duì)類石墨層進(jìn)行破壞、露出底層膜，使工件表面呈現(xiàn)雙色，而不會(huì)出現(xiàn)表層黑色膜無法拉掉，或者將表層黑色膜與底層膜同時(shí)拉掉的現(xiàn)象；進(jìn)一步地，通過對(duì)基體脈沖負(fù)偏壓的優(yōu)選，進(jìn)一步保證了表層黑色薄膜與底層膜的分層，實(shí)現(xiàn)了拉絲工藝的順利進(jìn)行。
[0021](2)本發(fā)明中，類石墨層的黑度隨著厚度的增加逐漸加深，通過改變沉積時(shí)間就能夠調(diào)整該石墨層的厚度，從而獲得所需要的不同黑度的薄膜；而現(xiàn)有技術(shù)中，PVD金屬碳化物黑色膜，如TiC、TiCN、ZrC等的厚度往往是通過調(diào)節(jié)氮?dú)庖约疤荚礆怏w流量而調(diào)節(jié)的；與調(diào)節(jié)氣流量相比，調(diào)整沉積時(shí)間能夠消除氣體質(zhì)量流量計(jì)誤差對(duì)顏色造成的干擾，以及高氣體流量造成的靶中毒，且操作簡(jiǎn)單，易于控制。
[0022](3)本發(fā)明中，該類石墨層的結(jié)構(gòu)、成分穩(wěn)定，加熱或紫外光輻照后不會(huì)發(fā)生變色?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。
[0024]實(shí)施例1:
[0025]本實(shí)施例中，對(duì)工件表面進(jìn)行PVD雙色拉絲處理以得到青古銅雙色表面，具體包括如下步驟:
[0026](1)采用PVD技術(shù)在工件表面沉積ZrN底層膜；
[0027](2)將步驟(1)處理后的工件置于磁控濺射裝置的真空腔室內(nèi)，通入Ar氣，以石墨為靶材，開啟磁控濺射源，向工件基體施加脈沖負(fù)偏壓-50V，濺射石墨靶材，在工件的ZrN底層膜表面沉積類石墨層300nm ；
[0028]經(jīng)測(cè)試，該類石墨層的Lab值為51.12，-0.14，-0.16 ；
[0029](3 )采用拉絲輪在工件表面進(jìn)行拉絲處理，該拉絲輪破壞了表層類石墨層，使底層膜露出，得到了青古銅雙色表面。
[0030]實(shí)施例2:
[0031]本實(shí)施例中，對(duì)工件表面進(jìn)行PVD雙色拉絲處理以得到古鎳雙色表面，具體包括如下步驟:
[0032](I)采用PVD技術(shù)在工件表面沉積CrN底層膜；
[0033](2)將步驟(1)處理后的工件置于磁控濺射裝置的真空腔室內(nèi)，通入Ar氣，以石墨為靶材，開啟磁控濺射源，向工件基體施加脈沖負(fù)偏壓-50V，濺射石墨靶材，在工件的CrN底層膜表面沉積類石墨層500nm ；
[0034]經(jīng)測(cè)試，該類石墨層的Lab值為49.46，-0.08，-0.09 ；
[0035](3 )采用拉絲輪在工件表面進(jìn)行拉絲處理，該拉絲輪破壞了表層類石墨層，使底層膜露出，得到了古鎳雙色表面；未出現(xiàn)表層類石墨層無法拉掉，或者類石墨層與CrN底層膜同時(shí)被拉掉的現(xiàn)象；未出現(xiàn)表層類石墨層無法拉掉，或者類石墨層與CrN底層膜同時(shí)被拉掉的現(xiàn)象。
[0036]實(shí)施例3:
[0037]本實(shí)施例中，對(duì)工件表面進(jìn)行PVD雙色拉絲處理以得到紅古銅雙色表面，具體包括如下步驟:
[0038](I)采用PVD技術(shù)在工件表面沉積Cu底層膜；
[0039](2)將步驟(1)處理后的工件置于磁控濺射裝置的真空腔室內(nèi)，通入Ar氣，以石墨為靶材，開啟磁控濺射源，向工件基體施加脈沖負(fù)偏壓-30V，濺射石墨靶材，在工件的Cu底層膜表面沉積類石墨層SOOnm ；
[0040]經(jīng)測(cè)試，該類石墨層的Lab值為42.56，-0.07，-0.06 ；
[0041 ] (3 )采用拉絲輪在工件表面進(jìn)行拉絲處理，該拉絲輪破壞了表層類石墨層，使底層膜露出，得到了紅古銅雙色表面；未出現(xiàn)表層類石墨層無法拉掉，或者類石墨層與Cu底層膜同時(shí)被拉掉的現(xiàn)象。
[0042] 以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改和改進(jìn) 等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種工件表面的PVD雙色拉絲處理方法，其特征是:首先，采用PVD技術(shù)在工件表面沉積底層膜；然后，采用磁控濺射方法，以石墨為靶材，在底層膜表面濺射沉積類石墨層作為黑色膜；最后，進(jìn)行拉絲處理，得到雙色膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工件表面的PVD雙色拉絲處理方法，其特征是:采用磁控濺射方法或者多弧離子鍍的方法在工件表面沉積底層膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工件表面的PVD雙色拉絲處理方法，其特征是:所述的底層膜材料為純金屬、金屬氮化物、金屬碳氮化合物與金屬氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工件表面的PVD雙色拉絲處理方法，其特征是:通過調(diào)節(jié)沉積時(shí)間調(diào)整所述類石墨層的厚度，從而對(duì)所述黑色膜的黑度進(jìn)行調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的工件表面的PVD雙色拉絲處理方法，其特征是:在底層膜表面濺射沉積類石墨層的過程為:將表面沉積底層膜的工件置于磁控濺射裝置的真空腔室內(nèi)，通入Ar氣，開啟磁控濺射源，以石墨為靶材，向工件施加脈沖負(fù)偏壓，濺射石墨靶材沉積類石墨層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的工件表面的PVD雙色拉絲處理方法，其特征是:所述的脈沖負(fù)偏壓為-30V~-150V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的工件表面的PVD雙色拉絲處理方法，其特征是:所述的脈沖負(fù)偏壓為-30V~-70V`。
【文檔編號(hào)】C23C14/58GK103882395SQ201410017751
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】張棟, 汪愛英, 柯培玲, 孫麗麗 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所