一种黑色导电PVD薄膜的制作方法

本实用新型属于真空镀膜技术领域，具体涉及一种基于物理气相沉积(PVD) 技术制成的黑色导电PVD薄膜。

背景技术：

导电薄膜是一类特殊的材料，其第三维尺寸远小于平面二维尺寸，而且具有导电功能，可以实现一些特定的电子功能，导电薄膜由于其特殊的小尺寸和导电特性被广泛应用于3C产品中。

导电薄膜的种类繁多，如金属薄膜、透明导电氧化物薄膜、高分子导电薄膜、碳化物薄膜、氮化物薄膜、碳薄膜等材料。在碳化物材料中，碳化钨是黑色六方晶体，化学性质稳定，高硬度，高耐磨，高熔点及低的摩擦系数，是热和电的良好导体，由于优异的综合性能应用广泛。

国内外报道的碳化钨薄膜的使用方法有金属有机化学气相沉积(MOCVD)、磁控溅射和喷涂等工艺。

喷涂涂层膜厚较厚，成本高，主要应用于机械、切削工具、航空航天领域。

金属有机化学气相沉积主要应用在碳纤维上沉积膜层。

磁控溅射在碳化钨膜层的制备领域国外研究较多，主要集中在低温晶态膜、超硬膜、耐蚀膜、催化膜等方面，而在黑色导电涂层领域研究较少。

目前，3C产品对碳化钨黑色导电涂层有旺盛的需求，低成本制备高性能的黑色导电的碳化钨涂层对推动3C产品的发展非常重要。

技术实现要素：

基于上述现有技术的缺陷与不足，本实用新型的目的在于提供一种黑色导电PVD薄膜，该黑色导电PVD薄膜具有表面光滑细腻，耐腐蚀、耐候性，耐磨擦性能优异等特点，能够完全满足3C产品的要求。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种黑色导电PVD薄膜，所述黑色导电PVD薄膜沉积于基材表面，所述黑色导电PVD薄膜由基材表面从下往上依次包括：

底层，所述底层为单一金属底层；

第一过渡层，所述第一过渡层为钨合金镀层；

第二过渡层，所述第二过渡层为钨合金碳化物镀层；

功能层，所述功能层为导电碳化物镀层；

颜色层，所述颜色层为导电混合镀层。

进一步的，所述基材为不锈钢基材、玻璃基材、陶瓷基材或塑胶基材。

进一步的，所述单一金属底层为钛金属镀层、铬金属镀层或锆金属镀层中的一种。

进一步的，所述钨合金镀层为钛钨合金镀层、铬钨合金镀层或锆钨合金镀层中的一种。

进一步的，所述钨合金碳化物镀层为钛钨合金碳化物镀层、铬钨合金碳化物镀层或锆钨合金碳化物镀层中的一种。

进一步的，所述导电碳化物镀层为碳化钨镀层。

进一步的，所述导电混合镀层为非晶碳和碳化钨的混合镀层。

进一步的，所述黑色导电PVD薄膜的厚度为1-5微米。

本实用新型的有益效果为：所述黑色导电PVD薄膜的方块电阻为10～2000(Ω/sq)，膜厚1～5um，颜色L＝28～40，a＝-0.3～0.3，b＝-1～1，硬度：500～1500HV，具有表面光滑细腻，耐腐蚀、耐候性、耐磨擦性能优异、电阻低的特点。

附图说明

图1为实施例所述黑色导电PVD薄膜的结构示意图。

图中：1-基材，2-底层，3-第一过渡层，4-第二过渡层，5-功能层，6-颜色层。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种黑色导电PVD薄膜，所述黑色导电PVD薄膜沉积于基材表面，所述黑色导电PVD薄膜由基材表面从下往上依次包括：

底层，所述底层为单一金属底层；底层用于提高与基材的附着力。

第一过渡层，所述第一过渡层为钨合金镀层；第一过渡层用于提高第二过渡层与底层的附着力。

第二过渡层，所述第二过渡层为钨合金碳化物镀层；第二过渡层采用梯度沉积，可以提高附着力，又可以提高膜层的致密性。

功能层，所述功能层为导电碳化物镀层；功能层用于保证膜层致密，表面光滑细腻，耐磨性能，导电性能，颜色接近所要求的黑色，该层膜厚最厚。

颜色层，所述颜色层为非晶碳和碳化钨的导电混合镀层。

所述基材为不锈钢基材、玻璃基材、陶瓷基材或塑胶基材。

具体的，所述单一金属底层为钛(Ti)金属镀层、铬(Cr)金属镀层或锆(Zr)金属镀层中的一种。

具体的，所述钨合金镀层为钛钨合金(TiW)镀层、铬钨合金(CrW)镀层或锆钨合金(ZrW)镀层中的一种。

具体的，所述钨合金碳化物镀层为钛钨合金碳化物镀层、铬钨合金碳化物镀层或锆钨合金碳化物镀层中的一种。

具体的，所述导电碳化物镀层为碳化钨镀层。

具体的，所述非晶碳和碳化钨的导电混合镀层中，非晶碳的结构主要是SP2 结构。

具体的，所述黑色导电PVD薄膜的厚度为1～5微米。

所述黑色导电PVD薄膜的制备方法步骤为：

第一步：镀膜之前先对基材进行超声清洗，清洗掉工件基材表面的油污、腊和颗粒物等；

第二步：对真空腔体内进行抽真空，抽至真空腔体内的真空值为2～9×10^-4Pa，然后通过加热管对真空腔体内进行加热，加热温度为80～300℃；

第三步：在真空腔体内对放置在工件转架上的工件基材使用线性离子源进行离子清洗，清洗时间为10～50min，Ar:5～50ml/min，真空度：0.01～0.2Pa，离子源电压200～2000V，工件偏压200～1800V，占空比30～70％；

第四步：利用金属靶中频磁控溅射沉积底层，沉积时间10～40min，真空度：0.1～1.0Pa，Ar:50～250ml/min，靶电流15～30A，工件偏压：10～200V，占空比 30～70％，金属靶为Ti、Cr、Zr中的一种；

第五步：利用金属靶中频磁控溅射沉积第一过渡层，沉积时间10-40min，真空度：0.1～1.0Pa，Ar:50～250ml/min，靶电流15～30A，工件偏压：10～200V，占空比30～70％，金属靶为Ti、Cr、Zr中的一种和钨(W)；

第六步：利用两个金属靶和反应气体中频反应磁控溅射沉积第二过渡层，反应气体是含碳的有机气体，如乙炔，甲烷等，沉积时间20～80min，真空度： 0.1～1.0Pa，Ar:50～250ml/min，含碳气体流量：0～200ml/min，逐渐增大流量，第一金属(Ti、Cr、Zr中的一种)靶电流从20～30A逐渐减少至0A，第二金属W 靶电流从0A逐渐增大到20～30A，工件偏压：10～200V，占空比30～80％；

第七步：利用钨靶与反应气体沉积功能层，沉积时间30～180min，靶电流 20～30A，Ar:50～250ml/min，含碳气体流量50～250ml/min，工件偏压：10～250V，占空比30～80％，保持合适流量，确保膜层主要成分是碳化钨；

第八步：利用钨靶与反应气体沉积颜色层，沉积时间10～60min，靶电流 10-20A，Ar:50～250ml/min，含碳气体流量150～400ml/min，工件偏压：10～100V，占空比30～80％，保持合适流量，膜层主要成分是WC和非晶碳，非晶碳多时电阻大，颜色深；

最后降温至100℃后出炉。

本实用新型的有益效果是：所述黑色导电PVD薄膜的方块电阻为10～2000(Ω /sq)，膜厚1～5um，颜色L＝28～40，a＝-0.3～0.3，b＝-1～1，硬度：500～1500HV，具有表面光滑细腻，耐腐蚀、耐候性、耐磨擦性能优异、电阻低的特点，能满足客户的特殊要求。

实施例2

一种黑色导电PVD薄膜，沉积在不锈钢基材表面，所述黑色导电PVD薄膜由不锈钢基材表面从下往上依次包括：

底层，所述底层为铬金属(Cr)镀层；

第一过渡层，所述第一过渡层为铬钨合金(CrW)镀层；

第二过渡层，所述第二过渡层为CrW的碳化物镀层；

功能层，所述功能层为碳化钨镀层；

颜色层，所述颜色层为非晶碳和碳化钨的混合镀层。

所述黑色导电PVD薄膜的制备方法为：

S1：将不锈钢基材超声清洗后，进炉；

S2：在真空腔体中抽真空至6×10^-4Pa，加热到250℃；

S3：然后对不锈钢基材进行离子清洗20min，离子源电压1800V，工件偏压 1500V，占空比50％，Ar:30ml/min，真空度0.1Pa；

S4：使用铬靶对不锈钢基材进行磁控溅射沉积底层Cr，溅射沉积时间 20min，靶电流20A，真空度0.42Pa，Ar:200ml/min，工件偏压：80V，占空比 50％，沉积温度200℃；

S5：使用铬靶、钨靶对不锈钢基材进行中频磁控溅射沉积第一过渡层CrW，溅射沉积时间20min，铬靶电流20A，钨靶电流从0A升到25A,Ar:180ml/min，真空度0.40Pa，工件偏压100V，占空比50％，沉积温度200℃；

S6：使用铬靶、钨靶和乙炔对不锈钢基材进行中频反应磁控溅射沉积第二过渡层CrW的碳化物，溅射沉积时间40min，铬靶电流从20A降到0A，钨靶电流25A,乙炔从20ml/min升到100ml/min，Ar:150ml/min，真空度0.42Pa，工件偏压100V，占空比50％，沉积温度200℃；

S7：使用钨靶和乙炔对不锈钢基材进行中频反应磁控溅射沉积功能层，溅射沉积时间80min，钨靶电流25A，乙炔从100ml/min升到150ml/min，Ar: 200ml/min，真空度0.43Pa，工件偏压100V，占空比60％，沉积温度200℃；

S8：使用钨靶和乙炔对不锈钢基材进行中频反应磁控溅射沉积颜色层(碳化钨和非晶碳的混合物)，溅射沉积时间20min，钨靶电流15A，乙炔流量 150ml/min，Ar:150ml/min，真空度0.44Pa，工件偏压100V降到50V，占空比 60％，沉积温度200℃；

S9：降温至100℃后出炉。

测试结果：所得黑色导电PVD薄膜的膜厚2.32um，百格硬度5B，牛仔布耐磨擦、盐雾测试通过，表面光滑，外观良好，纳米硬度627nHV,颜色L＝36.02， a＝-0.13，b＝1.05，方块电阻100(Ω/sq)。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。