专利名称：非金属物品及其表面涂装方法
技术领域：
本发明涉及一种物品及其表面涂装的方法，特别是涉及一种非金属物品及其表面涂装方法。
背景技术：
一般来说，产品外观的质感或多或少都会影响购买者的购买意愿，因此，制造商都会特别重视产品外观所呈现出来的颜色光泽。以金属材质制成的产品，其本身已具有金属光泽，并不需要经过特别的处理，就能展现原有的色泽。但是对于非金属材质来说，则无金属特有的光泽，需改以在其外表面涂覆色层，以呈现出色泽。
近年来，一些非金属材料，如碳纤维、高分子材料、工程塑胶等，因其特有的性质，已逐渐被注重并进行研究开发，至今已在许多不同的领域中有了新的应用。就以碳纤维材质为例，因为其质量轻，又具有优良的强度、弹性与韧性，因此常被用于取代部分密度较高的重金属，例如应用高尔夫球杆、球棒、网球拍、羽球拍、曲棍球杆等打击用品，而使产品更为轻巧也具有更佳的强度与韧性。然而，碳纤维的外表是呈黑色，给人有种单调、质感不佳的感觉。因此，通常会另外再加上其它的颜色，以覆盖原有黑色的外观。
一般碳纤维的表面涂装，大致上是先在碳纤维素材表面上涂覆一层底漆。接着，在该底漆的表面再涂覆一层色漆。最后，在该色漆上再涂一透明的保护漆。为使色漆尽可能地附着于底漆上，在涂色漆之前，必须先对该底漆的外表面进行细研磨，而使其表面略呈粗糙。然而，以上述方法所制成的产品，所呈现出的色泽仍不如金属材质所展现的光泽与质感，由于色漆的附着力并不高，而且可能会有涂覆不均的问题，再加上色漆本身并不具有任何的强度，因此，当保护漆磨损剥离之后，则色漆也会容易被磨损而失去色泽。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种，非金属物品及其表面涂装方法，可使非金属物品呈现出金属色泽，提高美观并增加质感，同时，可提供更多种不同的金属光泽。
为达到上述目的，本发明的非金属物品，包括一以非金属材质制成的非金属基材、一基础漆膜层组、一金属陶瓷膜层，及一保护膜层。该基础漆膜层组具有一平整地涂覆于该非金属基材表面上的底漆膜层，该金属陶瓷膜层是镀覆于该基础漆膜层组上，并为金属材质与含碳素气体化合而成的金属陶瓷材质所制成，该保护膜层是呈透明状并包覆于该金属陶瓷膜层的表面。
本发明非金属物品的表面涂装方法，用于一非金属基材，并包括一基础漆涂覆步骤、一金属陶瓷镀膜步骤，及一保护膜涂覆步骤。该基础漆涂覆步骤是在该非金属基材上涂覆漆层并使之干燥硬化，该基础漆涂覆步骤具有一底漆涂覆步骤，其是在该非金属基材的表面上涂覆一底漆而形成一平整的底漆膜层。该金属陶瓷镀膜步骤是以真空磁控溅射方法，在该底漆膜层的表面上沉积一以金属材质与含碳素气体化合而成的金属陶瓷膜层。该保护膜涂覆步骤是在该金属陶瓷膜层的表面上涂覆透明的保护漆，以形成一可保护该金属陶瓷膜层的保护膜层。
本发明的功效在于利用该金属陶瓷膜层而使该非金属基材的表面呈现出金属光泽，透过调整该金属陶瓷膜层的金属材质与碳素量混合的比例，可呈现出更多种不同的金属色泽。例如当金属材质的含量比例较高时，可使该非金属物品的外观呈现出银白色的金属光泽；当碳素的含量比例较高时，则可使该非金属物品的外观变为暗沉而呈现出铁灰色的金属光泽。
图1是一剖面图，说明本发明非金属物品的较佳实施例；图2是一流程图，说明本发明非金属物品的表面涂装方法的较佳实施例；图3是一示意图，说明该较佳实施例是利用一真空磁控溅射设备，对一非金属基材进行磁控溅射作业；图4是一俯视示意图，用以辅助说明图3。
具体实施例方式
下面通过较佳实施例及附图对本发明的非金属物品及其表面涂装方法进行详细说明。
如图1所示，本发明非金属物品的较佳实施例，包括一非金属基材11、一基础漆膜层组12、一金属陶瓷膜层13，及一保护膜层14。
该非金属基材11是以碳纤维材质的非金属材质所制成，但也可以是玻璃纤维、硼纤维、高强度的工程塑胶，或是高强度的高分子材料等所制成。
该基础漆膜层组12具有一底漆膜层121，及一亮漆膜层122。该底漆膜层121是平整地涂覆于该非金属基材11的表面上。该亮漆膜层122是涂覆于该底漆膜层121的表面上，以提高其平整度与亮度，较佳地，是提升至近镜面程度。在实际操作时，该底漆膜层121的表面若是足够光滑，则并不一定要该亮漆膜层122。
该金属陶瓷膜层13镀覆于该基础漆膜层组12的亮漆膜层122表面上。该金属陶瓷膜层13是金属材质与含碳素气体化合而成的金属陶瓷材质所制成。在该较佳实施例中，所使用的金属材质是钛、铬、铁、镍或是锆金属，但也可以是上述金属材质的合金。所使用的含碳素气体则为碳氢化合物。其中是以分子量较小的化合物较为宜，例如甲烷(CH4)或是乙炔(C2H2)的碳氢化合物，因为上述气体的活性会较大，而易于与金属材质反应化合而成金属陶瓷化合物。
由于金属陶瓷化合物是熔合了金属与碳氢化合物两种材质，而兼有金属和陶瓷的优点，因此，具有较佳的硬度与耐磨性，并较使用单一金属材质高。同时，金属陶瓷比较不会因为骤冷或骤热而产生脆裂，在长期的使用下仍可保持原有的光泽而不易被磨损消失。较佳地，该金属陶瓷膜层13的厚度是在0.1～1微米(μm)之间。
在该金属陶瓷膜层13中，金属材质与气体内含碳素量的混合比例可在10∶1与1∶10之间调整，借此变化出更多不同的金属光泽。例如，当金属材质所占有的比例较高时，该金属陶瓷膜层13的颜色会偏向较为明亮的金属光泽，如呈银白色。随着碳素含量的增加，则该金属陶瓷膜层13的颜色会逐渐转为暗淡，例如是呈铁灰色的光泽。
该保护膜层14是呈透明状并包覆于该金属陶瓷膜层13的表面上，除了能让该金属陶瓷膜层13本身的金属光泽透出之外，更能多一层保护该金属陶瓷膜层13的效用，避免被直接刮伤而磨损。
如图2所示，并配合图1，本发明非金属物品的表面涂装方法的较佳实施例，用于如碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、工程塑胶，或是高分子材料的非金属基材11。该表面涂装方法包括一基础漆涂覆步骤21、一金属陶瓷镀膜步骤22，及一保护膜涂覆步骤23。
该基础漆涂覆步骤21具有一底漆涂覆步骤211，及一亮漆涂覆步骤212。该底漆涂覆步骤211是在该非金属基材11的表面上涂覆一层底漆并使之干燥硬化，而形成一平整的底漆膜层121。该亮漆涂覆步骤212是将一保护漆涂覆于在该底漆膜层121的表面上，以形成一亮漆膜层122，借此提高该底漆膜层121的平整度与亮度，较佳地，是可呈现近光滑镜面形态。在该较佳实施例中，是利用高温烘烤或是紫外线照射的方式，依序将该底漆膜层121与亮漆膜层122予以烘干硬化。在实际操作时，若所形成的底漆膜层121的光滑度足够，是可以不实施该亮漆涂覆步骤212。
应注意的是，在进行该基础漆涂覆步骤21之前，可视状况对非金属基材1的表面进行研磨、抛光，及防蚀等处理，以提升其附着性，其中，研磨、抛光与防蚀的处理为从事该项技艺人士所熟习，在此不予详述。
该金属陶瓷镀膜步骤22是以真空磁控溅射(Vacuum Magnetron Sputtering)的方法，对涂覆有底漆与保护漆的非金属基材11进行溅射镀膜，使该亮漆膜层122表面上沉积一以金属材质与含碳素气体化合而成的金属陶瓷膜层13。其中，所使用的金属材质是钛、铬、铁、镍或是锆金属，但也可以是上述金属材质的合金。所使用的含碳素气体则为碳氢化合物，如甲烷或是乙炔，而金属材质与气体内含碳素量的比例在10∶1与1∶10之间调配，借此变化出更多不同的金属光泽。
如图2～4所示，以下说明如何利用一真空磁控溅射设备3进行真空磁控溅射，使该金属陶瓷膜层13沉积于该亮漆膜层122的表面上。
该真空磁控溅射设备3包括一真空腔体31、一连通该真空腔体31的抽气单元32、一设置在该真空腔体31上的溅射单元33、一位于该真空腔体31内并与该溅射单元33相对应的工件载台34，及一可将如甲烷或是乙炔的碳氢化合物气体输入该真空腔体31的输气单元35。
该抽气单元32可将该真空腔体31内的空气抽出，而使该真空腔体31的压力低于一大气压。该溅射单元33具有一磁性件331、一设于该磁性件331前端面的金属靶材332，及一可将氩气输入该真空腔体31内的输气件333。该金属靶材332就是前述的金属材质，如钛、铬、铁、镍，或是锆金属其中之一所制成，但也可以是钛合金、铬合金、铁合金、镍合金，或是锆合金其中之一材质所制成。该工件载台34可供该非金属基材11放置，以进行表面溅镀作业。该工件载台34也可设计成可旋转的形式，以对该非金属基材11进行周面性的溅镀。
操作时，是以该抽气单元32将该真空腔体31内的空气抽出，该输气单元35也以适当流率输入含碳素气体，以制造真空度小于7×10-1帕(Pa)的低真空环境。当该溅射单元33的输气件333以适当的流量将气体输入该真空腔体31中，并配合高电压的使用，可产生游离带电的离子、电子，及中性的质子。为避免不必要的化学反应，该输气件333所使用的气体以惰性气体较为理想。其中，因为氩气(Ar)的质量较高，而且空气中也含有0.93％的氩气，价格上较为便宜，所以被选为输入的气体。
将该金属靶材332与负极电连接并通以负高压(如-300V～-800V)，同时，将该工件载台34与正极电连接或是接地。使两者之间存在着电位差，借以产生电场。此电场是用来加速氩离子移动，使其能以高速动能撞击该金属靶材332的表面。撞击时，氩离子会与该金属靶材332的原子进行能量的转移，而使表面上的金属离子被撞出溅射而脱离该金属靶材332，而朝放置于该工件载台34上的非金属基材11飞去并附着其表面。
由于该真空腔体31中已充满了含有碳素的气体，溅镀的过程中，金属离子会与含碳素气体产生反应化合而成为金属陶瓷化合物，并附着于该非金属基材11的表面上，而形成一金属陶瓷膜层13。在该较佳实施例中，所形成的金属陶瓷膜层13的厚度是在0.1～1μm。值得一提的是，以金属陶瓷材质制成的金属陶瓷膜层13，其硬度比单纯使用单一金属的镀膜来得高，具有更佳的保护效果，使该非金属基材11、底漆膜层121，及亮漆膜层122不易被刮伤磨损。
真空磁控溅射技术的主要特点是利用该溅射单元33的磁性件331所形成的磁场，来控制氩离子撞击该金属靶材332时所产生的二次电子的运动，例如使电子以螺旋状运动前进，增长电子的运动路线与扩大其运动范围，达到提高碰撞氩气以形成氩离子的机会。因为氩离子增加了，相对的也提高溅镀的速率。
由于该磁性件331的磁场效应，会将电子约束于该金属靶材332附近，而不去碰击该非金属基材11，因此，也比较不会导致该非金属基材11的温升，避免因温度过高而使得该底漆膜层121与亮漆膜层122产生软化变形，而不致于影响平整度的问题。在该较佳实施例中，能将该底漆膜层121与亮漆膜层122的温度控制在200℃以下，较佳地，是控制在150℃以下。
近年来，由于镀膜技术的进步，逐渐开发出多种应用磁控原理的真空磁控溅射技术，例如圆柱形磁控溅射、圆盘式平板磁控溅射、长形式平板磁控溅射，以及圆锥形磁控溅射等，而上述的磁控溅射技术均能应用在本发明上，不应以此局限本发明的权利要求范围。
如图1、2所示，该保护膜涂覆步骤23是在该金属陶瓷膜层13的表面上涂覆透明的保护漆，以形成一可保护该金属陶瓷膜层13的保护膜层14。在该较佳实施例中，可以利用高温烘烤或是紫外线照射的方式，使该保护膜层14干燥并硬化。利用呈透明的保护膜层14，可让该金属陶瓷膜层13的金属光泽透出，以增加美观与质感。
如图1、4所示，由上述说明可知，本发明在实际操作上，具有下述几项优点一、可产生金属光泽由于该金属陶瓷膜层13中含有金属的成份，当然可呈现出金属的光泽，以提高其质感。
二、可呈现出更多不同的色泽借由控制该金属靶材332溅镀的速率与含碳素气体输入的流量，来调整金属材质与碳素的比例，借此制造出许多种不同色泽的外观，提高其购买的意愿。
三、耐磨性好，可延长使用期限由于该金属陶瓷膜层13是金属陶瓷化合物所制成，其硬度较单一金属材质的硬度来得高，因此具有较佳的耐磨性，进而延长该非金属基材11的使用期限。
四、表面涂装层具有较高的附着性因为该金属陶瓷膜层13是以真空磁控溅射方法沉积，利用氩离子被高压电场加速而具有较高的动量，在撞击靶材时也可将高动量转换给金属原子，而以较高的速度附着于该亮漆膜层122上，所以有较高的附着性，而较不易产生剥离的现象。
五、具有较佳的平整性由于本发明是利用真空磁控溅射方法，透过该溅射单元33的磁性件331的磁场效应，使得游离的电子会被约束于该金属靶材332的附近，而不会去撞击该底漆膜层121与亮漆膜层122，因此，其温升幅度并不大，不致于因温升而使该底漆膜层121与与亮漆膜层122发生软化变形的现象，能维持较佳的平整性。
归纳上述，本发明的非金属物品及其表面涂装方法，是利用真空磁控溅射方法，使该金属陶瓷膜层13有较佳的附着性，而且也不会让该亮漆膜层122温升过高，能维持其原有的平整度。再者，以金属陶瓷材质制成的金属陶瓷膜层13，其耐磨性也较使用单一金属的膜层来的好。重要的是，本发明可透过调整该金属陶瓷膜层13中的金属材质与碳素量的比例，增加使该非金属基材11上的金属陶瓷膜层13所呈现的色泽，当金属材质的含量较碳素量高时，是呈现银白色的金属光泽；当碳素量含量较金属材质高时，是呈现暗淡的铁灰色金属光泽，可提供给更多样的色泽，所以确实能达到本发明的目的。
权利要求
1.一种非金属物品，其特征在于该非金属物品包括一非金属基材、一基础漆膜层组、一金属陶瓷膜层，及一保护膜层，该基础漆膜层组具有一平整地涂覆于该非金属基材表面上的底漆膜层，该金属陶瓷膜层是镀覆于该基础漆膜层组上，且该金属陶瓷膜层是金属材质与含碳素气体化合而成的金属陶瓷材质所制成，该保护膜层是呈透明状并包覆于该金属陶瓷膜层的表面上。
2.如权利要求1所述的非金属物品，其特征在于该金属陶瓷膜层中所使用的金属材质是选自下列其中之一材质钛、铬、铁、镍、锆，及上述金属材质的合金。
3.如权利要求1所述的非金属物品，其特征在于该金属陶瓷膜层所使用的含碳素气体为碳氢化合物的气体。
4.如权利要求3所述的非金属物品，其特征在于该碳氢化合物的气体是选自下列其中之一气体甲烷，以及乙炔。
5.如权利要求1所述的非金属物品，其特征在于该金属陶瓷膜层中所使用的金属材质是选自下列其中之一材质钛、铬、铁、镍、锆，及上述金属材质的合金，该金属陶瓷膜层所使用的含碳素气体是选自下列其中之一气体甲烷，及乙炔。
6.如权利要求1所述的非金属物品，其特征在于该金属陶瓷膜层中的金属材质与碳素量的混合比例是在10∶1～1∶10之间。
7.如权利要求1所述的非金属物品，其特征在于该金属陶瓷膜层的厚度为0.1～1微米。
8.如权利要求1所述的非金属物品，其特征在于该非金属基材是选自下列其中之一材质碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、工程塑胶，及高分子材料所制成。
9.如权利要求1所述的非金属物品，其特征在于该基础漆膜层组还具有一涂覆于该底漆膜层表面上的亮漆膜层。
10.一种非金属物品的表面涂装方法，用于一非金属基材，其特征在于该表面涂装方法包括一基础漆涂覆步骤、一金属陶瓷镀膜步骤，及一保护膜涂覆步骤，该基础漆涂覆步骤是在该非金属基材的表面上涂覆至少一漆层，该基础漆涂覆步骤具有一底漆涂覆步骤，该底漆涂覆步骤是在该非金属基材的表面上涂覆一底漆而形成一平整的底漆膜层，该金属陶瓷镀膜步骤是以真空磁控溅射方法，在该底漆膜层的表面上沉积一以金属材质与含碳素气体化合而成的金属陶瓷膜层，该保护膜涂覆步骤是在该金属陶瓷膜层的表面上涂覆透明的保护漆，以形成一保护膜层。
11.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于该金属陶瓷镀膜步骤所使用的金属材质是选自下列其中之一材质钛、铬、铁、镍、锆，及上述金属材质的合金。
12.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于该金属陶瓷镀膜步骤所使用的含碳素气体为碳氢化合物气体。
13.如权利要求12所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于所述碳氢化合物的气体是选自下列其中之一甲烷，及乙炔。
14.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于该金属陶瓷镀膜步骤所使用的金属材质是选自下列其中之一材质钛、铬、铁、镍、锆，及上述金属材质的合金，而所使用的含碳素气体是选自下列其中之一甲烷，及乙炔。
15.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于在该金属陶瓷镀膜步骤中，该金属陶瓷膜层中的金属材质与碳素量的比例是在10∶1～1∶10之间。
16.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于在该金属陶瓷镀膜步骤中，进行真空磁控溅射时，将该非金属基材上的底漆膜层温度控制在200℃以下，以防止其软化变形。
17.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于在该金属陶瓷镀膜步骤中，所形成的金属陶瓷膜层厚度为0.1～1微米。
18.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于在该基础漆涂覆步骤的底漆涂覆步骤中，是利用高温烘烤方式，使底漆干燥硬化。
19.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于在该基础漆涂覆步骤的底漆涂覆步骤中，是利用紫外线照射方式，使底漆干燥硬化。
20.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于在该保护膜涂覆步骤中，是利用紫外线照射方式，使保护漆干燥硬化。
21.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于在该保护膜涂覆步骤中，是利用高温烘干方式，使保护漆干燥硬化。
22.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于该基础漆涂覆步骤还具有一位于该底漆涂覆步骤之后的亮漆涂覆步骤，是将保护漆涂覆于该底漆膜层上并使之干燥硬化。
23.如权利要求10所述非金属物品的表面涂装方法，其特征在于该非金属基材是选自下列材质其中之一碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、工程塑胶，及高分子材料。
全文摘要
本发明公开了一种非金属物品及其表面涂装方法，该非金属物品包括一非金属基材、一基础漆膜层组、一金属陶瓷膜层，及一保护膜层，该基础漆膜层组具有一涂覆该非金属基材上的底漆膜层，该金属陶瓷膜层是利用真空磁控溅射方法，于该基础漆膜层组的表面上沉积一以金属材质与含碳素气体化合而成的金属陶瓷材质，该保护膜层是在该金属陶瓷膜层的表面上涂覆透明的保护漆。借由调整金属材质与碳素量的混合比例，使该非金属基材的表面能呈现出更多种不同的色泽。
文档编号C23C14/34GK101024319SQ20061000769
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月17日 优先权日2006年2月17日
发明者蔡建松, 黄丽花, 杨明晃, 张义忠 申请人:明安国际企业股份有限公司