Pvd复合膜层及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及PVD镀膜领域，具体而言，涉及PVD复合膜层及其制备方法。该PVD复合膜层，包括金属锆层和氮化钛层，所述金属锆层镀覆在基体上，所述氮化钛镀层镀覆在所述金属锆层上。该PVD复合膜层的制备方法，包括：清洗基体表面；在清洗后的所述基体表面镀金属锆层；在所述金属锆层上镀氮化钛层。本发明提供的PVD复合膜层及其制备方法，增强了氮化钛层抵抗还原酸腐蚀的能力，使得镀膜产品遇到还原酸时，可以延缓产品表面的氮化钛层的脱落速度，延长镀件表面的金黄色装饰保持的时间。
【专利说明】PVD复合膜层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及PVD镀膜领域，具体而言，涉及PVD复合膜层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]物理气相沉积技术(Physical Vapor Deposition, PVD)是指在真空条件下,采用物理方法，将靶材一固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。由于PVD工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基材结合力强等特点得到了快速的发展。
[0003]随着人们生活水平的不断提高，对建筑装饰、装潢及各类生活用品的要求越来越高，具有美观装饰作用的PVD镀膜在建筑装饰、装潢产品、机电产品和日常生活用品、装饰品、汽车部件、机械零部件中均得到了广泛的应用。尤其是具有金黄色的PVD镀膜得到了快速发展。
[0004]相关技术中，具有美观装饰作用的金黄色的PVD镀膜一般是通过在基材上真空镀氮化钛膜层获得。
·[0005]但是，上述氮化钛膜层与基体之间的结合力弱，镀膜产品遇到还原酸时会使得表面的氮化钛膜层脱落比较快，从而使得镀膜产品表面的金黄色褪色快，保持的时间短，镀膜产品的外观受到影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供PVD复合膜层及其制备方法，以解决上述的问题。
[0007]在本发明的一个实施例中提供了 PVD复合膜层，包括金属锆层和氮化钛层，所述金属锆层镀覆在基体上，所述氮化钛镀层镀覆在所述金属锆层上。
[0008]在本发明的另一个实施例中提供了 PVD复合膜层的制备方法:包括:
[0009]清洗基体表面；
[0010]在清洗后的所述基体表面镀金属锆层；
[0011 ] 在所述金属锆层上镀氮化钛层。
[0012]本发明上述实施例的PVD复合膜层及其制备方法，通过在基体表面镀覆金属锆层，增加氮化钛层与基体之间的结合力，从而增强氮化钛层抵抗还原酸腐蚀的能力，使得镀膜产品遇到还原酸时，可以延缓产品表面的氮化钛层的脱落速度，延长镀件表面的金黄色装饰保持的时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1示出了本发明实施例提供的PVD复合膜层的结构示意图。
[0014]图中各符号的含义如下:
[0015]I金属错层,2氮化钛层,3基体,4金属铬层,5氧化错层。【具体实施方式】
[0016]下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0017]参见图1，本发明实施例提供的PVD复合膜层，包括金属锆层I和氮化钛层2，其中，金属锆层I镀覆在基体3上，氮化钛层2镀覆在金属锆层I上。
[0018]本发明实施例提供的PVD复合膜层，通过在基体表面镀覆金属锆层，增加氮化钛层与基体之间的结合力，从而增强氮化钛层抵抗还原酸腐蚀的能力，使得镀膜产品遇到还原酸时，可以延缓产品表面的氮化钛层的脱落速度，延长镀件表面的金黄色装饰保持的时间。
[0019]相关技术中，镀膜中的氮化钛为化合物，具有较高的脆性，与基体之间的结合力弱。而氮化钛与还原酸(如醋酸或盐酸)之间会发生会化学反应，氮化钛膜层与基体之间的结合力越弱，其与还原酸之间的化学反应速率越快，氮化钛膜层被腐蚀的越快。从而造成镀膜产品表面的金黄色褪色快，保持的时间短。
[0020]为了增加金黄色的氮 化钛与基体之间的结合力，本发明采用了复合膜层，在金黄色的氮化钛层与基体之间镀金属锆层。由于金属锆具有良好的延展性，采用PVD技术将金属锆镀覆在基体表面时，整个基体表面牢固的结合金属锆。然后再向金属锆层上镀覆氮化钛层，从而可以增加氮化钛层在镀件上的附着力，进而增强氮化钛对还原酸的抵抗能力，延长镀件表面氮化钛层的保持时间，延长镀件表面的金黄色装饰的保持时间。
[0021]此外，金属锆在空气、氧化性溶液、还原酸(例如醋酸或盐酸等)等介质中能够形成致密的二氧化锆膜，这个膜层具有比钛氧化膜更高的致密性，且属于单斜结构，在1000°c以下极为稳定，按照成相膜理论，这种二氧化锆保护膜会作为一个独立相存在，把基体与介质隔开，使基体在介质中的腐蚀速度大大降低，从而保护基体不被进一步的腐蚀，当二氧化锆保护膜被破坏时，容易发生自钝化，重新恢复钝态。因此，采用金属锆层镀覆在基体表面，即使氮化钛层被介质腐蚀，金属锆层也会对基体进行强有力的保护。
[0022]金属锆为灰白色，当金属锆层的厚度较大时，灰白色会比较重，从而影响镀件需要的金黄色；当金属锆层的厚度较小时，不能完全覆盖整个基体表面，从而影响复合膜层与基体的结合力。因此，在不影响镀件金黄色以及复合膜层与基体结合力的基础上，金属锆层的厚度应当综合考虑基体的材料和经济性。本发明实施例提供的复合膜层采用的金属锆层的厚度优选100_120nm。
[0023]具有装饰美观作用的PVD镀膜主要利用氮化钛层的金黄色，因此，氮化钛层的厚度需要使整个镀件表面被完全覆盖，且显示均匀的金黄色。为了实现上述目的，本发明实施例优选氮化钛层的厚度为100-200nm。
[0024]本发明实施例提供的复合膜层，还包括金属铬层4，其中金属铬层4位于金属锆层I与氮化钛层2之间。
[0025]铬是最硬的金属，在镀膜行业，经常在眼镜的金属架子、表带、汽车车灯、自行车车把与钢圈、铁栏杆、照相机架子等产品中镀一层铬，以提高镀膜产品的硬度和亮度。本发明中，采用金属铬层来提高复合膜层的硬度和亮度。同时，为了保证镀件表面的金黄色，本发明中，将金属铬层镀覆在金属锆层上，然后在金属铬层上再镀覆氮化钛层，即氮化钛层位于复合膜层的表面。[0026]电镀铬主要是为了提高复合膜层的硬度，因此选择铬层的电镀厚度时，首先需要考虑的是其对复合膜层厚度的影响，其次需要考虑的是铬层与其他膜层之间的结合力大小。一般情况下，所镀的铬层越薄，与电镀膜层的结合力越大，越不容易脱落；此外还需要考虑复合膜层的整体厚度，一般情况下，基体上的镀膜不会很厚，一方面是因为镀膜太厚成本会很高，另一方面是因为镀膜太厚会影响镀件的美观，尤其是对于装饰镀膜，一般不会太厚。因此，综合考虑上述因素，本发明电镀的金属铬层的厚度优选为100-120nm。
[0027]本发明实施例提供的复合膜层，还包括氧化锆层5，其中，氧化锆层5镀覆在氮化钦层2上。
[0028]氮化钛具有受欢迎的金黄色，因此在装饰镀膜中应用广泛。但是，氮化钛膜层具有较高的亲水性，表面具有氮化钛膜层的产品在使用过程中，表面会经常残留水溃，从而使镀膜产品失去光泽，使用时间长了以后甚至会引起氧化褪色。
[0029]而氧化锆膜层是透明的，且氧化锆属于疏水性物质，将氧化锆电镀在产品的表面，既可以保证镀膜产品表面显示氮化钛膜层的金黄色，又可以使镀膜产品的表面的亲水性下降，减少镀膜产品表面的水溃污溃残留，从而既使得镀膜产品表面易于清洁保养，又减少了镀膜产品被液体腐蚀的几率。
[0030]具体地，本发明实施例提供的复合膜层，其中的氧化锆层的厚度优选为50_100nm。
[0031]上述PVD复合膜层的制备方法，包括:
[0032]清洗基体3表面；
[0033]在清洗后的基体3表面镀金属锆层I ;
[0034]在金属锆层I上镀氮化钛层2。
[0035]通过在基体表面镀覆金属锆层，增加氮化钛层与基体之间的结合力，从而增强氮化钛层抵抗还原酸腐蚀的能力，延缓氮化钛层的脱落，延长镀件表面的金黄色装饰保持的时间。
[0036]进一步地，在清洗后的基体3表面镀金属锆层I之后，在金属锆层I上镀氮化钛层2之前，还包括镀金属铬层4的步骤，在金属锆层I上镀金属铬层4，在金属铬层4上镀氮化钛层2。在膜层中镀金属铬层，有利于提高膜层的硬度和亮度。
[0037]进一步地，在金属锆层I上镀氮化钛层2之后，还包括镀氧化锆层5的步骤。氧化锆属于疏水性物质，将氧化锆电镀在产品的表面可以使镀膜产品的表面的亲水性下降，减少镀膜产品表面的水溃污溃残留，从而既使得镀膜产品表面易于清洁保养，又减少了镀膜产品被液体腐蚀的几率。
[0038]PVD镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。其中，由于真空离子镀膜具有如下优点:①膜层和基体结合力强；②膜层均匀，致密；③在负偏压作用下绕镀性好无污染；⑤多种基体材料均适合于真空离子镀。近十多年来，是PVD镀膜领域中发展最快的，已经成为当今世界上最先进的表面处理方式之一。
[0039]真空离子镀膜技术是指在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。
[0040]本发明实施例中的PVD复合膜层的制备方法优选采用真空离子镀膜技术。
[0041]本发明实施例中的PVD复合膜层镀覆的基体可以为金属材料，例如铜、铝、锌合金、不锈钢等，也可以为非金属材料，例如塑料、陶瓷、玻璃、石膏、木材等。
[0042]本发明实施例以PVD复合膜层镀覆金属为例说明复合膜层的制备方法。
[0043]具体可以采用如下步骤来操作:
[0044]步骤一，清洗
[0045]1、活化液侵泡:将被镀金属在1-3质量％的草酸溶液中常温侵泡5-10min，以除去被镀金属表面的氧化膜，露出活泼的金属材料，以增强镀膜与金属之间的结合力。
[0046]2、清水冲洗:用大量的清水冲洗被镀金属的表面，除去残留的草酸溶液。
[0047]3、除油剂浸泡:将1-10份PH9-10的除油剂加入到80份的水中，搅拌均匀，配制成溶液，将被镀金属在该溶液中常温侵泡5-10min。
[0048]4、清水冲洗:用大量的清水冲洗被镀金属的表面，除去残留的含有碱性除油剂的水溶液。
[0049]5、除油剂浸泡:将1-10份PH7-8的除油剂加入到50份的1.25质量％异丙醇中，搅拌均匀，配制成溶液，将被镀金属在该溶液中，在70-80°C条件下侵泡5-10min。
[0050]6、超声波清洗:将150_200ml的异丙醇添加到100L去离子水中，搅拌均匀，配制成混合液，将被镀金属在该混合液中，在70-80°C条件下浸泡5-10min。
[0051]7、去离子水冲洗:用大量的去离子水冲洗被镀金属表面，去除金属表面残留的液体。其中，去离子水电解指数在10以下，采用三级循环方式冲洗。
[0052]步骤二，烘干
[0053]采用不锈钢网带烘干机，在80°C条件下，采用循环热风对经过步骤一处理的被镀金属产品进行烘干。其中，不锈钢网带烘干机的传动齿轮禁止加机油防止机油受热蒸发污染镀件。
[0054]步骤三,离子轰击清洗
[0055]经过上述操作后，在进行镀膜之前，还需要将被镀基体的表面进行最后的清洗，以尽可能去除表面残留的尘埃等。本发明采用离子轰击清洗的方式，具体工艺条件优选为:抽真空至5.0-3-8.0_3Pa，在偏压300-800V条件下离子轰击清洗10_30min。
[0056]步骤四，镀膜
[0057]在一些实施例中，复合膜层由金属锆层和氮化钛层组成。按照如下步骤进行镀膜:
[0058]加IS气轰击错祀材5-10min,使金属错膜层的厚度为100_120nm ；
[0059]加氮气轰击钛祀材5-10min,使氮化钛膜层的厚度为100_200nm。
[0060]在一些实施例中，复合膜层由金属锆层、金属铬层和氮化钛层组成。按照如下步骤进行镀膜:
[0061]加IS气轰击错祀材5-10min,使金属错膜层的厚度为100_120nm ；
[0062]加氩气轰击铬靶材5-10min，使金属铬膜层的厚度为100_120nm ；
[0063]加氮气轰击钛祀材5-10min,使氮化钛膜层的厚度为100_200nm。
[0064]在一些实施例中，复合膜层由金属锆层、金属铬层、氮化钛层和氧化锆层组成。按照如下步骤进行镀膜:
[0065]加IS气轰击错祀材5-10min,使金属错膜层的厚度为100_120nm ；
[0066]加IS气轰击铬祀材5-10min,使金属铬膜层的厚度为100_120nm ；[0067]加氮气轰击钛靶材5-10min，使氮化钛膜层的厚度为100_200nm ；
[0068]加氧气轰击错祀材4-10min,使氧化错膜层的厚度为50_100nm。
[0069]上述3种复合膜层的制备过程中，所用靶材均优选使用圆柱靶，等离子体与靶材之间的接触面积大，有利于提高靶材原子电离成离子的速率。
[0070]如本领域技术人员可以理解的，当被镀基体为非金属材料时，结合本领域的常规技术手段和本发明中提供的被镀基体为金属材料时的【具体实施方式】，可以采用本发明实施例提供的复合膜层的制备方法来完成，其中，清洗之前还包括所述被镀非金属基体的粗化处理，以增强所述被镀非金属基体与镀膜之间的结合力，其中，粗化可以选用机械粗化和化学粗化。
[0071]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，·均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.PVD复合膜层，其特征在于，包括金属锆层和氮化钛层，所述金属锆层镀覆在基体上，所述氮化钛镀层镀覆在所述金属锆层上。
2.根据权利要求1所述的PVD复合膜层，其特征在于，所述金属锆层的厚度为100_120nm。
3.根据权利要求1所述的PVD复合膜层，其特征在于，所述氮化钛层的厚度为100_200nmo
4.根据权利要求1所述的PVD复合膜层，其特征在于，还包括金属铬层，所述金属铬层位于所述金属锆层与所述氮化钛层之间。
5.根据权利要求4所述的PVD复合膜层，其特征在于，所述金属铬层的厚度为100_120nm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的PVD复合膜层，其特征在于，还包括氧化锆层，所述氧化锆层镀覆在所述氮化钛层上。
7.根据权利要求6所述的PVD复合膜层，其特征在于，所述氧化锆层的厚度为50_100nm。
8.权利要求1-7任一项所述的PVD复合膜层的制备方法，其特征在于，包括: 清洗基体表面； 在清洗后的所述基体表面镀金属锆层； 在所述金属锆层上镀氮化 钛层。
9.根据权利要求8所述的PVD复合膜层的制备方法，其特征在于，在所述的在清洗后的所述基体表面镀金属锆层之后，在所述的在所述金属锆层上镀氮化钛层之前，所述制备方法还包括镀所述金属铬层的步骤，在所述金属锆层上镀所述金属铬层，在所述金属铬层上镀所述氮化钛层。
10.根据权利要求8或9所述的PVD复合膜层的制备方法，其特征在于，在所述的在所述金属锆层上镀氮化钛层之后，所述制备方法还包括镀所述氧化锆层的步骤。
【文档编号】C23C14/06GK103436843SQ201310430773
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】庾杰仁 申请人:佛山市伟盛利得镀膜有限公司