本发明涉及薄膜材料
技术领域：
，特别是涉及深黑色金属薄膜及其制备方法和应用。
背景技术：
：电子设备、高端装饰等产品因外观及性能需求，会在产品表面进行镀膜处理。其中，采用物理气相沉积(pvd)的真空磁控溅射镀膜较以往化学镀、阳极氧化、粉末涂装等工艺，有着污染小、结晶细致、平滑光亮、内应力较小等明显优势。随着镀膜技术的发展，人们对镀膜要求越来越高。而传统pvd黑色镀膜技术中，主要包括离子清洗、纯金属打底，镀颜色控制层等工序，其主要技术缺陷在于：(1)黑色镀膜的颜色较浅，不能满足产品性能或外观的要求。(2)在pvd溅射沉积过程中，金属靶与反应气体作用，在靶表面覆盖上一层绝缘层，即为靶中毒，导致靶面正电荷累积，进而发生击穿形成弧光放电。弧光放电严重影响溅射过程的稳定性，并造成靶材大颗粒刻蚀形成低能量的液滴粒子沉积在薄膜中，造成薄膜结构缺陷。靶表面覆盖的绝缘层存在导致pvd溅射速率较低，并造成溅射过程的滞回现象，致使制备过程的重复稳定性较差。若要制备颜色更深的黑色薄膜，就需要增加金属碳化物中的碳含量，则反应气体中的碳源含量需要更多，靶中毒现象更严重，制备过程难以稳定进行。因此，传统的pvd黑色镀膜技术难以制备深黑色镀膜。技术实现要素：基于此，有必要提供一种稳定性好的深黑色金属薄膜及其制备方法和应用。一种深黑色金属薄膜的制备方法，在真空压力下及温度范围为50℃～300℃的条件下，使用铬靶、钛靶或钨靶的靶材进行磁控溅射，具体包括以下步骤：使用所述靶材轰击处理基材；沉积金属打底层：使用靶材在所述基材上进行磁控溅射沉积；沉积金属碳化物过渡层：通入乙炔和/或甲烷及氩气，采用靶材在所述金属打底层上进行磁控溅射沉积，其中，乙炔和/或甲烷的流量：100sccm～1000sccm，氩气的流量：100sccm～1500sccm，真空室压强：0.1pa～1.5pa，靶材电流：10a～40a，时间：30min～90min，偏压：-50v～-400v；沉积金属碳氧化合物颜色层：通入氧气、乙炔和/或甲烷及氩气，采用靶材在所述金属碳化物过渡层进行磁控溅射沉积，其中，氧气的流量：10sccm～200sccm，乙炔和/或甲烷的流量：100sccm～1000sccm，氩气的流量：100sccm～1500sccm，真空室压强：0.1pa～1.5pa，靶材电流：10a～40a，时间：1min～15min，偏压：-30v～-200v。该制备方法采用磁控溅射技术，在该基材上依次沉积形成金属打底层、金属碳化物过渡层和金属碳氧化合物颜色层，能够稳定地制备深黑色金属薄膜。在金属碳化物过渡层的沉积过程中，通过控制乙炔或甲烷的流量、靶材电流及偏压参数，能够进一步提高形成膜层的致密性，并确保金属碳化物过渡层与金属碳氧化合物颜色层具有较好的结合力。乙炔或甲烷的流量也可以采用渐增方式增加，通过调节乙炔或甲烷气体的流量使形成的金属碳化物过渡层为多层结构，该膜层的致密性及与金属碳氧化合物颜色层的结合力都会更好。在金属碳氧化合物颜色层的沉积中，通过控制乙炔或甲烷及氧气的气体流量、靶材电流及偏压参数，其有效延缓靶材的中毒状态，能够制备出稳定的深黑色金属薄膜。此外，气体流量大小会对颜色l，a，b值产生影响；而偏压过小会影响粒子轰击能量导致膜层结合力偏差，过大则会造成电荷边缘积累出现边缘发白现象。通过对气体流量、沉积速率(靶材电流、真空室压强)、偏压进行合理控制，可制备出高亮度、致密的金属碳氧化合物颜色层。经测试该深黑色金属薄膜具有高亮度、耐腐蚀及耐磨的优点，能够满足对其性能和外观色彩两方面的要求。在其中一个实施例中，所述使用铬靶、钛靶或钨靶的靶材进行磁控溅射前还包括清洗处理基材的步骤。在其中一个实施例中，所述使用靶材轰击处理基材前先通入氩气，其工艺条件如下：氩气的流量：100sccm～1500sccm，真空室压强：0.1pa-1.5pa，靶材电流：30a～100a，时间：2min～15min，偏压：-300v～-1000v。通过使用靶材轰击处理基材，以活化基材表面，提高金属打底层与基材的结合力。同时也可以更进一步清除基材表面的残留异物，避免了常规的高偏压等离子体清洗过程，大大节约了处理时间。在其中一个实施例中，所述沉积金属打底层时先通入氩气，其工艺条件如下：氩气的流量：100sccm～1500sccm，真空室压强：0.1～1.5pa，靶材电流：10a～40a，时间：10min～30min，偏压：-50v～-400v。通过对沉积过程中的偏压及靶材电流的控制，能够进一步提高形成膜层的致密性，同时提高后续形成的金属碳化物过渡层及金属碳氧化合物颜色层的附着力。在其中一个实施例中，所述真空条件下的压力范围为2*10-3pa～2*10-2pa。在其中一个实施例中，所述基材为钢、钛、钛合金、铬、铬合金、钨、钨合金或塑料。此外，还有必要提供一种深黑色金属薄膜。一种深黑色金属薄膜，由上述任一项所述的深黑色金属薄膜的制备方法制备而成，所述深黑色金属薄膜包括基材、设在所述基材之上的金属打底层、设在所述金属打底层之上的金属碳化物过渡层及设在所述金属碳化物过渡层之上的金属碳氧化合物颜色层。在其中一个实施例中，所述深黑色金属薄膜的厚度是0.5μm～4.5μm。在其中一个实施例中，所述深黑色金属薄膜的颜色范围为：l值为25～28，a值为-0.5～0.5，b值为-1～1。本发明在金属打底层上设有金属碳化物过渡层及金属碳氧化合物颜色层。其中，该金属碳化物过渡层是由靶材与乙炔或甲烷沉积而成，该金属碳氧化合物颜色层是由靶材与乙炔或甲烷及氧气沉积而成。碳原子能够充填在靶材的晶格中，使晶格更紧密坚实，有黑色的金属光泽，进而金属碳化物过渡层及金属碳氧化合物颜色层的稳定性都较好，且在金属打底层之上形成的金属碳化物过渡层及金属碳氧化合物颜色层的附着力较好。此外，制备金属碳氧化合物颜色层时，加入了氧气，其能够在靶材中毒临界状态时有效延缓靶材的中毒状态，进而制备出稳定的深黑色金属薄膜。采用通用测量颜色标准cie1976(l*、a*、b*)来标定颜色，深黑色金属薄膜l值为25-28，a值为-0.5-0.5，b值为-1-1，即为光滑致密的深黑色。因此，本发明的深黑色金属薄膜相对于传统技术的金属薄膜显著提高了金属碳氧化合物颜色层、金属碳化物过渡层及基材之间的结合力，且稳定性较好，能够满足对深黑色金属薄膜性能及外观色彩两方面的要求。此外，还有必要一种深黑色金属薄膜的应用。一种深黑色金属薄膜的应用，使用上述任一项所述的深黑色金属薄膜镀于电子设备或饰品。本发明的深黑色金属薄膜能够广泛应用于电子设备及装饰品领域，如钟表、手机、平板、电脑等电子产品领域或手饰、五金饰品、不锈钢饰品等饰品领域。附图说明图1为一实施方式的深黑色金属薄膜的结构示意图。附图标记说明如下：10.深黑色金属薄膜；100.基材；200.金属打底层；300.金属碳化物过渡层；400.金属碳氧化合物颜色层。具体实施方式为了便于理解本发明，下面将参照附图对本发明进行更全面的描述。附图所示的实施例为较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例1一种深黑色金属薄膜10的制备方法，使用铬靶、钛靶或钨靶的靶材进行磁控溅射处理，依次进行以下步骤：第一步：将基材100进行清洗处理，去除基材100表面的脏污、油渍及其它残留异物。第二步：将经检验清洗合格的基材100放置到真空室内，抽真空及预热：预热温度根据实际需要可在50℃～300℃之间调整。可选地，该真空室的压力范围为2*10-3pa～2*10-2pa。进一步可选地，该真空室的压力为0.5*10-2pa。第三步：使用所述靶材轰击处理基材：在腔室中通入氩气，进行靶材轰击处理，以活化基材100表面，同时清除基材100表面的残留异物。氩气的流量：100sccm～1500sccm；真空室压强：0.1～1.5pa，靶材电流：30a～100a，时间：2min～15min；偏压：-300v～-1000v。第四步：沉积金属打底层200：在腔室中通入氩气，使用靶材在基材100上进行磁控溅射沉积，同时在沉积过程中对基材100施加偏压。真空室压强：0.1pa～1.5pa，靶材电流：10a～40a，时间：10min～30min，偏压：-50v～-400v，氩气的流量：100sccm～1500sccm。第五步：沉积金属碳化物过渡层300：在腔室中通入乙炔和/或甲烷等碳源气体及氩气，使用靶材在金属打底层200上进行磁控溅射沉积。可选地，乙炔和/或甲烷等碳源气体采用渐增方式供气，可以通过调节不同乙炔和/或甲烷等碳源气体的分压形成多层结构。乙炔和/或甲烷等碳源气体的流量：500sccm，氩气的流量：800sccm；真空室压强：0.9pa；靶材电流：35a，时间：60min，偏压：-100v。第六步：沉积金属碳氧化合物颜色层400：在腔室中通入乙炔和/或甲烷等碳源气体及氩气，并通入氧气，使用靶材在金属碳化物过渡层300上进行磁控溅射沉积。氧气的流量：100sccm；乙炔和/或甲烷等碳源气体的流量：500sccm，氩气的流量：800sccm；真空室压强：0.9pa；靶材电流：35a；时间：8min；偏压：-60v。第七步：成膜完成后出炉并进行颜色测量、外观检查等各项测试。本实施例制备的一种深黑色金属薄膜10，其结构如图1所示，该深黑色金属薄膜10包括基材100、设在该基材100之上的金属打底层200、设在该金属打底层200之上的金属碳化物过渡层300及设在该金属碳化物过渡层300之上的金属碳氧化合物颜色层400。在一个实施例中，该基材100的材料可以为钢、塑料或钛、铬、钨、钛合金、铬合金、钨合金等硬质合金。在一个实施例中，该深黑色金属薄膜10的厚度是0.5～4.5μm。可选地，该金属打底层200的厚度及金属碳化物过渡层300可以根据实际需要进行控制调节。实施例2本实施例为一种深黑色金属薄膜10，其结构和制备方法类似实施例1，区别在于：第六步中：沉积金属碳氧化合物颜色层400：氧气的流量：10sccm；乙炔和/或甲烷等碳源气体的流量：100sccm；氩气的流量：100sccm；真空室压强：0.1pa；靶材电流：10a；时间：1min；偏压：-30v。实施例3本实施例一种深黑色金属薄膜10，其结构和制备方法类似实施例1，区别在于：第六步中：沉积金属碳氧化合物颜色层400：氧气的流量：200sccm；乙炔和/或甲烷等碳源气体的流量：1000sccm；氩气的流量：1500sccm；真空室压强：1.5pa；靶材电流：40a；时间：15min；偏压：-200v。对比例本对比例一种金属薄膜，其结构和制备方法类似实施例1，区别在于：第六步中：沉积金属碳氧化合物颜色层400：乙炔的流量：500sccm；氩气的流量：800sccm；真空室压强：1pa；靶材电流：35a；时间：8min；偏压：-60v。对实施例1-3及对比例制得的金属薄膜进行颜色测试：1.1颜色：采用通用的测量颜色标准cie1976(l*、a*、b*)来标定颜色，结果如表1所示：表1项目颜色实施例1l值为26.61，a值为-0.14，b值为-0.1实施例2l值为27.86，a值为0.42，b值为0.58实施例3l值为25.37，a值为-0.39，b值为-0.87对比例l值为35，a值为0.1，b值为0.8根据测量颜色标准cie1976，l值为25～28，a值为-0.5～0.5，b值为-1～1，颜色为深黑色。根据表1测得数据可知，实施例1-3制备的金属薄膜的颜色均符合深黑色，而对比例制备的金属薄膜的颜色不符合深黑色。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12