本发明涉及光学镀膜技术领域，具体涉及一种超硬防水防污耐磨镀膜、镀制工艺及其检测方法。
背景技术：
最近，传统的玻璃材质手机盖板和指纹识别材料逐步由介电性能更好的陶瓷基材取代，然而由于陶瓷材料本身的表面性质相对复杂，采用传统的电镀或丝印等方式已不能满足镀件日益求精的外观和耐使用性。本专利所涉及的真空镀膜技术能够在陶瓷基底上逐层沉积形成显示特定颜色的超硬膜，所镀膜层与跟基底表面牢固结合，改变膜层材质和物理厚度能够实现膜层表面的特定色泽和触感；颜色实现后在膜层上镀防水防污膜料，以增强耐用性和使用舒适度。通过光学真空镀膜技术实现一种适用于陶瓷基底上量产的耐磨擦、不褪色的防污颜色膜是该领域比较紧迫且实用的问题。
技术实现要素：
为解决上述缺陷，本发明的目的是提供一种超硬防水防污耐磨镀膜、镀制工艺及其检测方法，使手机指纹识别盖板颜色为多种颜色，具有超硬耐磨擦、耐碱煮、防水、防污及耐汗液侵蚀等性能。
本发明的另一目的是提供一种超硬防水防污耐磨镀膜的镀制工艺。
本发明的第三个目的是提供一种超硬防水防污耐磨镀膜的检测方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超硬防水防污耐磨镀膜，包括基底层和依次设于所述基底层上方的膜层、防污层及空气介质层，所述基底层厚度为0.05~0.8mm；所述膜层为硅氮化物和硅氧化物交替排列而成，厚度为300~650nm；所述防污层厚度为10~20mm；所述空气介质层是折射率na=1的空气介质，波长λc=550nm；所述膜层与所述防污层之间设有颜色膜层，所述颜色膜层为香槟金，或银色，或亮蓝色。
进一步地，所述基底层采用陶瓷作为基材。
所述防污层采用氟聚合物来制备。
所述颜色膜层为香槟金时，所述膜层厚度为300-600nm。
所述颜色膜层为亮蓝色时，所述膜层厚度为300-500nm。
所述颜色膜层为银色时，所述膜层厚度为300-650nm。
一种超硬防水防污耐磨镀膜的镀制方法，其特征在于包括以下步骤：
1）选取陶瓷作为基底层，并对基底层进行擦拭和清洗干净；
2）待镀膜材料上盘装机后，进行离子清扫，离子清扫时使用氩气和氧气，流量均为10~40sccm，处理时间为60~180秒；
3）清扫后的镀膜材料在4-10kw功率下，选取真空度为
3.0~4.5x10-3pa的条件，选定工作气体为氩气，流量为200~400sccm，反应气体为氧气，氧气流量为200~350sccm，在氩气和氧气的氛围中形成硅原子和硅化合物分子，在磁场和电场的作用下电离出大量ar+离子，通过ar+离子对si靶材表面的轰击，使si离子与o离子或n离子结合，在真空室内结合成sio2及si3nx(x=3~5)；
4）根据已设定的膜系公式和各层的厚度，通过溅射镀膜机的编制，硅氧化物sio2和硅氮化物si3nx(x=3~5)交替排列多层溅落在基底层表面，在基底层表面经过有序沉积后形成目标膜层，在目标膜层上加镀颜色膜层，之后通过电阻热蒸镀方式在颜色膜层表面沉积氟聚合物防污层，该防污层对颜色影响很小，能够显著改善镀膜薄片的防水防指纹性能。
进一步地，溅射镀膜机工作时，将基底层挂于滚筒上，在滚筒旋转时溅射成膜。
本发明在镀膜完成后的成品要经过一系列严格的性能测试，防水角要大于110度，在荷重1kg下钢丝绒摩擦、橡皮摩擦2500cycles后防水角依然高于90度，盐雾测试和人工汗液实验均证明镀膜产品具有较好的耐腐蚀性能。
本发明的有益效果是：基底材料为陶瓷，膜层均在材料的表面镀制，镀膜面的光泽度和耐磨耐腐蚀性性能良好，在手机模组进一步组装后镀膜面直接与用户接触，在严格的实验测试条件下依然不会出现刮伤、褪色等不良情况。与现有技术相比，本发明突出的效果是膜层本身不仅提供了绚丽的颜色，还具有很高的机械强度和耐腐蚀性，加入防污层后对镀件的使用手感和耐久性有进一步提高。
附图说明
下面根据附图及实施例，对本发明的结构和特征作进一步描述。
图1是针对本发明实施例1的结构示意图。
图2是图1中的膜层结构对应的分光曲线。
图3是针对本发明实施例2的结构示意图。
图4是图3中的膜层结构对应的分光曲线。
图5是针对本发明实施例3的结构示意图。
图6是图5中的膜层结构对应的分光曲线。
附图1中，1.基底层，2.第一膜层，3.第二膜层，4.第三膜层，5.第四膜层，6.第五膜层，7.第六膜层，8.第七膜层，9.第八膜层，10.第九膜层，11.第十膜层，12.第十一膜层，13.防污层。
具体实施方式
实施例1：该镀膜具有11层膜，颜色膜层为香槟金色，由sio2和si3nx(x=3~5)膜层交错排列得到，用优化膜系设计公式
a/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/b/c，其中，a为陶瓷，作为基底层1，第一膜层2至第十一膜层12分别为
sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2，b为氟聚合物（10~20nm），作为防污层13，c为折射率na=1的空气介质，参考波长λc=550nm，并按顺序列表，各膜层的物理厚度依次为a/150~200nm/20~70nm/20~60nm/10~40nm/20~60nm/10~50nm/10~40nm/10~30nm/30~70nm/20~70nm/10~30nm/10~20nm/c，用溅射镀膜机按公式列表顺序和厚度编制膜系，然后以陶瓷为基底层，在磁场和电场的作用下电离出大量ar+离子，通过ar+离子对si靶材表面的轰击，使si离子与o离子或n离子结合，在真空室内结合成sio2及si3nx(x=3~5)；根据已设定的膜系公式和各层的厚度，通过溅射镀膜机的编制，硅氧化物sio2和硅氮化物si3nx(x=3~5)交替排列多层溅落在基底层表面，在基底层表面经过有序沉积后形成目标膜层，在目标膜层上加镀香槟金颜色膜层，之后通过电阻热蒸镀方式在颜色膜层表面沉积氟聚合物防污层，该防污层对颜色影响很小，能够显著改善镀膜薄片的防水防指纹性能，该实施例中的11层膜结构可以缩为9层。
实施例2：该镀膜具有11层膜，颜色膜层为银色，由sio2和si3nx(x=3~5)膜层交错排列得到，用优化膜系设计公式
a/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/b/c，a为陶瓷，作为基底层1，第一膜层2至第十一膜层12分别为
sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2，b为氟聚合物（10~20nm），作为防污层13，c为折射率na=1的空气介质，参考波长λc=550nm，并按顺序列表，各膜层的物理厚度依次为a/10～20nm/20～50nm/10～30nm/10～40nm/10～40nm/50～150nm/100～200nm/50～150nm/30～60nm/40～80nm/10～30nm/10～20nm/c，用溅射镀膜机按公式列表顺序和厚度编制膜系，然后以陶瓷为基底层，在磁场和电场的作用下电离出大量ar+离子，通过ar+离子对si靶材表面的轰击，使si离子与o离子或n离子结合，在真空室内结合成sio2及si3nx(x=3~5)；根据已设定的膜系公式和各层的厚度，通过溅射镀膜机的编制，硅氧化物sio2和硅氮化物si3nx(x=3~5)交替排列多层溅落在基底层表面，在基底层表面经过有序沉积后形成目标膜层，在目标膜层上加镀颜色膜层银色，之后通过电阻热蒸镀方式在颜色膜层表面沉积氟聚合物防污层，该防污层对颜色影响很小，能够显著改善镀膜薄片的防水防指纹性能，该实施例中的11层膜结构可以缩为7层。
实施例3：该镀膜具有7层膜，颜色膜层为亮蓝色，由sio2和si3nx(x=3~5)膜层交错排列得到，用优化膜系设计公式a/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/b/c，a为陶瓷，作为基底层1，第一膜层2至第七膜层8分别为
sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2/si3nx(x=3~5)/sio2，b为氟聚合物（10~20nm），作为防污层13，c为折射率na=1的空气介质，参考波长λc=550nm，并按顺序列表，各膜层的物理厚度依次为
a/10~40nm/50~100nm/120~200nm/10~50nm/10~40nm/10~30nm/100~200nm/10~20nm/c，用溅射镀膜机按公式列表顺序和厚度编制膜系，然后以陶瓷为基底层，在磁场和电场的作用下电离出大量ar+离子，通过ar+离子对si靶材表面的轰击，使si离子与o离子或n离子结合，在真空室内结合成sio2及si3nx(x=3~5)；根据已设定的膜系公式和各层的厚度，通过溅射镀膜机的编制，硅氧化物sio2和硅氮化物si3nx(x=3~5)交替排列多层溅落在基底层表面，在基底层表面经过有序沉积后形成目标膜层，在目标膜层上加镀颜色膜层亮蓝色，之后通过电阻热蒸镀方式在颜色膜层表面沉积氟聚合物防污层，该防污层对颜色影响很小，能够显著改善镀膜薄片的防水防指纹性能，该实施例的7层膜可以扩展为9层膜。
通过上述实施例1和实施例2制得的镀膜需要经过一些检测，检测方法包括以下步骤：
a）振动摩擦测试：样品放入型号为r180/530te-30振动摩擦试验设备，进行2小时测试，磨料时间30小时以内，不允许出现s=1mm²以上点磨损；
b）橡皮摩擦测试：采用minoan的橡皮擦，施加1kg的负载，摩擦速度40cycle/min，测试行程40mm，在样品的镀膜面往复测试2500来回，要求外观镀层无脱落，外观镀层颜色无变化，af镀膜测试后水滴角≥90度；
c）铅笔硬度测试：使用三菱测试铅笔芯（陶瓷：≥7h），以750gf压力，铅笔芯与待测表面的夹角为45°，在待测位置划5笔，每笔长10mm，镀膜表面各个位置不允许表面出现可见的擦伤或刮破；
d）耐盐雾测试：在35℃±2℃的密闭环境中，湿度>85％，用质量浓度约5％的氯化钠溶液（ph值在6.5-7.2范围内）连续对样品进行盐水喷雾；时间48小时；有表面处理层的需要进行附着力测试；测试时间以合格判定中各测试对象的条件为准；油漆涂层外观无异常，外观无明显变化，如锈蚀、变色、及表面处理层剥落等；测试后进行附着力测试，af面附着力达到3b以上；
e）模拟手汗测试：用人工汗液浸泡后的无尘布轻擦样品表面2min,常温环境下放置2h，人工汗液配置方法:将1.00±0.01g尿素，5.00±0.01g氯化钠和1.14±0.02g或940±20μldl-乳酸（>88％，分析纯）倒入一个1000ml的水容器中。加入900ml新鲜蒸馏水并搅拌直至加入的所有试剂都完全溶解为止。轻轻搅拌并小心加入稀氨水溶液（1％）直至达到一个稳定的ph值6.50±0.10。将溶液倒入1000ml的容量瓶并加入蒸馏水直至瓶满，测试后外观无异常，无变形，无脱落，无裂纹，无变色等异常为合格；
f）水煮测试，80℃±2℃的纯净水，将样品水煮30min；常温放置2小时后进行附着力测试。外观无异常，无脱落，无裂纹，无变色等异常测试后进行附着力测试，af面附着力达到3b以上。
通过上述实施例3制得的镀膜需要经过一些检测，检测方法包括以下步骤：
1）af耐磨测试：实验前，先测试镀膜板样本表面水滴角，测试出的水滴角>110度；使用0000#钢丝绒（bonstar），承重1000g，钢丝棉面积20mmx20mm，以60循环/分钟的速度进行，摩擦行程在35-40mm，在镀膜板样本表面连续摩擦5000循环；试验前水滴角>110度，试验后水滴角>90度；
2）钢丝绒+汗水测试：使用0000#钢丝绒(钢丝绒品牌：bonstar)，承重300g，钢丝棉面积20mmx20mm，测试过程中在钢丝绒摩擦面滴加汗水2ml左右，保持钢丝绒充分润湿；摩擦方向与钢丝绒方向平行；以60循环/分钟的速度进行，摩擦行程在25-30mm，在样本的盖板镀膜表面连续摩擦1000循环，试验前水滴角>110度，试验后后水滴角>70度；
3）汗水48小时后橡皮摩擦测试：产品做完人工汗水48小时后取出，表层擦干净；使用专用橡皮（pinkpearlr-33粉红色，不带砂），负重1000g；以60循环/分钟的速度进行，摩擦行程20mm左右，在样本的盖板镀膜表面连续摩擦1000循环，试验前水滴角>110度，试验后后水滴角>80度；
4）铅笔硬度测试:选三菱6h铅笔及1000#砂纸，使铅笔的笔头与砂纸平面呈90度直角，将铅笔头磨成圆柱形；将铅笔安装在铅笔硬度测试机上，调节平衡，加负重1kgf，以45±1°角，在传感器指纹感应面的不同位置，划出3条5-10mm长的线条，然后用橡皮擦擦去铅笔划痕，不管控痕迹，以表面膜层无褶皱或破损为准，测试后水滴角≥105度；
5）碱性水煮测试：带好口罩，准备好药品仪器；称取0.5g氯化钠慢慢放入烧杯内；称取4.2g碳酸氢钠慢慢加入烧杯内；称取0.1g碳酸钠慢慢加入烧杯内；向溶液中加入纯净水，用玻璃棒搅拌5min，仪器测试ph值8.8±0.1；放入温度为100℃恒温水浴箱水煮，2小时测试，样本表面无变色、发白，出现的麻点、气泡直径小于0.5mm的，丝印层无起皱和剥离异常；
6）人工汗液测试:按《人工汗水配置指导书》配置酸性人工汗水溶液，ph=4.6±0.1；用浸泡过人工汗水溶液的无尘布，将试验样品包裹紧密，并用密封胶袋封好，放在55±3℃、90-95%rh的恒温恒湿箱中储存96h；将样本表面的溶液擦干，15min内观察并测试，测试结构符合以下条件为合格：无镀膜层和印刷层脱落，陶瓷件不变色、不开裂；产品表面无黑点、油污生成或其它外观异常；附着力达3b（脱落面积5％-15%），使用3m610胶纸；针对镀膜，表面接触角≥110°。
本发明提供的颜色膜用于手机等一系列智能终端产品的指纹仪盖板上，镀的颜色膜不仅膜层牢固，颜色绚丽，同时还具有水平视角与垂直视角颜色一致，大角度不变色的特性，并且能满足更高要求的钢丝绒摩擦，橡皮摩擦等性能测试标准，还具有防水、防污、耐磨损、耐汗液及耐碱性水煮等性能。
本发明中相应的工艺和产品均稳定可靠，该产品可以大批量生产，填补了市场空白，满足了客户的高需求。
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、同等替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。