本發(fā)明涉及一種真空鍍膜裝飾性涂層，更具體地說是指一種基于磁控共同濺射技術(shù)在鋁基材上制備的裝飾性涂層。

背景技術(shù)：

裝飾性涂層被廣泛應(yīng)用在日常生活中。該涂層在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及建筑設(shè)計(jì)的使用上不僅提升了外觀以及環(huán)境舒適性，而且還具備其它的功能特性，比如：增加耐磨性以及防腐蝕性。傳統(tǒng)的裝飾性鍍膜方法是涂裝和上漆。在工業(yè)應(yīng)用的裝飾性鍍膜方法中，粉末涂敷著色工藝比較具有優(yōu)勢(shì)且占據(jù)了支配地位，其具有良好的性能和理想的顏色。但對(duì)于金屬涂層來說，金屬的光澤會(huì)被較厚的涂敷層所遮蓋。與理想的薄的涂敷層相比，較厚的涂敷層所要求的原料消耗也更高。

將較薄的裝飾性涂層應(yīng)用到金屬片材或金屬條帶上的一個(gè)比較成熟的工藝方法是采用鄰近染色和密封處理的陽極氧化鋁。對(duì)此，有一個(gè)方法已經(jīng)在1963年的美國(guó)專利us3079309a中有過描述，清潔鋁制工件，然后使其經(jīng)過預(yù)處理，比如：化學(xué)刻蝕處理。也可選擇對(duì)其進(jìn)行增亮處理，例如：在將坯料浸入電解液中進(jìn)行陽極氧化處理前先進(jìn)行電解拋光處理。直接經(jīng)過陽極氧化處理后的陽極氧化層是多孔的且能夠吸附有色染料溶液。有許多的染色工藝比較接近目前已知的陽極氧化處理工藝，比如：在通交流電的電解槽中的電解液染色工藝或在溶液溫度升高至沸點(diǎn)的染料溶液中蘸染工藝。在染色后一個(gè)密封處理被應(yīng)用來封閉陽極氧化層上的孔隙而此時(shí)一些染料仍然被捕捉吸附儲(chǔ)存在陽極氧化層的內(nèi)部。上面所有描述的工藝步驟中都包含了對(duì)液體溶液的應(yīng)用，因此廢水處理是必要的。例如：電鍍?nèi)芤旱闹泻停热缌蛩峄驂A以及鹽的沉淀物和染料顆粒物都是必需處理的。

另一種常見的將較薄的裝飾性涂層應(yīng)用到金屬上的工業(yè)方法是蘸浸涂敷法，將工件浸入至水性溶液中以使金屬表面具有抗腐蝕性并為金屬表面提供一個(gè)裝飾性的顏色。從1984年的美國(guó)專利us4631093a中描述到該方法的發(fā)明者已經(jīng)注意到環(huán)境方面的問題。他發(fā)明了一種無鈦酸鹽的蘸浸溶液，例如：六價(jià)的和三價(jià)的鈦氧化物會(huì)產(chǎn)生有毒性和污染危害，但是在使用蘸浸溶液之后，在廢棄這些溶液之前仍然需要對(duì)它們進(jìn)行必要的處理。

相較粉末涂敷著色或上漆工藝，pvd物理氣相沉積涂層有著與染色產(chǎn)品類似的優(yōu)勢(shì)。它可以保持金屬的光澤而同時(shí)應(yīng)用多種不同的顏色。因此，與涂敷著色或上漆工藝相比，pvd工藝所鍍的膜系涂層是非常薄的，同時(shí)使用的鍍膜原材料也少得多。pvd工藝所鍍涂層的一個(gè)特征是涂層在生長(zhǎng)形成的過程中不使用任何化學(xué)液體如染色溶液或電解液。涂層材料在沉積到基材上之前在高真空環(huán)境下直接轉(zhuǎn)變成氣相。因此對(duì)于上述提及的涂鍍技術(shù)，pvd鍍膜技術(shù)是一種100%綠色環(huán)保無污染的替代技術(shù)。

裝飾性涂層的pvd應(yīng)用已經(jīng)在數(shù)個(gè)專利中被描述過了。在1986年美國(guó)專利us4758280a中描述了一個(gè)通過陰極濺射的鈦（ti）、鋯（zr）及鉿（hf）合金的碳氧氮化物的鍍膜方法。一個(gè)裝飾性的黑色耐磨損保護(hù)膜層被沉積到基材上。2005年的美國(guó)專利us7270895b2與2001年的美國(guó)專利us20030072974a1描述了金屬氧碳氮化物涂層的制備方法，該涂層使用耐熱和難熔金屬，例如：鉿（hf）、鉭（ta）、鋯（zr）、鈦（ti）等作為鍍膜材料。以上提到的耐熱和難熔金屬也可以富含鋁（al）。pvd鍍膜方法可以是蒸發(fā)、濺射或者電弧鍍。該涂層趨于與氮化鈦（tin）、碳氮化鈦（ticn）、氮化鋯（zrn）及碳氮化鋯（zrcn）這些涂層有類似的機(jī)械耐磨性，但有一個(gè)更大范圍多種多樣的可行顏色。通過工藝氣體的添加可以調(diào)節(jié)金屬到金屬碳氧氮化物的成分。添加氮?dú)鈔2和氧氣o2以形成氮氧化物，為了形成碳化物可以使用比如甲烷或乙炔。為了能夠富含鋁，通常是通過添加鋁到靶材材料中來實(shí)現(xiàn)的。專利us20030072974a1中也描述了一個(gè)使用電弧沉積和濺射沉積在一個(gè)工藝腔體內(nèi)同時(shí)進(jìn)行以獲得(zr:al)cxoynz混合物的方法。不同的cielab色值可通過調(diào)整上述耐熱和難熔金屬之一中鋁的成分分?jǐn)?shù)和/或通過cxoynz混合物的成分以及上述工藝氣體的通入量來調(diào)節(jié)。

如上所述，(zr:al)cxoynz涂層可以提供一個(gè)擁有非常高的硬度及良好的腐蝕穩(wěn)定性的優(yōu)異涂層。但該應(yīng)用對(duì)于大面積鍍膜涂層來說并不是那么有利。大面積鍍膜涂層要求低的材料消耗以及易擴(kuò)展的工藝，但同樣也能提供一個(gè)連續(xù)的鍍膜工藝比如連續(xù)的卷到卷金屬帶鍍膜工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明以現(xiàn)有的(zr:al)cxoynz涂層為基礎(chǔ)，提供一種裝飾性涂層，該裝飾性涂層膜系適用于在鋁帶材或鋁基片材上進(jìn)行的大面積裝飾性涂層的鍍膜。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于磁控共同濺射技術(shù)在鋁基材上制備的裝飾性涂層，該裝飾性涂層的膜系包含一個(gè)到多個(gè)化合物涂層，每個(gè)化合物涂層由一個(gè)部分至全部與氮n反應(yīng)的硅-鈦合金組成。

每個(gè)化合物涂層化學(xué)式(si:ti)nx，(si:ti)為硅si和鈦ti之間的比例，該比例為以純硅si占主導(dǎo)的(100%si:0%ti)或以純鈦ti占主導(dǎo)的(0%si:100%ti)或兩者之間任何比例的混合物；指數(shù)x在nx中被描述為與氮n的反應(yīng)系數(shù)，該反應(yīng)系數(shù)x可以在x=0和x=1之間變化，這里x=0指0%的氮反應(yīng)以及x=1指100%的氮反應(yīng)或符合標(biāo)定化學(xué)計(jì)量的混合物。

一個(gè)膜系的子集包含1到n個(gè)單一的化合物涂層，n是一個(gè)描述所應(yīng)用的化合物涂層數(shù)量的非指定整數(shù)，每個(gè)化合物涂層需要與下方化合物涂層和/或上方化合物涂層有不同的成分，硅與鈦(si:ti)的混合比例不同或反應(yīng)系數(shù)x不同或兩者都不同。

每個(gè)單一化合物涂層的涂層厚度在5nm到300nm之間變化。

包含1到n個(gè)單一化合物涂層的膜系子集下方鍍有一個(gè)可選的附著層，并且該附著層是由金屬鈦ti或金屬鋁al組成。

所述可選附著層al的涂層厚度在20nm到30nm之間。

包含1到n個(gè)單一化合物涂層的膜系子集上方鍍有一個(gè)可選的介質(zhì)層。

所述可選介質(zhì)層dl的涂層厚度在5nm到300nm之間變化。

由上述對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的描述可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、該裝飾性涂層膜系適用于在鋁帶材或鋁基片材上進(jìn)行的大面積裝飾性涂層的鍍膜，鍍膜材料適合與鋁基材材料結(jié)合，鋁基材材料應(yīng)該從已經(jīng)具有一個(gè)足夠的惰性腐蝕抗性的防銹鋁合金中選擇，或者鋁基材材料可以由任何的鋁合金制成，其至少含有一個(gè)具有人工生長(zhǎng)氧化鋁層的表面。鍍膜材料元素之間以及與鋁基材材料的合金元素之間具有一個(gè)較低的電化電勢(shì)差，可防止電化學(xué)腐蝕，例如：由鹽霧氣體氛圍引起的電化學(xué)腐蝕。

2、采用所發(fā)明的涂層膜系，擁有一個(gè)較高的表面硬度，根據(jù)astmd3363標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鍍膜樣品執(zhí)行特殊的鉛筆硬度測(cè)試，最終表面硬度的測(cè)量結(jié)果均>5h。

3、涂層都擁有對(duì)基材材料的優(yōu)異附著性，根據(jù)iso2409國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的十字方格劃痕附著力實(shí)驗(yàn)，所有樣品的測(cè)試結(jié)果都為等級(jí)0。

4、可獲得各種各樣不同的顏色，對(duì)這些不同顏色的調(diào)節(jié)可在不中斷鍍膜工藝的條件下在線完成。

附圖說明

圖1為本發(fā)明涂層膜系的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖1說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。為了全面理解本發(fā)明，下面描述到許多細(xì)節(jié)，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，無需這些細(xì)節(jié)也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

基于磁控共同濺射技術(shù)在鋁基材上制備的裝飾性涂層，涂層膜系包含以帶材或片材形式的鋁基材材料，其背面為b，鍍膜面為a。如果鋁基材材料僅有一面有經(jīng)過表面處理適用于預(yù)期的pvd鍍膜，那么經(jīng)過合適表面處理的那面為鍍膜面a；如果鋁基材材料的兩面都類似或者兩面都適用于預(yù)期的pvd鍍膜，那么鍍膜面a可以隨機(jī)選擇。

在鋁基材材料（alst）鍍膜面上由金屬鈦ti（或金屬鋁al）構(gòu)成的一個(gè)附著層（al）。在常見的應(yīng)用中，這種附著層的厚度應(yīng)為20nm到30nm。

第一個(gè)化合物涂層（cl1）可以被鍍?cè)诟街鴮由戏剑部芍苯渝冊(cè)阡X基材材料的鍍膜面a上。該化合物涂層由部分到完全與氮n反應(yīng)的硅-鈦合金組成。因此該化合物涂層可以用化學(xué)式描述為(si:ti)nx。這里(si:ti)被描述為硅si和鈦ti之間的比例，且該比例既可以被調(diào)整到純硅si(100%si:0%ti)或純鈦ti(0%si:100%ti)或任何比例兩者之間的混合物。在化學(xué)式中nx上的指數(shù)x描述為與氮n的反應(yīng)系數(shù)。反應(yīng)系數(shù)x可以在x=0和x=1之間變化，這里x=0指0%的氮反應(yīng)以及x=1指100%的氮反應(yīng)或滿足標(biāo)定化學(xué)計(jì)量的混合物。

在化合物涂層cl1上方可以鍍另一個(gè)化合物涂層（cl2），可以用與描述化合物涂層cl1相同的方式來描述化合物涂層cl2。它與化合物涂層cl1的不同之處在于不同的成分比例。也就是說可以是硅與鈦(si:ti)的混合比例不同或者是反應(yīng)系數(shù)x不同或是兩者都不同。

在化合物膜層cl1和cl2上方，可額外將化合物涂層鍍至n個(gè)（cln），在此每個(gè)涂層需要有與下方涂層和/或上方涂層不同的成分比例。可以是硅與鈦(si:ti)的混合比例不同也可以是反應(yīng)系數(shù)x不同或兩者都不同。這里cln中的n是所應(yīng)用化合物涂層數(shù)量的非指定整數(shù)。應(yīng)用的化合物涂層的總數(shù)可以是1或2或任何其它的整數(shù)比如3或4或更高的數(shù)字。

可以在化合物涂層cl1上方或膜系涂層子集cl1-cln上方額外鍍制任何的介質(zhì)層（dl）。這里介質(zhì)層的例子有al2o3、mgf2、sio2、tio2。但這些僅為例子且能夠用于本發(fā)明的介質(zhì)層的類型不僅僅局限于這4種。

化合物涂層的鍍膜可通過pvd磁控共同濺射的方法來完成，該方法是用兩種不同的金屬或兩種不同的化合物靶材或一種金屬和一種化合物靶材在同一個(gè)鍍膜腔室或區(qū)域內(nèi)同時(shí)進(jìn)行濺射，在該鍍膜腔室或區(qū)域中與工藝氣體反應(yīng)，比如引入氮n以便在所鍍樣本上形成一種新的化合物涂層。

直流（dc）磁控濺射，脈沖直流（pulsed-dc）磁控濺射和雙極交流（bi-polarac）磁控濺射都是可行的且能夠被用于預(yù)期的化合物涂層的共同濺射工藝。

用于共同濺射工藝的濺射靶材可以包含合金元素，比如在硅si中嵌入鋁al以形成sial靶材。只要鈦ti或硅si是靶材的決定性元素，那么本發(fā)明應(yīng)包含使用鈦合金及硅合金靶材的情況。

附著層和頂部介質(zhì)層的鍍膜可通過使用脈沖或非脈沖的直流磁控濺射或雙極或單極交流磁控濺射和/或普通的蒸發(fā)方法，比如舟蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)來完成。

每個(gè)化合物涂層cl1-cln的涂層厚度可在5nm到300nm之間變化，這取決于其應(yīng)用場(chǎng)合。

可選的頂部光學(xué)介質(zhì)層dl的涂層厚度也可在5nm到300nm之間變化，相應(yīng)的厚度取決于其應(yīng)用場(chǎng)合。

可通過調(diào)整單個(gè)化合物涂層cl1-cln的厚度和/或通過調(diào)整他們的成分以便cielch色彩角h*可以有在0°到360°之間的數(shù)值。

通過調(diào)整單個(gè)化合物涂層cl1-cln的厚度和/或通過調(diào)整它們的成分，也可以調(diào)整cielch色彩飽和度c*和由cielchl*值或cielabl*值描述的顏色的亮度。

在化合物涂層膜系的上方的一個(gè)額外應(yīng)用的介質(zhì)層既可以幫助增加色彩飽和度c*，也可以使顏色變得更暗或更亮。

顏色獲取樣例：

樣例1

顏色：較亮的欠飽和銅色

膜系：al/ti/(si:ti)nx–1

cielab色值：l*=62,a*=6,b*=6

鉛筆硬度實(shí)驗(yàn)等級(jí)：>5h

十字方格劃痕附著力實(shí)驗(yàn)：等級(jí)0（無任何脫膜跡象）

樣例2

顏色：暗古銅色

膜系：al/ti/(si:ti)nx–1/(si:ti)nx–2

cielab色值：l*=49,a*=5,b*=11

鉛筆硬度實(shí)驗(yàn)等級(jí)：>5h

十字方格劃痕附著力實(shí)驗(yàn)：等級(jí)0（無任何脫膜跡象）

樣例3

顏色：暗銅色

膜系：al/ti/(si:ti)nx–1/(si:ti)nx–2

cielab色值：l*=44,a*=13,b*=11

鉛筆硬度實(shí)驗(yàn)等級(jí)：>5h

十字方格劃痕附著力實(shí)驗(yàn)：等級(jí)0（無任何脫膜跡象）

樣例4

顏色：暗金色

膜系：al/ti/(si:ti)nx–1

cielab色值：l*=51,a*=3,b*=16

鉛筆硬度實(shí)驗(yàn)等級(jí)：>5h

十字方格劃痕附著力實(shí)驗(yàn)：等級(jí)0（無任何脫膜跡象）

樣例5

顏色：灰黑色

膜系：al/ti/(si:ti)nx–1/sio2

cielab色值：l*=25,a*=0.5,b*=-1.5

鉛筆硬度實(shí)驗(yàn)等級(jí)：>5h

十字方格劃痕附著力實(shí)驗(yàn)：等級(jí)0（無任何脫膜跡象）

上述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。