具有涂層的制品的制作方法

專利名稱：具有涂層的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂覆了多層裝飾性和保護(hù)性涂層的基體，特別是黃銅基體。
目前對(duì)各種黃銅制品如燈具、三腳架、燭臺(tái)、門把手、手柄、門牌等等的通常處理方法是，先將制品表面拋光和細(xì)磨到高光澤度，然后再向此已拋光表面涂布一保護(hù)性有機(jī)涂層，如由丙烯酸、尿烷、環(huán)氧樹脂等等構(gòu)成的涂層。雖然這種體系通常令人滿意，但是它具有這種缺陷，即拋光和細(xì)磨操作、尤其是當(dāng)制品具有復(fù)雜形狀的情況下，需花費(fèi)相當(dāng)大的勞動(dòng)。并且，這些公知的有機(jī)涂層并不總是如人們希望的那樣耐久，特別是在戶外應(yīng)用情況下，這些制品是暴露在自然環(huán)境和紫外線輻射之中。因此，如果能夠向黃銅制品，固然還包括其它金屬制品提供一種既能賦予高度拋光的黃銅外觀，又能提供耐磨性和耐蝕性的涂層，那是相當(dāng)有利的。本發(fā)明提供這樣一種涂層。
本發(fā)明涉及一種在其表面上設(shè)置或沉積了多層涂層的金屬基體。更具體地，本發(fā)明涉及一種金屬基體，尤其是黃銅基體，在其表面上沉積有由某些特定類型的金屬或金屬化合物構(gòu)成的多層疊加的金屬層。此涂層具有裝飾性，且又能提供耐蝕性和耐磨性。此涂層提供高度拋光的黃銅外觀，也就是說，具有黃銅色調(diào)。因此，其上帶有此種涂層的制品表面類似于高拋光了的黃銅表面。
直接沉積在基體表面上的第一層由鎳構(gòu)成。第一層可以是單一的，或者可以由兩種不同的鎳層組成，如由直接沉積在基體表面上的半光亮鎳層和疊加在半光亮鎳層上的光亮鎳層構(gòu)成。在鎳層上設(shè)置的是一種鎳-鎢-硼合金層。在鎳-鎢-硼合金層上是由非貴重耐火金屬如鋯、鈦、鉿或鉭、優(yōu)選是鋯和鈦所構(gòu)成的層。在耐火金屬層上是一種由許多非貴重耐火金屬、優(yōu)選為鋯或鈦，和非貴重耐火金屬化合物、優(yōu)選是鋯化合物或鈦化合物如氮化鋯或氮化鈦的交替層所構(gòu)成的夾心層。由非貴重耐火金屬化合物如鋯化合物、鈦化合物、鉿化合物或鉭化合物、優(yōu)選鈦化合物或鋯化合物如氮化鋯所構(gòu)成的層設(shè)置在該夾心層上。
鎳層和鎳-鎢-硼合金層是通過電鍍的方法徐覆的。耐火金屬如鋯、耐火金屬化合物如鋯化合物，以及由非貴重耐火金屬、氧和氮的反應(yīng)產(chǎn)物所構(gòu)成的層是通過氣相沉積法如離子濺射沉積法涂覆的。


圖1是在其表面上沉積有多層涂層的部分基體橫截面示意圖。
基體12可以是任何可鍍覆的金屬或金屬合金基體如銅、鋼、黃銅、鎢、鎳合金和類似金屬。在優(yōu)選實(shí)施方案中，基體是黃銅。
鎳層13采用常規(guī)的和熟知的電鍍方法沉積在基體12的表面上。這些方法包括使用常規(guī)電鍍液如瓦特鍍液(Watts bath)作為電鍍液。這類鍍液通常含有溶于水中的硫酸鎳、氯化鎳和硼酸。所有氯化物、氨基磺酸鹽和氟硼酸鹽鍍液都可使用。這些鍍液還任選地包括一些公知并常用的化合物如整平劑、光亮劑等。為得到特別光亮的鎳層，要將至少一種選自Ⅰ類的和至少一種選自Ⅱ類的光亮劑加入到鍍液中。Ⅰ類光亮劑是含硫的有機(jī)化合物。Ⅱ類光亮劑是不合硫的有機(jī)化合物。Ⅱ類光亮劑還可起整平作用，且當(dāng)將其加入到不含硫的Ⅰ類光亮劑的鍍液中時(shí)，會(huì)得到半光亮鎳沉積層。這些Ⅰ類光亮劑包括烷基萘和苯磺酸、苯和萘的二磺酸和三磺酸、苯和萘的磺酰胺、以及磺酰胺類如糖精、乙烯基磺酰胺和烯丙基磺酰胺和磺酸。Ⅱ類光亮劑通常是不飽和的有機(jī)物質(zhì)如炔屬醇或烯屬醇、乙氧基化的炔屬醇和丙氧基化的炔屬醇、香豆素和醛類。這些Ⅰ類和Ⅱ類光亮劑是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，且很容易商購到。它們特別記載于美國專利US4,421,611中，該專利在此結(jié)合作為參考。
此鎳層可以是由諸如半光亮鎳或光亮鎳構(gòu)成的單層，還可以是由一層半光亮鎳和一層光亮鎳層所構(gòu)成的復(fù)合層。此鎳層厚度通常在約百萬分之100(0.000100)英寸范圍內(nèi)，優(yōu)選約百萬分之150(0.000150)英寸至約百萬分之3,500(0.0035)英寸范圍內(nèi)。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，在該鎳層沉積于基體上之前，基體須放置在常規(guī)和公知酸液中進(jìn)行所稱的活化。
在一種實(shí)施方案中，鎳層優(yōu)選是由光亮鎳構(gòu)成的單層。
在如圖所示的另一種實(shí)施方案中，鎳層13實(shí)際上由兩種不同的鎳層14和16組成。層14由半光亮鎳組成，而層16由光亮鎳組成。這種復(fù)合鎳沉積層為下面的基體提供了良好的腐蝕防護(hù)。半光亮、無硫?qū)?4是采用常規(guī)電鍍方法直接沉積在基體12的表面上。然后將含有半光亮鎳層14的基體12放置在光亮鎳鍍液中，則光亮鎳層16沉積在半光亮鎳層14上。
半光亮鎳層和光亮鎳層的厚度是能夠有效的提供良好的腐蝕保護(hù)作用的厚度。通常，半光亮鎳層的厚度至少是約百萬分之50(0.00005)英寸，優(yōu)選是至少約百萬分之100(0.0001)英寸，更優(yōu)選至少約百萬分之150(0.00015)英寸。厚度的上限通常并無嚴(yán)格限制，且一般由次要因素如成本所控制。然而，厚度一般不應(yīng)當(dāng)超過約百萬分之1,500(0.0015)英寸，優(yōu)選約百萬分之1,000(0.001)英寸，更優(yōu)選約百萬分之750(0.00075)英寸。光亮鎳層16的厚度通常為至少約百萬分之50(0.00005)英寸，優(yōu)選為至少約百萬分之125(0.000125)英寸，更優(yōu)選至少約百萬分之250(0.00025)英寸。對(duì)光亮鎳層厚度的上限范圍并無嚴(yán)格要求，通常由諸如成本類的條件所控制。然而，厚度一般不應(yīng)該超過約百萬分之2,500(0.0025)英寸，優(yōu)選約百萬分之2000(0.002)英寸，更優(yōu)選約百萬分之1500(0.0015)英寸。光亮鎳層16也起到整平層的作用，它趨于覆蓋或填充基體中的缺陷。
設(shè)置在光亮鎳層16上的是一層鎳-鎢-硼合金層20。更具體地，層20由鎳、鎢和硼的非晶態(tài)復(fù)合合金構(gòu)成。層20采用常規(guī)的電鍍方法沉積在層16上。鍍液通常在溫度為約115～125°F,pH值約為8.2～8.6范圍內(nèi)操作。公知的可溶性的優(yōu)選是水溶性的鎳、鎢和硼鹽用于此鍍液中，以提供鎳、鎢和硼的濃度。
鎳-鎢-硼合金層一般由約50～70％重量的鎳、約30～50％重量的鎢和約0.05～2.5％重量的硼構(gòu)成，優(yōu)選地由約55～65％重量的鎳、約35～45％重量的鎢和約0.5～2.0％重量的硼構(gòu)成，更優(yōu)選地由約57.5～62.5％重量的鎳、約37.5～42.5％重量的鎢和約0.75～1.25％重量的硼構(gòu)成。鍍液含有足夠量的可溶性鎳、鎢和硼鹽，以得到前述組成的鎳-鎢-硼合金。
能夠有效地提供鎳-鎢-硼合金的鎳-鎢-硼鍍液組合物可以商購，如由在加里弗尼亞Laguna Niguel的非晶體技術(shù)國際組織(AmorphousTechnologies International)生產(chǎn)的商標(biāo)為AmplateTM的體系。典型的鎳-鎢-硼合金含有約59.5％重量的鎳、約39.5％重量的鎢和約1％重量的硼。鎳-鎢-硼合金是一種無定形/納米級(jí)晶體復(fù)合合金。這種合金層是采用由非晶體技術(shù)國際組織上市的AMPLATE電鍍方法沉積的。
鎳-鎢-硼合金層20的厚度通常至少為約百萬分之20(0.00002)英寸，優(yōu)選至少為約百萬分之50(0.00005)英寸，更優(yōu)選至少為約百萬分100(0.0001)英寸。厚度的上限范圍并無嚴(yán)格要求，并通常取決于經(jīng)濟(jì)方面的考慮。厚度通常不應(yīng)當(dāng)超過約百萬分之2500(0.0025)英寸，優(yōu)選為約百萬分之2000(0.002)英寸，更優(yōu)選為約百萬分之1000(0.001)英寸。
設(shè)置在鎳-鎢-硼合金層20上的是由鉻構(gòu)成的層21。該鉻層21可采用公知的和常規(guī)的電鍍技術(shù)沉積在層20上。這些技術(shù)連同各種鍍鉻的鍍液都公開在Brassard發(fā)表在《金屬精飾》(Matal Finishing)期刊1988年6月的第105-108頁上的“裝飾性電鍍-一種處于過渡中的方法”；Zaki的“鍍鉻”，PF Director，第146-160頁；以及記載于美國專利US4460438、4234396和4093522中，所有這些在此結(jié)合入本文供參考。
鍍鉻液是公知和有商售的。典型的鍍鉻溶液含有鉻酸或其鹽類，以及催化離子如硫酸根或氟離子。該催化離子可由硫酸或其鹽以及氟硅酸提供。鍍液可以在溫度為約112°～116°F操作。一般在鍍鉻液中采用在約5-9伏電壓下，電流密度為每平方英尺約150安培。
鉻層21的厚度通常至少為約百萬分之2(0.000002)英寸，優(yōu)選至少為約百萬分之5(0.000005)英寸，更優(yōu)選至少為約百萬分之8(0.000008)英寸。厚度的上限范圍并無嚴(yán)格要求，并通常取決于經(jīng)濟(jì)方面的考慮。然而，厚度通常不應(yīng)當(dāng)超過約百萬分之60(0.00006)英寸，優(yōu)選為約百萬分之50(0.00005)英寸，更優(yōu)選為約百萬分之40(0.00004)英寸。
設(shè)置在鉻層21上的是由非貴重耐火金屬如鉿、鉭、鋯或鈦、優(yōu)選為鋯或鈦、更優(yōu)選為鋯所組成的層22。
層22是采用常規(guī)和公知技術(shù)如真空涂覆法、物理氣相沉積如離子濺射等技術(shù)沉積在層21上的。離子濺射技術(shù)和設(shè)備公開在T.Van Vorous的“平面型磁控管濺射；新工業(yè)涂覆技術(shù)”，固態(tài)工藝(Solid State Technology),1976年12月，62-66頁；U.Kapacz和S.Schulz的“裝飾性涂層的工業(yè)應(yīng)用-離子濺射鍍覆方法的原則和優(yōu)點(diǎn)”，Soc.Vac.Coat.,Proc.34thArn.Techn.Conf.,Philadelphia,U.S.A,1991,48-61；以及美國專利US4,162,954和US4,591,418中，這些文獻(xiàn)在此結(jié)合入本文作為參考。
簡(jiǎn)要地說，在離子濺射沉積方法中，將耐火金屬如鈦或鋯靶作為陰極并且將基體放置在真空室中。室內(nèi)的空氣被抽空，以在室內(nèi)產(chǎn)生真空條件。將一種惰性氣體如氬氣引入真空室中。氣體顆粒被離子化后，朝靶方向加速，以撞擊鈦原子或鋯原子。接著，受撞擊的靶材而后通常以涂膜形式沉積在基體上。
層22的厚度通常至少為約百萬分之0.25(0.00000025)英寸，優(yōu)選至少為約百萬分之0.5(0.0000005)英寸，更優(yōu)選至少為約百萬分之1(0.000001)英寸。厚度上限范圍并不嚴(yán)格要求，且通常取決于如成本因素。然而，層22的厚度通常應(yīng)該不厚于約百萬分之50(0.00005)英寸，優(yōu)選為約百萬分之15(0.000015)英寸，更優(yōu)選為約百萬分之10(0.000010)英寸。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，層22由鈦或鋯、優(yōu)選鋯組成，且通過離子濺射鍍覆法沉積。
設(shè)置在層22上的是由非貴重耐火金屬化合物和非貴重金屬組成的交替層28和30構(gòu)成的夾心層26。層26的厚度通常在約百萬分之50(0.00005)～約百萬分之1(0.000001)英寸范圍內(nèi)，優(yōu)選為約百萬分之40(0.00004)～約百萬分之2(0.000002)英寸范圍內(nèi)，更優(yōu)選為約百萬分之30(0.000030)～約百萬分之3(0.000003)英寸范圍。
含非貴重耐火金屬化合物的層28包括鉿化合物、鉭化合物、鈦化合物或鋯化合物，優(yōu)選為鈦化合物或鋯化合物，更優(yōu)選為鋯化合物。這些化合物選自氮化物、碳化物和碳氮化物，其中氮化物是優(yōu)選的。進(jìn)而，鈦化合物選自氮化鈦、碳化鈦和碳氮化鈦，其中氮化鈦是優(yōu)選的。鋯化合物選自氮化鋯、碳化鋯和碳氮化鋯，其中氮化鋯是優(yōu)選的。
該氮化物可采用任何常規(guī)和公知的反應(yīng)性真空沉積法、包括反應(yīng)性離子濺射法進(jìn)行沉積。反應(yīng)性離子濺射法大體上類似于離子濺射法，所不同的是能與受撞擊的靶材進(jìn)行反應(yīng)的氣態(tài)物質(zhì)被引入室內(nèi)。因此，在形成由氮化鋯構(gòu)成的層28的情況下，靶由鋯構(gòu)成，而氮?dú)馐且氲绞覂?nèi)的氣態(tài)物質(zhì)。
每個(gè)層28的厚度通常至少為約億分之2(0.00000002)英寸，優(yōu)選至少約百萬分之0.1(0.0000001)英寸，更優(yōu)選至少為約百萬分之0.5(0.0000005)英寸。層28的厚度一般不應(yīng)超過約百萬分之25(0.000025)英寸，優(yōu)選為約百萬分之10(0.000010)英寸，更優(yōu)選為約百萬分之5(0.000005)英寸。
在夾心層26中與非貴重耐火金屬化合物層28交替的層30由諸如所述層22的非貴重耐火金屬材料構(gòu)成。構(gòu)成層30的金屬優(yōu)選是鈦和鋯，其中鋯是更優(yōu)選的。
層30可采用任何常規(guī)和公知的氣相沉積方法如離子濺射沉積法進(jìn)行沉積。
層30的厚度至少為約百萬分之0.02(0.00000002)英寸，優(yōu)選至少為約百萬分之0.1(0.0000001)英寸，更優(yōu)選至少為約百萬分之0.5(0.0000005)英寸。層30的厚度通常不應(yīng)該超過約百萬分之25(0.000025)英寸，優(yōu)選為約百萬分之10(0.00001)英寸，更優(yōu)選為約百萬分之5(0.000005)英寸。
由多層交替層28和30構(gòu)成的夾心層26特別起到減少膜應(yīng)力、提高整個(gè)膜硬度、改善耐化學(xué)品性和晶格重排以減少在整個(gè)膜延伸的范圍內(nèi)的孔隙和晶界的作用。
在夾心層26中的金屬層30和金屬氮化物層28的數(shù)量通常是達(dá)到能夠有效地減少應(yīng)力和提高耐化學(xué)品性的數(shù)目。這一數(shù)目一般是約50～約2個(gè)層交替層28、30，優(yōu)選為約40～約4個(gè)層28、30，更優(yōu)選為約30～約6個(gè)層28、30。
形成夾心層26的優(yōu)選方法是采用離子濺射鍍覆方法、沉積由非貴重耐火金屬如鋯或鈦構(gòu)成的層30，接著用反應(yīng)性離子濺射鍍覆法沉積由非貴重耐火金屬氮化物如氮化鋯或氮化鈦構(gòu)成的層28。
在離子濺射鍍覆期間，氮?dú)饬魉賰?yōu)選地在零(氮?dú)馕匆?到以指定值引入氮?dú)獾姆秶g變化(脈沖式)以形成夾心層26中的金屬層30和金屬氮化物層28的多個(gè)交替層。
層30與層28的厚度之比至少為約20/80，優(yōu)選為30/70，更優(yōu)選為40/60。通常，該值不應(yīng)該高于約80/20，優(yōu)選不高于70/30，更優(yōu)選不高于60/40。
設(shè)置在夾心層26上面的是由非貴重耐火金屬化合物、優(yōu)選為非貴重耐火金屬氮化物、碳氮化物或碳化物，以及更優(yōu)選為氮化物所構(gòu)成的層32。
層32是由鉿化合物、鉭化合物、鈦化合物或鋯化合物，優(yōu)選鈦化合物或鋯化合物，更優(yōu)選鋯化合物組成。鈦化合物選自氮化鈦、碳化鈦和碳氮化鈦，其中氮化鈦是優(yōu)選的。鋯化合物選自氮化鋯、碳氮化鋯和碳化鋯，其中氮化鋯是優(yōu)選的。
層32提供耐磨損性和所需色彩或外觀，比如拋光黃銅外觀。層32可通過任何公知的和常規(guī)鍍覆或沉積方法如真空涂覆法、反應(yīng)性離子濺射鍍覆法等等沉積在層26上。優(yōu)選方法是反應(yīng)性離子濺射鍍覆法。
反應(yīng)性離子濺射鍍覆法通常類似于濺射沉積法，所不同的是可與受撞擊的靶材進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)氣體被引入室中。因此，在形成由氮化鈦構(gòu)成的層32的情況下，靶由鋯構(gòu)成，氮?dú)馐且胧覂?nèi)的反應(yīng)氣體。通過控制能夠與鋯反應(yīng)的氮?dú)饬?，能夠使制得的氮化鋯的顏色類似于各種色調(diào)黃銅的顏色。
層32的厚度應(yīng)至少能有效地保證耐磨性和/或黃銅色澤。通常該厚度至少為百萬分之2(0.000002)英寸，優(yōu)選至少百萬分之4(0.000004)英寸，更優(yōu)選至少百萬分之6(0.000006)英寸。厚度上限通常并無嚴(yán)格要求，且取決于如成本因素。厚度一般不應(yīng)該超過約百萬分之30(0.00003)英寸，優(yōu)選約百萬分之25(0.000025)英寸，更優(yōu)選約百萬分之20(0.000020)英寸。
氮化鋯是優(yōu)選的涂層材料，因?yàn)樗芴峁┳罱咏趻伖恻S銅的外觀。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，由非貴重耐火金屬、含氧氣體如氧氣和氮?dú)獾姆磻?yīng)產(chǎn)物所組成的層34沉積到層32上。可用于本發(fā)明實(shí)踐中的金屬是那些在適宜條件(例如使用由氧氣和氮?dú)饨M成的反應(yīng)氣體)下能夠形成金屬氧化物和金屬氮化物的金屬。這些金屬可以是如鉭、鉿、鋯和鈦，優(yōu)選鈦和鋯，更優(yōu)選鋯。
金屬、氧和氮的反應(yīng)產(chǎn)物通常由金屬氧化物、金屬氮化物和金屬氧氮化物構(gòu)成。因此，如鋯、氧氣和氮?dú)獾姆磻?yīng)產(chǎn)物通常包括氧化鋯、氮化鋯和氧氮化鋯。
層34可采用公知和常規(guī)沉積技術(shù)沉積，包括反應(yīng)性濺射純金屬靶或氧化物、氮化物和/或金屬的復(fù)合物靶、反應(yīng)氣相沉積、離子和離子加速濺射、離子鍍覆、分子束晶體取向生長、化學(xué)氣相沉積和從液態(tài)有機(jī)前體中沉積。然而，優(yōu)選地，本發(fā)明的金屬反應(yīng)產(chǎn)物是通過反應(yīng)性離子濺射法沉積的。
這些金屬氧化物和金屬氮化物包括氧化鋯和氮化鋯合金、及其制備與沉積方法都是常規(guī)和公知的，這些內(nèi)容公開在美國專利US5,367,285中，在此結(jié)合入本文作為參考。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，代替耐火金屬、氧氣和氮?dú)獾姆磻?yīng)產(chǎn)物層的是由非貴重耐火金屬氧化物組成的層34。構(gòu)成層34的耐火金屬氧化物包括、但不限于氧化鉿、氧化鉭、氧化鋯和氧化鈦，優(yōu)選氧化鈦和氧化鋯、更優(yōu)選氧化鋯。這些氧化物及其制備方法是常規(guī)和公知的。
含有金屬、氧氣和氮?dú)獾姆磻?yīng)產(chǎn)物或金屬氧化物的層34的厚度一般至少為約百萬分之0.1(0.0000001)英寸，優(yōu)選至少約百萬分之0.15(0.00000015)英寸，更優(yōu)選至少約百萬分之0.2(0.0000002)英寸。通常，金屬氧氮化物層的厚度不超過約百萬分之1(0.000001)英寸，優(yōu)選約百萬分之0.5(0.0000005)英寸，更優(yōu)選約百萬分之0.4(0.0000004)英寸。
為了更詳細(xì)地理解本發(fā)明，提供下面實(shí)施例。該實(shí)施例是舉例性的，但并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。
實(shí)施例1將黃銅銘牌放置在含有標(biāo)準(zhǔn)的和公知的肥皂、洗滌劑、反絮凝劑等的常規(guī)浸泡清洗劑液中，并將該溶液在pH值為8.9～9.2、溫度為180～200°F下保持30分鐘。接著，再將黃銅銘牌在常規(guī)的超聲波堿性清洗液中放置6分鐘。該超聲波清洗液的pH值為8.9～9.2，溫度維持在約160～180°F范圍，且含有常規(guī)和公知的肥皂、洗滌劑、反絮凝劑等等。經(jīng)超聲波清洗后，再將銘牌漂洗并在常規(guī)堿性電清洗液中放置約2分鐘。此電清洗液含有不溶性浸入式鋼陽極，溫度保持在約140～180°F,pH值約10.5～11.5，且含標(biāo)準(zhǔn)和常規(guī)的洗滌劑。之后，再將此銘牌漂洗二次并在常規(guī)酸性活化液中放置約1分鐘。此酸性活化液的pH值為約2.0～3.0，處于室溫，并且含有基于氟化鈉的酸式鹽。接著再將銘牌漂洗二次，并在半光亮鎳鍍液中放置約10分鐘。此半光亮鎳鍍液是常規(guī)和公知鍍液，其pH值約為4.2～4.6，溫度維持在約130～150°F，其中含有NiSO4、NiCl2、硼酸和光亮劑。則平均厚度約為百萬分之250(0.00025)英寸的半光亮鎳層沉積在銘牌表面上。
接著，再將具有半光亮鎳層的銘牌漂洗二次，且在光亮鎳鍍液中放置約24分鐘。此光亮鎳鍍液一般是常規(guī)鍍液，將溫度維持在約130～150°F,PH值約4.0～4.8，且含有NiSO4、NiCl2、硼酸和光亮劑。這樣平均厚度約百萬分之750(0.00075)英寸的光亮鎳層沉積在半光亮鎳層上。將鍍覆有半光亮和光亮鎳的銘牌漂洗三次，并于鎳-鎢-硼鍍液(加里弗尼亞的非晶體技術(shù)國際組織生產(chǎn)的商標(biāo)為AMPLATE的鍍液)中放置約40分鐘。此鍍液采用-不溶性鍍鉑鈦陽極，且溫度維持在約115～125°F,pH值約8.2～8.6。這樣平均厚度約為百萬分之400(0.0004)英寸的鎳-鎢-硼層沉積在光亮鎳層上。之后將鍍有鎳-鎢-硼的銘牌漂洗二次。
將涂覆有鎳-鎢-硼的銘牌放置在常規(guī)的商售的六價(jià)鉻鍍液中，使用傳統(tǒng)的鍍鉻裝置鍍覆約7分鐘。六價(jià)鉻鍍液是含有約32盎司/加侖鉻酸的常規(guī)和公知鍍液。此鍍液還含有常規(guī)和公知的鍍鉻添加劑。將鍍液的溫度保持在約112～116°F，并使用硫酸鹽/氟化物混合催化劑。鉻酸與硫酸鹽的比為約200∶1。這樣厚度約百萬分之10(0.00001)英寸的鉻層就沉積在鎳-鎢-硼層表面上。然后將銘牌在去離子水中徹底漂洗、干燥。將鍍鉻的銘牌放在離子濺射鍍覆容器中。此容器是由德國的Leybold A.G生產(chǎn)的不銹鋼真空容器。此容器通常是圓柱狀腔，內(nèi)設(shè)有適于由泵抽真空的真空室。氬氣源通過可以改變氬氣流入室中速度的調(diào)節(jié)閥通到真空室中。另外，兩股氮?dú)庠赐ㄟ^用以改變氮?dú)饬魅胧抑兴俣鹊恼{(diào)節(jié)閥連通到真空室。
兩對(duì)磁控管型靶組件以一定間隔安裝在室內(nèi)，并連接到可調(diào)直流電源的負(fù)輸出端上。靶構(gòu)成陰極，而室壁是為靶陰極所共有的陽極。靶材含鋯。
安裝一個(gè)承載基體如銘牌的基體托架，例如，它可懸掛在室的頂部，并由可調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以在每對(duì)磁控管靶組件之間傳送基體。此托架是導(dǎo)電的，并電連接到可調(diào)直流電源的負(fù)輸出端。
將鍍鉻銘牌安裝在離子濺射鍍覆容器內(nèi)的基體托架上。將真空室抽空到壓力為約5×10-3毫巴，且通過輻射電阻加熱器加熱到約400℃。靶材經(jīng)濺射清潔除去表面污物。濺射清潔在下述條件下進(jìn)行約0.5分鐘向陰極供應(yīng)足以達(dá)到約18安培電流的電能，并以每分鐘約200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的速度供入氬氣。在濺射清潔過程中，壓力維持在約3×10-3毫巴。
然后，采用低壓浸蝕方法清洗銘牌。此低壓浸蝕過程進(jìn)行約5分鐘，包括向銘牌施加負(fù)的直流電位，該電位在1分鐘時(shí)間內(nèi)從約1200伏提高到約1400伏，且向陰極供應(yīng)直流電能以達(dá)到約3.6安培的電流。氬氣以在1分鐘時(shí)間內(nèi)從每分鐘約800標(biāo)準(zhǔn)立方厘米提高到約1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的速度供入到室內(nèi)，且壓力維持在約1.1×10-2毫巴。銘牌以1轉(zhuǎn)/分鐘的速度在磁控管靶組件之間轉(zhuǎn)動(dòng)。然后對(duì)銘牌進(jìn)行高壓浸蝕清洗約15分鐘。在高壓浸蝕過程中，氬氣以在10分鐘內(nèi)從每分鐘約500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米提高到每分鐘約650標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的速度引入，即開始階段流速為500sccm,10分鐘后流速為650sccm，且在以后的高壓浸蝕過程中保持650sccm，壓力維持在約2×10-1毫巴，以及將負(fù)電位施加給此銘牌，該負(fù)電位在10分鐘內(nèi)從約1400伏提高到2000伏。銘牌以約1轉(zhuǎn)/分鐘的速度在磁控靶組件之間轉(zhuǎn)動(dòng)。容器內(nèi)的壓力維持在約2×10-1毫巴。
然后，對(duì)此銘牌進(jìn)行約5分鐘的另一次低壓浸蝕清洗過程。在此低壓浸蝕清洗過程中，將約1400伏的負(fù)電位施加給此銘牌，將直流電能供給陰極，使電流達(dá)到約2.6安培，而氬氣以在5分鐘時(shí)間內(nèi)由約800sccm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/每分鐘)提高到約1000sccm的速率引入到真空室中。壓力維持在約1.1×10-2毫巴，而銘牌以約1rpm的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
通過將電能供給陰極，使電流足夠達(dá)到約18安培，氬氣以約150sccm的速率引入，并將壓力維持在約3×10-3毫巴的條件下，對(duì)靶材再次濺射清潔約1分鐘。
在清潔期間，屏蔽物安插在銘牌和磁控管靶組件之間，以防止靶材沉積到銘牌上。
移走屏蔽物，在五分鐘時(shí)間內(nèi)，平均厚度約百萬分之3(0.000003)英寸的鋯層就沉積在銘牌的鎳/鎢/硼層上。這種濺射沉積方法包括將直流電源施加給陰極，以達(dá)到約18安培的電流，以約450sccm的速度將氬氣引入容器，維持容器內(nèi)壓力約6×10-3毫巴，以及以0.7轉(zhuǎn)/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)銘牌。
在沉積鋯層后，再將交替的氮化鋯層和鋯層的夾心層沉積到鋯層上。氬氣以約250sccm的速度引入真空室，將直流電源施加給陰極達(dá)到約18安培的電流。將約200伏偏壓施加給基體。氮?dú)庖猿跛俣燃s80sccm引入。然后，再將氮?dú)饬魉俳档偷搅慊蚪咏?。這種脈沖氮?dú)庠O(shè)定成在約50％負(fù)荷周期發(fā)生。脈沖過程連續(xù)進(jìn)行約10分鐘，產(chǎn)生具有約每層平均厚度約為百萬分之1(0.000001)英寸的共約五層的夾心層組。此夾心層組的平均厚度約為百萬分之6(0.000006)英寸。
由氮化鋯和鋯構(gòu)成的交替層的夾心層沉積之后，在約20分鐘內(nèi)，將具有平均厚度約百萬分之10(0.00001)英寸的氮化鋯層沉積在夾心層組上。在此步驟中，調(diào)節(jié)氮?dú)庖员３志植侩x子流約為6.3×10-11安培。氬氣、直流電源和偏壓保持與上面的相同。
在沉積氮化鋯層完成之后，在約30秒期間內(nèi)，沉積一層由鋯、氧和氮的反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成的薄層，該薄層的平均厚度約為百萬分之0.25(0.00000025)英寸。在此步驟中，引入氮?dú)獾乃俣缺３衷?50sccm，陰極電流保持在約18安培，偏壓保持在約200伏，而氮?dú)饬髟O(shè)定在約80sccm。氧氣以約20sccm的速度引入。
盡管出于舉例說明目的記載了一些本發(fā)明的具體方案，但是應(yīng)當(dāng)理解糾，在本發(fā)明的整體范圍內(nèi)可以有各種實(shí)施方案和各種變化。
權(quán)利要求
1.一種包含一個(gè)基體的制品，在基體的至少一部分表面上設(shè)置有多層涂層，包括由半光亮鎳構(gòu)成的層；由光亮鎳構(gòu)成的層；由鎳-鎢-硼構(gòu)成的層；由鉻構(gòu)成的層；由鋯或鈦構(gòu)成的層；由許多由鋯層或鈦層和鋯化合物層或鈦化合物層組成的交替層所構(gòu)成的夾心層；以及由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層。
2.權(quán)利要求1的制品，其中所述由鋯或鈦構(gòu)成的層是由鋯構(gòu)成的。
3.權(quán)利要求2的制品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層是由鋯化合物構(gòu)成的。
4.權(quán)利要求3的制品，其中所述鋯化合物是由氮化鋯組成的。
5.權(quán)利要求1的制品，其中所述基體是由黃銅構(gòu)成的。
6.一種包含一個(gè)基體的制品，在基體的至少一部分表面上具有多層涂層，包括由半光亮鎳構(gòu)成的層；由光亮鎳構(gòu)成的層；由鎳-鎢-硼構(gòu)成的層；由鉻構(gòu)成的層；由鋯或鈦構(gòu)成的層；由許多由鋯層或鈦層和鋯化合物層或鈦化合物層組成的交替層所構(gòu)成的夾心層；由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層；以及由氧化鋯或氧化鈦構(gòu)成的層。
7.權(quán)利要求6的制品，其中所述由鋯或鈦構(gòu)成的層是由鋯構(gòu)成的。
8.權(quán)利要求7的制品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層由鋯化合物構(gòu)成。
9.權(quán)利要求8的制品，其中所述鋯化合物是氮化鋯。
10.權(quán)利要求9的制品，其中所述基體是黃銅。
11.權(quán)利要求6的制品，其中所述基體是黃銅。
12.一種包含一個(gè)基體的制品，在基體至少一部分表面上具有多層涂層，包括由鎳構(gòu)成的層；由鎳-鎢-硼構(gòu)成的層；由鉻構(gòu)成的層；由鋯或鈦構(gòu)成的層；由許多由鋯層或鈦層和鋯化合物層或鈦化合物層組成的交替層所構(gòu)成的夾心層；以及由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層。
13.權(quán)利要求12的制品，其中所述由鎳構(gòu)成的層是由光亮鎳構(gòu)成的。
14.權(quán)利要求12的制品，其中所述由鋯或鈦構(gòu)成的層是由鋯構(gòu)成的。
15.權(quán)利要求14的制品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層是由鋯化合物構(gòu)成的。
16.權(quán)利要求15的制品，其中所述鋯化合物是由氮化鋯組成的。
17.權(quán)利要求16的制品，其中所述基體是由黃銅構(gòu)成的。
18.權(quán)利要求12的制品，其中所述基體是由黃銅構(gòu)成的。
19.一種包含一個(gè)基體的制品，在基底至少一部分表面上具有多層涂層，包括由鎳構(gòu)成的層；由鎳-鎢-硼構(gòu)成的層；由鉻構(gòu)成的層；由鋯或鈦構(gòu)成的層；由許多由鋯層或鈦層和鋯化合物層或鈦化合物層組成的交替層所構(gòu)成的夾心層；由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層；以及由氧化鋯或氧化鈦構(gòu)成的層。
20.權(quán)利要求19的制品，其中所述第一層是由光亮鎳構(gòu)成的。
21.權(quán)利要求20的制品，其中所述由鋯或鈦構(gòu)成的層是由鋯構(gòu)成的。
22.權(quán)利要求21的制品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層由鋯化合物構(gòu)成。
23.權(quán)利要求22的制品，其中所述由鋯化合物是氮化鋯。
24.權(quán)利要求19的制品，其中所述由鋯或鈦構(gòu)成的層是由鋯構(gòu)成的。
25.權(quán)利要求24的制品，其中所述由鋯化合物或鈦化合物構(gòu)成的層由鋯化合物構(gòu)成。
26.權(quán)利要求25的制品，其中所述由鋯化合物是氮化鋯。
27.權(quán)利要求26的制品，其中所述基體是黃銅。
28.權(quán)利要求19的制品，其中所述基體是黃銅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鍍覆有多層涂層的制品,尤其是黃銅制品。這些涂層包括在制品表面上逐次沉積的半光亮鎳層、光亮鎳層、鎳－鎢－硼層、鉻層、非貴重耐火金屬層、由非貴重耐火金屬化合物和耐火金屬的交替層所構(gòu)成的夾心層、非貴重耐火金屬化合物、以及由非貴重耐火金屬氧化物組成的層或由非貴重耐火金屬、氧和氮的反應(yīng)產(chǎn)物所構(gòu)成的層。此涂層賦予制品黃銅色澤,還具有耐磨性和防腐性。
文檔編號(hào)C23C14/06GK1215097SQ98102488
公開日1999年4月28日 申請(qǐng)日期1998年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月30日
發(fā)明者R·W·蘇格, R·P·威爾特, S·R·穆森三世 申請(qǐng)人:馬斯科公司