專利名稱：一種制造色彩涂覆襯底的方法及色彩涂覆襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在至少一個方面，本發(fā)明涉及具有銀或不銹鋼外表的涂覆襯底。
背景技術(shù)：
為了裝飾用途而使金屬部分金屬化通常使用多種濕化學技術(shù)來實現(xiàn)。這些應(yīng)用的實例包括浴室應(yīng)用(例如，水龍頭)、汽車應(yīng)用等。對于這些應(yīng)用而言，一種尤其有用的涂覆工藝涉及將鉻涂敷到襯底表面?，F(xiàn)有技術(shù)鍍鉻工藝首先要對襯底進行清洗和漂洗。在典型工藝中，會先將襯底沉浸在鍍鉻槽中，隨后施用電流來開始涂覆工藝。就此，已知的是同時使用三價鉻和六價鉻的工藝。三價鉻和六價鉻電鍍方法并不理想，因為此類工藝難以處理、成本較高并且管制嚴格。因此，涂覆金屬襯底而不使用三價或六價鉻的改進方法是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
在至少一個實施例中，本發(fā)明通過提供一種制造色彩涂覆襯底的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題。所述方法包括提供待涂覆的襯底的步驟。然后，將基層沉積在所述襯底上以形成第一涂覆襯底。接著，將氮化鉻層沉積在所述第一涂覆襯底上以形成所述色彩涂覆襯底。所述方法的特征在于，所述氮化鉻層的氮原子百分數(shù)小于約45原子百分數(shù)。 在另一個實施例中，提供一種在陰極電弧沉積系統(tǒng)中制造色彩涂覆襯底的方法。所述方法的特征在于，所述陰極電弧沉積系統(tǒng)包括置于沉積室中的含鉻金屬靶，以及置于所述沉積室中的至少一個襯底。所述方法包括將惰性氣體引入所述沉積室，隨后在所述沉積室中引發(fā)電弧，以將鉻從所述含鉻金屬靶中去除。將該金屬沉積在所述襯底上，從而在所述襯底上形成鉻基層。將氮氣引入所述沉積室，以將氮化鉻沉積在所述基層上，從而形成所述色彩涂覆襯底。所述氮化鉻的氮原子百分數(shù)小于約45原子百分數(shù)。本發(fā)明的另一個實施例提供了一種色彩涂覆襯底，包括襯底；設(shè)置在所述襯底上方的鉻基層；以及設(shè)置在所述基層上方的氮化鉻層，所述氮化鉻層的氮原子百分數(shù)小于約45原子百分數(shù)。


圖1是示出了一種制造色彩涂覆襯底的方法的示意流程圖；以及圖2是用于涂覆襯底的陰極電弧涂覆設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)將詳細參考本發(fā)明目前優(yōu)選的組合、實施例和方法，所述組合、實施例和方法構(gòu)成發(fā)明人目前已知的實踐本發(fā)明的最佳模式。附圖不必按比例繪制。但應(yīng)理解，所披露的實施例只是本發(fā)明的示例性實施例，其可以通過多種形式和替代形式實施。因此，本文中所披露的具體細節(jié)并非解釋為限定性的，而只是表示本發(fā)明任一方面和/或用于教示所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員以多種方式使用本發(fā)明。除非在實例中或另外明確指明，否則本說明書中表示材料的量或者反應(yīng)和/或使用條件的所有數(shù)量都應(yīng)理解為在描述本發(fā)明的最大范圍時使用字詞“約”進行修飾。通常優(yōu)選的是，在所述數(shù)值限制范圍內(nèi)進行實踐。此外，除非明確說明情況相反，否則百分數(shù)、“……的部分”以及比值均按重量計算；如果將一組或一類材料描述成適用于或優(yōu)選用于本發(fā)明的指定目的，則表示該組或該類材料中任何兩種或更多材料的混合物是同樣適用的或優(yōu)選的；使用化學術(shù)語描述的成分是指，添加到說明書中指定的任何組合時的成分，而不必排除混合之后混合物的成分之間發(fā)生的化學反應(yīng)；縮略詞或其他縮寫詞的第一次定義適用于隨后在本文中使用的所有相同縮寫詞，并且根據(jù)初次定義的縮寫詞的正常語法變化進行修正；以及，除非明確說明情況相反，否則，對性質(zhì)的測量由此前或此后所提到的用于這種性質(zhì)的同種技術(shù)來確定。還應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于下文描述的具體實施例和方法，因為具體部件和/或條件顯然可以是不同的。此外，本文中使用的術(shù)語只用于描述本發(fā)明的特定實施例，而并不旨在限制本發(fā)明。必須注意，除非本文中另外指明，否則說明書和所附權(quán)利要求書中使用的單數(shù)形式“一”、“一個”和“所述”包括復數(shù)形式。例如，提及采用單數(shù)形式的部件旨在包括多個部件。在本發(fā)明的多種實施例中，使用物理蒸汽沉積(PVD)在襯底上形成不銹鋼色或銀色。這種色彩涂覆襯底用于裝飾應(yīng)用和耐蝕應(yīng)用兩者，其中實例包括，但不限于，管道部件(例如，水龍頭、用于水龍頭的圓形把手等)、汽車部件、消費性電子器件(例如，手機)以及消費性產(chǎn)品(例如，手表)。不銹鋼色通過以下方式獲得將受控量的氮添加到鉻中以制成氮化鉻。銀色通過以下方式獲得在PVD沉積期間，將極少量的氮添加到鉻中以制成氮化鉻，從而模擬這種銀色。優(yōu)選的是，將這些涂層涂敷到電鍍鎳，而非通常使用的六價鉻。參考圖1，提供描繪一種制造涂覆襯底的方法的示意流程圖。在步驟a)中，基層10沉積到襯底12上以形成第一涂覆襯底14。合適的基層的實例包括，但不限于，鉻、鎳、不銹鋼、鋁和陽極化鋁。最后，在步驟b)中，將氮化鉻16沉積在第一涂覆襯底14上以形成涂覆襯底20。所述方法特征在于，氮化鉻層16的氮原子百分數(shù)小于45原子百分數(shù)。在本實施例的變體中，基層和氮化鉻通過物理蒸汽沉積進行沉積?？捎贸练e工藝的實例包括，但不限于，陰極電弧沉積、蒸發(fā)、噴鍍等。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，陰極電弧沉積對于實施本實施例的方法尤其有用。圖2是用于沉積本發(fā)明的色彩涂覆襯底的電弧沉積系統(tǒng)的示意圖。在電弧沉積系統(tǒng)20的運行期間，電弧被引發(fā)，從而致使氣體(例如，氬、氦等)和陰極原子顯著離子化，由此形成等離子。將離子化陰極金屬離子從陰極區(qū)域引向涂覆有上述金屬層或氮化物層的襯底。電弧沉積系統(tǒng)20包括陰極靶22，陰極靶置于真空室26內(nèi)。鉻靶用于本發(fā)明的多種實施例中。電弧沉積系統(tǒng)20包括至少一個陽極。在改進方案中，真空室26的壁28是陽極。所述系統(tǒng)的特征在于，陰極靶22是細長設(shè)計(例如，圓柱形或桿形)。還應(yīng)了解，靶22的截面實際上可以是任何形狀，例如包括，但不限于，圓形、三角形、正方形、五角形、六角形、橢圓形或不規(guī)則形狀。通過合適的真空系統(tǒng)，如所述領(lǐng)域中已知的那樣，通過端口 30，在涂覆襯底期間，電弧沉積系統(tǒng)20維持在一定降壓下。通常，運行壓力在0.5和50mT之間。根據(jù)本發(fā)明的實施例，鉻基層首先通過將惰性氣體(例如，氬)引入真空室26而從陰極靶22形成。然后，將氮氣引入，以便從陰極靶22形成氮化鉻層。襯底32置于襯底區(qū)34內(nèi)，該襯底與陰極靶22之間的距離為屯。在改進方案中，系統(tǒng)20包括螺旋電磁線圈38，該線圈同軸安裝在陰極靶22周圍。螺旋電磁線圈38由單獨的線圈電源40提供動力。電磁線圈38可以進行電隔離，或者可以連接到真空室26。控制系統(tǒng)42用于改變輸入到陰極靶22每端的電流，同時使總電弧電流大體維持恒定，這樣，到陰極靶22兩端的電流可以在供應(yīng)的總電弧電流的0%和100%之間變化。電弧電流直接關(guān)系到沉積率，并且可以被控制在50A和，例如，2000A之間，其中上限由靶的冷卻效率確定。這可以通過以下方式實現(xiàn)使用連接在陰極靶22每端的單獨的電弧電源44、46以及控制器48以向單獨的電弧電源44、46提供補償定點信號。在一個替代變體中，可以采用具有兩個補償電流輸出端的單個電弧電源。電弧引發(fā)器50用于引發(fā)電弧。仍參考圖2，電弧傾向于被吸引到陰極靶22正在接收總電流輸入的較大部分的那端，因為陰極靶中存在電弧電流的自磁場。電弧沿陰極靶22在一個方向上移動的速度部分地取決于流入陰極靶22兩端的電流之間的失衡程度。因此，可以通過以振蕩方式改變陰極靶22兩端之間的電流分配而沿著陰極靶22來回掃描電弧點。這樣，就可以均勻地腐蝕陰極靶22，并且電弧可以持續(xù)地維持在陰極表面上，而非如同現(xiàn)有技術(shù)教示的那樣，重復地再引發(fā)。傳感器可以適當?shù)刂糜陉帢O靶22的蒸發(fā)表面的每個端上，以在電弧點到達陰極靶22的蒸發(fā)表面的一端時提供信號，這時，電流分配可以逆向，以便沿陰極靶22的整個表面對電弧點進行自動掃描。電磁線圈38可以與電弧電源44、46串聯(lián)連接，以使電弧電流流經(jīng)電磁線圈38，從而產(chǎn)生軸向磁場。由于線圈連接在電弧電源44、46的正輸出端與陽極之間，并且由于總電弧電流是恒定的，因此輸入到電磁線圈38的電流不受陰極靶22兩端的電流變化影響。這種布置無需用于為電磁線圈38提供電力的單獨電源，但所應(yīng)用的磁場的強度不再具有單獨可調(diào)性，除非通過選擇電磁線圈38的節(jié)距。在本實施例的一個變體中，色彩涂覆襯底的特征在于具有Lab色彩空間坐標為L*=85. 3(±2. 0)、a*=-0. 10(±0. 50)以及 b*=0. 20 (±1. O)的銀色。通常，氮化鉻層中的氮原子百分數(shù)為約3%到8%。在改進方案中，氮化鉻層中的氮原子百分數(shù)為約2%到7%。此外，氮化鉻層的厚度通常為約O. 05到O. 15微米。在另一個變體中，色彩涂覆襯底具有Lab色彩空間坐標為L*=75.0(±3.0)、a*=0. 50(±0. 50)以及b*=1.80(±1.0)的不銹鋼色。在此變體中，氮原子百分數(shù)為約30%到45%。在此變體中，氮原子百分數(shù)為約32%到43%。在此變體的另一個改進方案中，氮化鉻層的厚度為約O. 05到O. 15微米。在又一個變體中，基層包括鉻或鎳。在此變體的一個改進方案中，基層的厚度為約O. 05到O. 5微米。以下實例說明本發(fā)明的多種實施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的許多變體。實例
不銹鋼表殼通過噴砂處理工藝被磨光、紋理化成無光飾面，并且通過已知方法進行清洗。將紋理化表殼置于陰極電弧蒸鍍?nèi)萜髦?。該容器通常是圓柱形包封物，其容納適于通過泵進行抽真空的真空室。氬氣和氮氣的源通過可調(diào)節(jié)閥連接到所述室，其中可調(diào)節(jié)閥用于改變氬和氮進入所述室的流率。圓柱形陰極安裝在所述室的中間并且連接到可變D.C.電源的負輸出端。該電源的正側(cè)連接到室壁。陰極材料包括鉻。所述殼安裝在心軸上，心軸安裝在圍繞陰極外部的環(huán)上。整個環(huán)圍繞陰極旋轉(zhuǎn)，同時每個心軸也圍繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生所謂的行星運動，這種行星運動使得安裝在每個心軸周圍的多個部分均勻接觸陰極。所述環(huán)通常以若干rpm進行旋轉(zhuǎn)，而每個心軸在每次環(huán)旋轉(zhuǎn)時進行若干次旋轉(zhuǎn)。心軸與所述室電隔離并且設(shè)有可旋轉(zhuǎn)接觸件，以便在涂覆期間可以向襯底施加偏置電壓。真空室被抽真空至約10_5到10_7托的壓力，并且被加熱至約150° C。隨后，表殼進行高偏置電弧等離子清洗，其中在各個部分上施加約-600伏的(負)偏置電壓，同時在陰極上引發(fā)并保持約500安培的電弧。清洗時長為約5分鐘。以一定速率引入氬氣，該速率足以維持約I到5毫托的壓力。在三分鐘時期內(nèi)，將平均厚度為約O.1Om的鉻層沉積在表殼上。陰極電弧沉積工藝包括將D.C.電源應(yīng)用于陰極以獲得約500安培的電流；將氬氣引入容器以使容器中的壓力維持在約I到5毫托，維持襯底偏置為-50伏；以及以上述行星方式旋轉(zhuǎn)各個部分。沉積鉻層之后，將氮化鉻基層沉積在鉻層上。將氮流引入真空室中，同時以約500安培以及-50伏的襯底偏置繼續(xù)進行電弧放電。為了改變涂層硬度，氮量應(yīng)是總氣流的50%到75%。該基層的厚度在O. 20和O. 50m之間。隨后，氮流顯著降低至總氣流的2%到3%，以便沉積CrNx的最終色彩層，其中x=0. 5到O. 15。此最終層的厚度在O. 05和O. 15m之間。熄滅電弧，開放真空室，并且移除涂覆制品。涂層所得到的色彩是L*=85.3(±2.0)、a*=-0. 10(±0. 50) 以及 b*=0.20(±1.0) (CIELAB，D65，10° 觀察角度)，這樣，該涂層就具有銀或鋁的白色金屬外表。實例II將銅水龍頭置于常規(guī)的浸潰除油劑槽中，該槽包含標準且為人熟知的肥皂、去垢劑、反絮凝劑等，其維持在約8. 9到9. 2的PH以及180° F到200° F的溫度下約10分鐘。隨后，將銅水龍頭置于常規(guī)的堿性超聲波除油劑槽中。堿性超聲波除油劑槽具有8. 9到9. 2的Ph，維持在約160° F到180° F的溫度下，并且包含常規(guī)且為人熟知的肥皂、去垢劑、反絮凝劑等。進行超聲波清洗之后，漂洗水龍頭并且將其置于常規(guī)的堿性電解除油劑槽中。電解除油劑槽維持在約140° F到180° F的溫度、約10. 5到11. 5的pH下，并且包含常規(guī)的標準去垢劑。然后，將水龍頭漂洗兩次，并且置于常規(guī)的酸性激活劑槽中。酸性激活劑槽具有約2. O到3. O的pH，處于環(huán)境溫度下，并且包含氟化鈉基酸鹽。隨后，將水龍頭漂洗兩次，并且置于光亮鍍鎳槽中約12分鐘。光亮鎳槽通常是常規(guī)的槽，其維持在約130° F到150° F的溫度、約4. O的pH下，包含NiS04、NiCl2、硼酸以及光亮劑。平均厚度為約IOm的光亮鎳層沉積在水龍頭表面上。隨后，鍍鎳的水龍頭使用研磨拋光輪進行紋理化，以在所有表面上形成定向擦刷紋理。真空室被抽真空至約10_5到10_7托的壓力，并且被加熱至約150° C。
然后，電鍍的水龍頭進行高偏置電弧等離子清洗，其中在各個部分上施加約-600伏的(負)偏置電壓，同時在陰極上引發(fā)并保持約500安培的電弧。清洗時長為約5分鐘。以一定速率引入氬氣，該速率足以維持約I到5毫托的壓力。在三分鐘時期內(nèi)，將平均厚度為約O. 20m的鉻層沉積在鍍鎳的水龍頭上。陰極電弧沉積工藝包括將D.C.電源應(yīng)用于陰極以獲得約500安培的電流；將氬氣引入容器以使容器中的壓力維持在約I到5毫托，維持襯底偏置為-50伏；以及以上述行星方式旋轉(zhuǎn)水龍頭。沉積鉻層之后，將氮化鉻色彩層沉積在鉻層上。將氮流引入真空室中，同時以約500安培以及-50伏的襯底偏置繼續(xù)進行電弧放電。為了改變涂層色彩，氮量應(yīng)是總氣流的50%到75%。此色彩層的厚度在O. 10和O. 25m之間。熄滅電弧，開放真空室，并且移除涂覆制品。涂層所得到的色彩是:L*=75.0(±3.0)、a*=0. 50(±0. 50)以及b*=L 80 (土 L O)(CIELAB, D65，10°觀察角度)，這樣，該涂層就具有不銹鋼的外表。

盡管已說明和描述本發(fā)明的各個實施例，但這些實施例并不旨在說明和描述本發(fā)明的所有可能形式。相反，本說明書中使用的字詞是說明性而非限制性的字詞，并且應(yīng)理解，可以在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出多種改變。
權(quán)利要求
1.一種涂覆襯底以形成色彩涂覆襯底的方法，其特征在于，所述方法包括 a)將基層沉積在所述襯底上以形成第一涂覆襯底；以及 b )將氮化鉻層沉積在所述第一涂覆襯底上以形成色彩涂覆襯底，所述氮化鉻層中氮的原子百分數(shù)小于約45原子百分數(shù)，其中所述基層和所述氮化鉻層通過物理蒸汽沉積進行沉積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述色彩涂覆襯底是銀色，其Lab色彩空間坐標為 L*=85. 3 (±2. O)、a*=-0. 10 (±O. 50)以及 b*=0. 20 (±1. O)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層中的所述氮原子百分數(shù)為約 3%到8% ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層中的所述氮原子百分數(shù)為約2%到7% ο
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層的厚度為約O.05到O. 15微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述色彩涂覆襯底是不銹鋼色，其Lab色彩空間坐標為 L*=75. O (±3. O)、a*=0. 50 (±0. 50)以及 b*=l. 80 (±1. O)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層中的所述氮原子百分數(shù)為約
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層中的所述氮原子百分數(shù)為約 32% 到 43%ο
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層的厚度為約O.10到O. 25微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基層包括鉻、鎳、不銹鋼、鋁或陽極化招。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基層的厚度為約O.05到O. 5微米。
12.—種在陰極電弧沉積系統(tǒng)中制造色彩涂覆襯底的方法，所述陰極電弧沉積系統(tǒng)包括置于沉積室中的含鉻金屬靶，以及置于所述沉積室中的至少一個襯底，其特征在于，所述方法包括 a)將惰性氣體引入所述沉積室； b)在所述沉積室中引發(fā)電弧，以將鉻從所述含鉻金屬靶中去除并且沉積在所述襯底上，從而在所述襯底上形成鉻基層；以及 c)將氮氣引入所述沉積室，以將氮化鉻層沉積在所述基層上，從而形成所述色彩涂覆襯底，所述氮化鉻層的氮原子百分數(shù)小于約45原子百分數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述色彩涂覆襯底是銀色，其Lab色彩空間坐標為 L*=85. 3 (±2. O)、a*=-0. 10 (±0. 50)以及 b*=0. 20 (±1. O)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層中的所述氮原子百分數(shù)為約3%到8% ο
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層的厚度為約O.05到O. 15微米。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述色彩涂覆襯底具有Lab色彩空間坐標為1>=75.0(±3.0)、&*=0.50(±0.50)以及 b*=L 80 (土 L O)的不銹鋼色。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層中的所述氮原子百分數(shù)為約30%到45%ο
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述氮化鉻層的厚度為約O.1到O. 25微米。
19.一種色彩涂覆襯底，其特征在于，所述的色彩涂覆襯底包括 襯底； 設(shè)置在所述襯底上方的鉻基層；以及 設(shè)置在所述基層上方的氮化鉻層，所述氮化鉻層的氮原子百分數(shù)小于約45原子百分數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的色彩涂覆襯底，其特征在于，所述色彩涂覆襯底具有Lab色彩空間坐標為1>=85.3(±2.0)、&*=-0· 10 (±0.50)以及 b*=0. 20 (土 L O)的銀色。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的色彩涂覆襯底，其特征在于，所述氮化鉻層中的所述氮原子百分數(shù)為約3%到8%。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的色彩涂覆襯底，其特征在于，所述氮化鉻層的厚度為約O.05到O. 15微米。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的色彩涂覆襯底，其特征在于，所述色彩涂覆襯底具有Lab色彩空間坐標為 L*=75. O (±3. O)、a*=0. 50 (±0. 50)以及 b*=l. 80 (±1. O)的不銹鋼色。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的色彩涂覆襯底，其特征在于，所述氮化鉻層中的所述氮原子百分數(shù)為約30%到45%。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的色彩涂覆襯底，其特征在于，所述氮化鉻層的厚度為約O.1到O. 25微米。
全文摘要
一種制造色彩涂覆襯底的方法及色彩涂覆襯底，所述制造色彩涂覆襯底的方法包括將基層沉積在襯底上以形成第一涂覆襯底。然后，將氮化鉻層沉積在所述第一涂覆襯底上以形成第二涂覆襯底。所述氮化鉻的氮原子百分數(shù)小于約45原子百分數(shù)。
文檔編號C23C14/34GK103031515SQ20121037952
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者B·R·安頓, J·S·賴斯 申請人:蒸汽技術(shù)公司