一种超黑色耐磨涂层及其制作方法

摘要

一种超黑色耐磨涂层，在基底材料表面由内至外依次沉积Ti层、第一WTiAlSiN层、第二WTiAlSiN层、WC层，这种多层膜结构中，最下层为由Ti靶形成的纯Ti层，中间两层为由WTiAlSi四种混合靶掺氮形成的过渡层和功能层，表面是由W靶掺乙炔形成的WC层进行颜色的覆盖，相比传统的黑色涂层，具有上述四层结构的涂层不仅颜色超黑，而且硬度和耐磨性大大提高，其超黑色、高耐磨性能显著优于现有涂层。该涂层的制作工艺简单，成本低。该涂层及其制作工艺尤其适于钟表、3C电子产品壳体等的涂层应用。

权利要求

1.一种超黑色耐磨涂层，其特征在于,包括在基底材料表面由内至外依次沉积的Ti层、第一WT iAlSiN层、第二WT iAlSiN层、WC层，沉积的多层膜结构中最下层为由Ti靶形成的纯Ti层，中间两层为由WTiAlSi四种混合靶掺氮形成的过渡层和功能层，表面由W靶掺乙炔形成的WC层进行颜色的覆盖。

2.如权利要求1所述的超黑色耐磨涂层，其特征在于,所述第二WTiAlSiN层的厚度大于所述第一WTiAlSiN层的厚度，所述第二WTiAlSiN层的颜色较所述第一WTiAlSiN层的颜色更接近所述WC层的颜色。

3.一种超黑色耐磨涂层的制作方法，采用磁控溅射方法沉积涂层，其特征在于,包括以下步骤：S1、在基底材料表面沉积纯Ti层；

S2、在所述Ti层上沉积作为衔接过渡层的第一WTiAlSiN层；

S3、在所述第一WTiAlSiN层上沉积作为功能层的第二WTiAlSiN层；

S4、在所述第二WTiAlSiN层上沉积WC层作为表面层；

沉积的多层膜结构中最下层为由Ti靶形成的纯Ti层，中间两层为由WTiAlSi四种混合靶掺氮形成的过渡层和功能层，表面由W靶掺乙炔形成的WC层进行颜色的覆盖。

4.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于,使所述第二WTiAlSiN层的厚度大于所述第一WTiAlSiN层的厚度，所述第二WTiAlSiN层的颜色较所述第一WTiAlSiN层的颜色更接近表面层的颜色。

5.如权利要求3或4所述的制作方法，其特征在于,步骤S1中，通入Ar气，使气压达到0.3～0.4Pa，偏压设定-50～-100V，开启Ti靶，Ti靶电流为28-32A，沉积纯Ti层。

6.如权利要求3至4任一项所述的制作方法，其特征在于,步骤S2中，通入N2气，控制N2流量从30sccm逐渐升高到200sccm，气压为0.30～0.50Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，靶电流分别为Ti靶28～32A,Al靶13～17A,Si靶12～18A,W靶3～7A，沉积30～40分钟形成所述第一WTiAlSiN层。

7.如权利要求3至4任一项所述的制作方法，其特征在于,步骤S3中，通入N2气，控制N2流量从100sccm逐渐升高到200sccm，气压为0.4～0.5Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，靶电流分别为Ti靶8～12A,Al靶8～12A,Si靶20～30A,W靶3～7A，沉积60～80分钟形成所述第二WTiAlSiN层。

8.如权利要求3至4任一项所述的制作方法，其特征在于,步骤S4中，关闭Ti、Al、Si靶，W靶电流调到14～18A，关闭N2，充入C2H2，从50sccm逐渐升高到300sccm，气压为0.3～0.5pa，沉积所述WC层。

9.如权利要求3至4任一项所述的制作方法，其特征在于,步骤S1之前还包括：

对所述基底材料进行超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度200-230℃；

在真空6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-300～-400V，在真空炉里公转1-3圈对基底材料离子清洗。

10.如权利要求3至4任一项所述的制作方法，其特征在于,步骤S3和S4中，Ti靶、Al靶、Si靶与W靶的位置经设置以使得TiAL形成共溅射，而SiW形成共溅射。

说明书

一种超黑色耐磨涂层及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及黑色涂层的制作工艺，特别是一种超黑色耐磨涂层及其制作方法。

背景技术

[0002] 传统的黑色涂层采用碳化钨、碳化铬、碳化钛等涂层材料，但在黑颜色与耐磨性能上无法满足较高的需求。如何提高黑色涂层的颜色与耐磨性能，获得超黑色高耐磨的涂层，是现有技术面临的问题。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种超黑色耐磨涂层及其制作方法。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0005] 一种超黑色耐磨涂层，包括在基底材料表面由内至外依次沉积的Ti层、第一WtiAlSiN层、第二WtiAlSiN层、WC层。

[0006] 进一步地：

[0007] 所述第二WTiAlSiN层的厚度大于所述第一WTiAlSiN层的厚度，所述第二WTiAlSiN层的颜色较所述第一WTiAlSiN层的颜色更接近所述WC层的颜色。

[0008] 一种超黑色耐磨涂层的制作方法，采用磁控溅射方法沉积涂层，包括以下步骤：

[0009] S1、在基底材料表面沉积纯Ti层；

[0010] S2、在所述Ti层上沉积作为衔接过渡层的第一WTiAlSiN层；

[0011] S3、在所述第一WTiAlSiN层上沉积作为功能层的第二WTiAlSiN层；

[0012] S4、在所述第二WTiAlSiN层上沉积WC层作为表面层。

[0013] 进一步地：

[0014] 使所述第二WTiAlSiN层的厚度大于所述第一WTiAlSiN层的厚度，所述第二WTiAlSiN层的颜色较所述第一WTiAlSiN层的颜色更接近表面层的颜色

[0015] 步骤S1中，通入Ar气，使气压达到0.3～0.4Pa，偏压设定-50～-100V，开启Ti靶，Ti靶电流为28-32A，沉积纯Ti层。

[0016] 步骤S2中，通入N2气，控制N2流量从30sccm逐渐升高到200sccm，气压为0.30～0.50Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，靶电流分别为Ti靶28～32A,Al靶13～17A,Si靶12～18A,W靶3～7A，沉积30～40分钟形成所述第一WTiAlSiN层。

[0017] 步骤S3中，通入N2气，控制N2流量从100sccm逐渐升高到200sccm，气压为0.4～0.5Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，靶电流分别为Ti靶8～12A,Al靶8～12A,Si靶20～30A,W靶
3～7A，沉积60～80分钟形成所述第二WTiAlSiN层。

[0018] 步骤S4中，关闭Ti、Al、Si靶，W靶电流调到14～18A,，关闭N2，充入C2H2，从50sccm逐渐升高到300sccm，气压为0.3～0.5pa，沉积所述WC层。

[0019] 步骤S1之前还包括：

[0020] 对所述基底材料进行超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度200-230℃；

[0021] 在真空6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-300～-400V，在真空炉里公转1-3圈对基底材料离子清洗。

[0022] 步骤S3和S4中，Ti靶、Al靶、Si靶与W靶的位置经设置以使得TiAL形成共溅射，而SiW形成共溅射。

[0023] 本发明具有如下有益效果：

[0024] 本发明通过磁控溅射工艺在基底材料表面由内至外依次沉积Ti层、第一WTiAlSiN层、第二WTiAlSiN层、WC层，这种多层膜结构中，最下层为由Ti靶形成的纯Ti层，中间两层为由WTiAlSi四种混合靶掺氮形成的过渡层和功能层，表面由W靶掺乙炔形成的WC层进行颜色的覆盖，相比传统的黑色涂层，本发明提出的具有上述四层结构的涂层不仅颜色超黑，而且硬度和耐磨性大大提高，其超黑色、高耐磨性能显著优于现有涂层。本发明的超黑色高耐磨高硬度涂层的制作工艺简单，成本低。本发明的超黑色高耐磨高硬度涂层及工艺尤其适于钟表、3C电子产品等壳体涂层应用。

附图说明

[0025] 图1为本发明实施例的超黑色耐磨涂层(左)与传统的黑色涂层(右)的外观比对示意图；

[0026] 图2为本发明实施例的超黑色耐磨涂层经过不同耐磨测试时间后的外观图。

具体实施方式

[0027] 以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

[0028] 在一种实施例中，一种超黑色耐磨涂层，包括在基底材料表面由内至外依次沉积的Ti层、第一WtiAlSiN层、第二WtiAlSiN层、WC层。

[0029] 在优选的实施例中，所述第二WTiAlSiN层的厚度大于所述第一WTiAlSiN层的厚度，所述第二WTiAlSiN层的颜色较所述第一WTiAlSiN层的颜色更接近所述WC层的颜色。

[0030] 在另一种实施例中，一种超黑色耐磨涂层的制作方法，采用磁控溅射方法沉积涂层，包括以下步骤：

[0031] S1、在基底材料表面沉积纯Ti层；

[0032] S2、在所述Ti层上沉积作为衔接过渡层的第一WTiAlSiN层；

[0033] S3、在所述第一WTiAlSiN层上沉积作为功能层的第二WTiAlSiN层；

[0034] S4、在所述第二WTiAlSiN层上沉积WC层作为表面层。

[0035] 在优选的实施例中，使所述第二WTiAlSiN层的厚度大于所述第一WTiAlSiN层的厚度，所述第二WTiAlSiN层的颜色较所述第一WTiAlSiN层的颜色更接近表面层的颜色。

[0036] 在优选的实施例中，步骤S1中，通入Ar气，使气压达到0.3～0.4Pa，偏压设定-50～-100V，开启Ti靶，使用中频镀膜电流，Ti靶电流为28-32A，沉积纯Ti层。

[0037] 在优选的实施例中，步骤S2中，通入N2气，控制N2流量从30sccm逐渐升高到200sccm，更优选为线性递增，气压为0.30～0.50Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，靶电流分别为Ti靶28～32A,Al靶13～17A,Si靶12～18A,W靶3～7A，沉积30～40分钟形成所述第一WTiAlSiN层。所述第一WTiAlSiN层主要作为衔接过渡层，其颜色较浅，与底层附着力好，用来连接底部纯Ti层与所述第二WTiAlSiN层。所述第一WTiAlSiN层在纯Ti层和所述第二WTiAlSiN层之间提供的过渡性还有利于提高涂层整体结合性能。

[0038] 在优选的实施例中，步骤S3中，通入N2气，控制N2流量从100sccm逐渐升高到200sccm，更优选为线性递增，气压为0.4～0.5Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，靶电流分别为Ti靶8～12A,Al靶8～12A,Si靶20～30A,W靶3～7A，沉积60～80分钟形成所述第二WTiAlSiN层。所述第二WTiAlSiN层作为功能层，其厚度厚，颜色深，可以很好地与表面WC层的颜色配合形成超黑色。

[0039] 在优选的实施例中，步骤S4中，关闭Ti、Al、Si靶，W靶电流调到14～18A,，关闭N2，充入C2H2，从50sccm逐渐升高到300sccm，更优选为线性递增，气压为0.3～0.5pa，沉积所述WC层。

[0040] 在优选的实施例中，步骤S1之前还包括：

[0041] 对所述基底材料进行超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度200-230℃；

[0042] 在真空6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-300～-400V，在真空炉里公转1-3圈对基底材料离子清洗。

[0043] 在优选的实施例中，步骤S3和S4中，Ti靶、Al靶、Si靶与W靶的位置经设置以使得TiAL形成共溅射，而SiW形成共溅射。通过使TiAL形成共溅射，SiW形成共溅射，所得到的WTiAlSiN层的致密性和韧性更好。

[0044] 根据本发明的实施例，通过磁控溅射工艺，在基底材料表面由内至外依次沉积Ti层、第一WTiAlSiN层、第二WTiAlSiN层、WC层，这种多层膜结构中，最下层为由Ti靶形成的纯Ti层，中间两层为由WTiAlSi四种混合靶掺氮形成的过渡层和功能层，表面是由W靶掺乙炔形成的WC层进行颜色的覆盖，相比传统的黑色涂层，本发明提供的具有上述四层结构的涂层不仅颜色超黑，而且硬度和耐磨性大大提高，其超黑色、高耐磨性能显著优于现有涂层。本发明的超黑色高耐磨高硬度涂层的制作工艺简单，成本低。本发明的超黑色高耐磨高硬度涂层及工艺尤其适于钟表、3C电子产品等壳体涂层应用。

[0045] 以下进一步描述本发明具体实施例和优点。

[0046] 实施例1

[0047] 1，基底材料经超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度200-230℃；

[0048] 2，真空达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-300～-400V，离子清洗1～3圈。

[0049] 3，调整Ar气进气量，使气压达到0.3～0.4Pa，偏压设定-50～-100V，开启中频镀膜电源电流沉积纯Ti层，钛靶电流为28-32A。

[0050] 4，通入N2气，N2量从30sccm递增到200sccm，气压为0.30～0.50Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶,靶电流分别为Ti＝28～32A,Al＝13～17A,Si＝12～18A,W＝3～7A，沉积WTiAlSiN层30～40分钟。

[0051] 5，通入N2气，N2量从100sccm递增到200sccm气压为0.4～0.5Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，靶电流分别为Ti＝8～12A,Al＝8～12A,Si＝20～30A,W＝3～7A沉积WTiAlSiN层60～80分钟。

[0052] 6，关闭Ti、Al、Si靶，W靶电流调到14～18A,关闭N2，充入C2H2，从50～300sccm线性递增，气压为0.3～0.5pa，沉积WC层，结束镀膜。

[0053] 其中，靶材配置包括一对Ti靶、一对Al靶，一对Si靶,一对W靶,较佳地，将Ti靶与Al靶放置在设备的一端，而Si与W靶放置在设备的另外一端，使TiAL形成共溅射，而SiW形成共溅射。

[0054] 实施例2

[0055] 1，基底材料经超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度210℃；

[0056] 2，真空达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-300～-400V，离子清洗1～3圈。

[0057] 3，调整Ar气进气量，使气压达到0.3～0.4Pa，偏压设定-50～-100V，开启Ti靶，沉积纯Ti层。

[0058] 4，通入N2气，气压为0.30～0.40Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，沉积WTiAlSiN层30分钟。

[0059] 5，通入N2气，调整气压为0.4～0.5Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，沉积WTiAlSiN层65分钟。

[0060] 6，关闭TiAlSi靶，关闭N2，充入C2H2，气压为0.3pa，同时开启W靶，沉积WC层，结束镀膜。

[0061] 实施例3

[0062] 1，基底材料经超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度210℃；

[0063] 2，真空达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-300～-400V，离子清洗1～3圈。

[0064] 3，调整Ar气进气量，使气压达到0.3～0.4Pa，偏压设定-50～-100V，开启Ti靶，沉积纯Ti层。

[0065] 4，通入N2气，调整气压为0.30～0.40Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，沉积WTiAlSiN层35分钟。

[0066] 5，通入N2气，调整气压为0.4～0.5Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，沉积WTiAlSiN层70分钟。

[0067] 6，关闭TiAlSi靶，关闭N2，充入C2H2，气压为0.4pa，同时开启W靶，沉积WC层，结束镀膜。

[0068] 实施例4

[0069] 1，基底材料经超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度230℃；

[0070] 2，真空达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-300～-400V，离子清洗1～3圈。

[0071] 3，调整Ar气进气量，使气压达到0.3～0.4Pa，偏压设定-50～-100V，开启Ti靶，沉积纯Ti层。

[0072] 4，通入N2气，调整气压为0.30～0.40Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，沉积WTiAlSiN层40分钟。

[0073] 5，通入N2气，调整气压为0.4～0.5Pa，同时开启Ti、Al、Si和W靶，沉积WTiAlSiN层80分钟。

[0074] 6，关闭TiAlSi靶，关闭N2，充入C2H2，气压为0.49pa，同时开启W靶，沉积WC层，结束镀膜。

[0075] 测试实验

[0076] 采用本发明实施例的超黑涂层与现有黑色涂层进行比对和耐磨测试实验。图1为本发明实施例的超黑色耐磨涂层(左)与传统的黑色涂层(右)的外观比对示意图。图2为本发明实施例的超黑色耐磨涂层经过不同耐磨测试时间后的外观图。

[0077] 本发明实施例的超黑涂层的颜色更深，亮度L值低至24左右，a值0.44(a值表示红绿相，a值越大越红，越负越绿)，b值-2.1(b值表示黄蓝相，b值越大越黄，越负越蓝)，且该超黑涂层耐磨性能优，96H振动耐磨后棱角位只轻微磨损。现有黑色涂层L值在29左右，a值0.39，b值-0.16，现有黑色涂层在48H振动耐磨后就已磨损到基材。

[0078] 以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。