深色涂覆制品 |
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| 申请号 | CN201410084266.9 | 申请日 | 2014-03-10 | 公开(公告)号 | CN104029447A | 公开(公告)日 | 2014-09-10 |
| 申请人 | 韦伯科技有限公司; | 发明人 | 尼古拉斯·L·皮特森; 布莱斯·R·安东; | ||||
| 摘要 | 一种被深色涂层涂覆的制品。在优选 实施例 中，涂层包括镍或 聚合物 底涂层，以及包括富 氧 难熔金属 碳 氧化物的第一 颜色 层，包括富氧难熔金属碳氧化物的第二颜色层和难熔金属氧化物顶层。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种黑色涂覆制品，其所包含的基材有一个表面，并且至少部分表面上有多层涂层，所述涂层依次包括： |
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| 说明书全文 | 深色涂覆制品技术领域背景技术[0002] 现代工业实践中，各种黄铜制品如龙头、龙头盖、球形门把手、门把手、门盖等等，都要首先把制品表面打磨和抛光达到高度光泽，然后将保护性的有机涂层，如包含丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、环氧树脂等的有机涂层，涂到抛光的表面上。该体系的缺陷是，打磨和抛光操作，特别是当制品形状复杂时，是劳动密集工序。此外，已知的有机涂层并不总能如期望那样耐久，且易受酸蚀。因此，如果能够提供带有使制品既有装饰性外观又能提供耐摩性、耐磨性和耐蚀性涂层的黄铜制品，或者甚至，其它制品，不论塑料、陶瓷或金属，将是相当有利的。 [0003] 美国专利第7,270,895号描述了该技术的近况。该专利公开了一种深色分层涂覆的制品。颜色最好是深灰色或者深古铜色。涂层包含由难熔金属碳氧化物组成的颜色和保护层，其中氧含量大于碳含量。难熔金属通常是锆。 [0004] 美国专利第8,007,928号描述了该技术的另一近况。该专利公开了一种黑色分层涂覆的制品。涂层包含由难熔金属碳氧化物组成的第二颜色层，其中氧含量大于碳含量，以及由难熔金属氧化物组成的第三层。先前未实现的新奇外观的研究还在继续。 发明内容[0005] 本发明的目标是深色制品。优选涂覆制品是黑色，其所包含的基材有一个表面，并且至少部分表面上有多层涂层，所述涂层依次包括： [0006] 含氧、含碳难熔金属碳氧化物第一层，其中氧含量大于碳含量，其中第一颜色层的难熔金属碳氧化物包含20～35原子%氧、10～20原子%碳和50～70原子%难熔金属，第二颜色层在第一颜色层之上； [0007] 其中第二颜色层包括含氧、含碳难熔金属碳氧化物，其中氧含量大于碳含量；以及[0008] 其中第二颜色层的氧含量大于第一颜色层的氧含量，其中第二颜色层的难熔金属碳氧化物包含40～65原子%氧、5～20原子%碳和25～50原子%难熔金属；并且难熔金属氧化物在第二颜色层之上。 [0009] 在另一优选实施例中，涂覆制品是深色（黑色、深古铜色、蓝黑色），包括： [0010] 具有表面的基材，并且至少部分表面上有多层涂层，所述涂层依次包括：含氧、含碳难熔金属碳氧化物第一层，其中氧含量大于碳含量，其中第一颜色层的难熔金属碳氧化物包含20～35原子%氧、10～20原子%碳和50～70原子%难熔金属， [0011] 第二颜色层在第一颜色层之上，其中第二颜色层包括含氧、含碳难熔金属碳氧化物，其中氧含量大于碳含量；以及其中第二颜色层的氧含量大于第一颜色层的氧含量，其中第二颜色层的难熔金属碳氧化物包含40～65原子%氧、5～20原子%碳和25～50原子%难熔金属；并且难熔金属氧化物层在第二颜色层之上。 [0013] 图1是具有本发明的黑色涂层的部分基材的截面图，尺寸未按比例。 [0014] 图2是不带图1中的顶层20的视图。 [0015] 图3给出了由多重交互层组成的第二颜色层18。 具体实施方式[0016] 本发明的目标是一种制品，如塑料、陶瓷、金属陶瓷或金属制品，其至少部分表面沉积有装饰性和保护性的涂层。更具体地说，本发明的目标是一种制品或基材，特别是金属制品如不锈钢、铝、黄铜或锌，其表面沉积有本文所描述的各种层。涂层是装饰性的，也提供耐蚀性、耐摩性和耐磨性。涂层提供黑色的外观。 [0017] 优选涂覆制品是黑色，其所包含的基材有一个表面，并且至少部分表面上涂有多个涂层，所述涂层依次包括： [0018] 含氧、含碳难熔金属碳氧化物第一层，其中氧含量大于碳含量，其中第一颜色层的难熔金属碳氧化物包含20～35原子%氧、10～20原子%碳和50～70原子%难熔金属，第二颜色层在第一颜色层之上； [0019] 其中第二颜色层包括含氧、含碳难熔金属碳氧化物层，其中氧含量大于碳含量；以及 [0020] 其中第二颜色层的氧含量大于第一颜色层的氧含量，其中第二颜色层的难熔金属碳氧化物包含40～65原子%氧、5～20原子%碳和25～50原子%难熔金属；并且难熔金属氧化物层在第二颜色层之上。 [0021] 一般来说，难熔金属氧化物顶层是铪、钽、锆或钛氧化物。难熔金属氧化物顶层最好是锆氧化物。 [0022] 图1示出了包含基材12的制品10。基材12可由其上可涂覆盖层的任何材料组成，如塑料，例如ABS、聚烯烃、聚氯乙烯和酚醛、陶瓷、金属陶瓷、金属或金属合金。在一种实施例中，它由金属或金属合金如紫铜、钢、黄铜、锌、铝、镍合金等组成。 [0023] 在本发明中，如图1中所描述，制品表面已用镀敷法涂覆了第一层或第一系列层，例如在镍底涂层的情况下使用电镀法。在聚合物底涂层的情况下，聚合物用传统方法涂覆。第二系列层用蒸镀法涂覆到一个或多个底涂层的表面。聚合物或电镀层可作为，特别是平滑制品表面的底涂层和增强耐蚀性的腐蚀阻隔层。在本发明的一种实施例中，制品表面可沉积镍层14。镍层可以是用镀敷法沉积的任何传统的镍，如光亮镍、半光亮镍、锻光镍等。 镍层14可用传统且众所周知的电镀法沉积在基材12的至少部分表面上。层14可以是一层或多层铜、镍和铬。这些腐蚀防护层是本领域熟知的。 [0024] 层14可由作为底涂层涂覆到制品10表面的聚合物组成。第二系列层用蒸镀法涂覆到聚合物层的表面上。聚合物层可作为，特别是平滑制品表面的底涂层和增强耐蚀性的腐蚀阻隔层。在本发明中，聚合物层14沉积在制品表面。 [0025] 聚合物底涂层14可包含热塑性和热固性聚合物或树脂材料。这些聚合物或树脂材料包括众所周知的、传统的以及可商售的聚碳酸酯、环氧聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、尼龙、聚酯、聚丙烯、聚环氧化物、醇酸树脂和含苯乙烯聚合物，如聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈（SAN）、苯乙烯-丁二烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）和它们的共混物及共聚物。层14用的聚合物是本领域熟知的。 [0026] 在层14上，用蒸镀法沉积保护性和装饰性的颜色层16，如物理蒸镀或化学蒸镀。颜色层16由含氧、含碳难熔金属碳氧化物层组成，其中氧含量大于碳含量。 [0027] 第二颜色层18沉积在第一颜色层16的上面。第二颜色层18包括含氧、含碳难熔金属碳氧化物层，其中氧含量大于碳含量；以及其中第二颜色层18的氧、碳含量大于第一颜色层16的氧、碳含量。 [0028] 颜色和保护层16和18的厚度至少要能有效提供深灰色并提供耐磨性、耐刮性和耐摩性。该厚度一般至少约1000 优选至少约1500 更优选至少约2500 厚度的范围上限一般不重要，且取决于成本之类的次要考虑。厚度一般不应超过约7500 优选不超过约5000 [0029] 层16和18用传统的、众所周知的方法进行沉积，包括蒸镀法，如阴极电弧蒸发（CAE）或溅射法等。溅射和CAE技术及设备已特别公开在J.Vossen和W.Kern的“Thin Film Processes II（薄膜法Ⅱ）”，Academic Press,1991；R.Boxman等的“Handbook of Vacuum arc science and Technology（真空电弧科学与技术手册）”，Noyes Pub.，1995；以及美国专利第4,162,954号和第4,591,418号中，所有这些文献均引于此作为参考。 [0030] 沉积层16和18的一种方法是，利用反应性溅射或反应性阴极电弧蒸发的物理蒸镀法。反应性阴极电弧蒸发和反应性溅射与普通溅射和阴极电弧蒸发类似，但要在室内引入与被沉积靶材料发生反应的反应性气体。 [0031] 然后，难熔金属氧化物层20被沉积在第二颜色层18的上面。难熔金属氧化物包括铪、钽、锆、钛和钛-锆合金氧化物。层20的厚度一般至少约60 优选至少约120更优选至少约250 [0032] 层20用传统的、众所周知的蒸镀法沉积，包括物理蒸镀法如阴极电弧蒸发（CAE）或溅射法。简单来说，在溅射沉积工艺中，难熔金属（如钛或锆）靶作为阴极，和基材一起被放在真空室内。抽去室内的空气，从而在室内形成真空状态。在室内引入惰性气体，如氩气。气体粒子被离子化和加速到靶上，从而沉积钛或锆原子。然后一般在基材上沉积作为涂膜的被沉积靶材料。 [0034] 在另一优选实施例中，图1中的制品是黑色、深古铜色或蓝黑色。该实施例所含的基材有一个表面，并且至少部分表面上涂有多个涂层，所述涂层依次包括：含氧、含碳难熔金属碳氧化物第一层，其中氧含量大于碳含量，其中第一颜色层的难熔金属碳氧化物包含20～35原子%氧、10～20原子%碳和50～70原子%难熔金属， [0035] 第二颜色层在第一颜色层之上，其中第二颜色层包括含氧、含碳难熔金属碳氧化物层，其中氧含量大于碳含量；以及其中第二颜色层的氧含量大于第一颜色层的氧含量，其中第二颜色层的难熔金属碳氧化物包含40～65原子%氧、5～20原子%碳和25～50原子%难熔金属；并且难熔金属氧化物层在第二颜色层之上。 [0036] 该实施例包含浅蓝色和古铜色还有黑色的深浅变化。涂层的组成基本是一样的，但层的厚度是可调整的从而实现不同颜色的深浅变化。 [0037] 图2示出了蓝灰色的制品，并未使用所有的三个颜色层，仅仅是第一和第二颜色层而没有顶层20。 [0038] 涂覆制品是蓝灰色，其所含基材有一个表面，并且至少部分表面上有多个涂层，所述涂层依次包括：含氧、含碳难熔金属碳氧化物第一层，其中氧含量大于碳含量，其中第一颜色层的难熔金属碳氧化物包含20～35原子%氧、10～20原子%碳和50～70原子%难熔金属，第二颜色层在第一颜色层之上，其中第二颜色层包括含氧、含碳难熔金属碳氧化物层，其中氧含量大于碳含量；以及其中第二颜色层的氧含量大于第一颜色层的氧含量，其中第二颜色层的难熔金属碳氧化物包含40～65原子%氧、5～20原子%碳和25～50原子%难熔金属。 [0039] 第一颜色层的难熔金属碳氧化物最好包含15原子%碳和25～30原子%氧。 [0040] 第二颜色层的难熔金属碳氧化物最好包含10原子%碳和50～60原子%氧。 [0041] 图3示出了如何通过在顶部两层间多次短时间交互或脉冲调制实现深湖蓝色。图3示出了包含层22、24、26和28的第二颜色层18。第二颜色层18中层的数目可大幅度改变。层的数目可从2到60。优选数目是从2到30，而更优选数目是从2到10。第二颜色层 18的每一层的厚度可改变。 [0042] 在一个实施例中，难熔金属氧化物顶层20包括了与第二颜色层18相同的交互层。 [0043] 涂覆制品是深湖蓝色，其所含基材有一个表面，并且至少部分表面上涂有多个涂层，所述涂层依次包括：含氧、含碳难熔金属碳氧化物第一层，其中氧含量大于碳含量，其中第一颜色层的难熔金属碳氧化物包含20～35原子%氧、10～20原子%碳和50～70原子%难熔金属，第二颜色层在第一颜色层之上，其中第二颜色层包括在含氧、含碳难熔金属碳氧化物层之间的交互层，其中氧含量大于碳含量；以及其中第二颜色层的氧含量大于第一颜色层的氧含量，其中第二颜色层的难熔金属碳氧化物包含40～65原子%氧、5～20原子%碳和25～50原子%难熔金属；以及难熔金属氧化物层。第二颜色层中交互层的数目范围可在4到60之间。优选范围是4到20层。 [0044] 第一颜色层的难熔金属是铪、钽、锆、钛或锆-钛合金。 [0045] 第一颜色层的难熔金属碳氧化物包含15原子%碳和25～30原子%氧。 [0046] 第二颜色层的难熔金属碳氧化物包含10原子%碳和50～60原子%氧。 [0047] 难熔金属氧化物顶层是铪、钽、锆或钛氧化物。 [0048] 难熔金属氧化物顶层最好是锆氧化物。 [0049] 该制品的第一层是深灰色。 [0050] 第一层比组成第二层的多个交互层厚。 [0051] 为使本发明更易理解，特提供下列实施例。实施例是说明性的而不限制本发明。 [0052] 实施例I [0053] 把黄铜龙头放在含有标准的、众所周知的皂、清洁剂、抗絮凝剂等，保持pH值在8.9～9.2和温度在180～200℉的传统浸泡清洗浴内约10分钟。然后把黄铜龙头放在传统的超声碱性清洗浴内。超声清洗浴的pH值为8.9～9.2，温度保持在约160～180℉，并且包含传统的、众所周知的皂、清洁剂、抗絮凝剂等。经超声清洗后，冲洗龙头并放在传统的碱性电清洗浴中。 [0054] 电清洗浴保持温度约140～180℉，pH值约10.5～11.5，并且包含标准的、传统的清洁剂。然后冲洗龙头两次并放在传统的酸性活化剂浴内。酸性活化剂浴的pH值为约2.0～3.0，在室温下，并且包含基于氟化钠的酸盐。然后冲洗龙头两次并放在光亮镍镀浴内约12分钟。光亮镍镀浴通常是保持温度约130～150℉，pH值约4.0，含NiSO4、NiCl2、硼酸和光亮剂的传统浴。在龙头表面上沉积平均厚度约10μm的光亮镍层。 [0055] 冲洗已镀光亮镍的龙头三次，然后用传统的镀铬设备将其放在传统的、商售的六价铬镀浴内约七分钟。六价铬浴是包含约32盎司/加仑铬酸的传统的、众所周知的浴。该浴还包含传统的、众所周知的镀铬添加剂。该浴被保持在温度约112～116℉，并用硫酸盐/氟化物混合催化剂。铬酸和硫酸盐的比率约200:1。约0.25μm的铬层沉积在光亮镍层的表面上。在去离子水中彻底冲洗龙头，然后干燥之。 [0056] 把镀铬龙头放在阴极电弧蒸发镀敷容器内。容器通常是包含可用泵抽气的真空室的圆柱腔。通过可调阀调节氩气进入该室的流速，氩气源与该室相连。此外，通过可调阀调节甲烷和氧气进入该室的流速，甲烷和氧气源与该室相连。 [0057] 把圆柱形阴极安装在该室的中心，并连接到可变直流电源的负输出。电源的正极也与室壁相连。阴极材料包含锆。 [0058] 把已镀龙头安装在芯轴上，芯轴安装在围绕阴极外测的环上。整个环围绕阴极旋转，同时每个芯轴也围绕它自己的轴旋转，形成所谓的行星运动，这使安装在每个芯轴周围的多个龙头均匀地暴露于阴极。环通常以每分钟数转旋转，环每转一转，每个芯轴转数转。芯轴与室电绝缘但有可旋转的接触，所以在涂覆过程中可对基材施加偏置电压。 [0059] 把真空室抽到压力约10-5到10-7托并加热到约150℃。 [0060] 然后对电镀龙头进行高偏电弧等离子体清洗，在其中对电镀龙头施加约-600伏的（负）偏置电压，同时在阴极上轰击并保持约500安培的电弧。清洗时间约5分钟。 [0061] 现在沉积锆碳氧化物颜色层16。向真空室引入氩气和甲烷流，同时以约500安培持续电弧放电。为了提高涂层的颜色深度，也可向室内引入占总气流约30%-40%的氧气流，从而产生深灰色。调节甲烷的流速从而使形成的层包含10～20原子%碳。 [0062] 下一步将锆碳氧化物颜色层18沉积在层16上。向真空室引入氩气和甲烷流，同时以约500安培持续电弧放电。为了提高涂层的颜色深度，也可向室内引入占总气流约30%到40%的氧气流，从而产生深灰色。调节甲烷的流速从而使形成的层包含10～20原子%碳。沉积该锆碳氧化物层之后，以每分钟约100～500标准升的速率引入氧气流约10～60秒。形成厚约20～100 的锆氧化物薄层。熄灭电弧，使真空室放气并取出已涂覆制品。 [0063] 沉积该锆碳氧化物层之后，以每分钟约100～500标准升的速率引入氧气流约1～5分钟。形成厚约100～1000 的锆氧化物薄层。在此1～5分钟期间，沉积了平均厚约0.1μm的锆氧化物层（顶层20）。熄灭电弧，使真空室放气并取出已涂覆制品。阴极电弧沉积工艺包括将直流电应用到阴极，从而实现约500安培的电流，将氩气引入容器内，从而保持容器中的压力约1～5毫托，并且以上述行星运动方式旋转龙头。 [0064] 实施例II [0066] 众所周知，颜色的量度由三个特定参数确定，其中“L”是物体亮度的量度，“a”是红度（正）或绿度（负）的量度，而“b”是黄度（正）或蓝度（负）的量度。这三个参数共同定义了特定的颜色。 [0067] 制品10所测得的颜色落在下面的范围内。 [0068] 制品10 [0069] 黑色： [0070] L*=35.0±5.0 [0071] a*=0.00±2.0 [0072] b*=0.00±-3.0 [0073] 底层是灰色，最好是锆碳氧化物。下一层也是锆碳氧化物，但沉积了更多的氧和碳。该层使外观颜色变深，具有从视觉上消除顶层中通常可见的黄色的效果，就是锆氧化物。这三层的组合特性会产生比之前可实现的更深、更黑的外观。 [0074] 实施例III [0075] 图2中给出的实施例所测得的蓝灰色落在下面的范围内： [0076] L*=45.0±5.0 [0077] a*=-2.0±2.0 [0078] b*=-5.0±4.0 [0079] 第二颜色最高ZrOC层18的厚度范围在30-60nm之间。底层，第一颜色层，可以是0.1～3微米（或更厚），最好是0.5微米。该实施例没有顶层20。 [0080] 实施例IV [0081] 图3中给出的实施例所测得的深湖蓝色落在下面的范围内： [0082] L*=40.0±5.0 [0083] a*=-3.0±3.0 [0084] b*=-25.0±5.0 [0085] 第二颜色层18的各交互层的厚度范围在2-10nm厚度层之间。第一颜色层16范围从0.1～3微米（或更厚），最好是0.5微米。 [0086] 虽然为说明起见已描述了本发明的一些特定实施例，但应理解，在本发明的一般范围内可存在各种实施例和改进。 |
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