一种环保型物理气相沉积间色镀膜的方法.pdf

本发明公开了一种环保型物理气相沉积间色镀膜的方法，该方法将厚度为0.06‐0.15mm厚的耐高温有机物薄膜包覆在待镀基材上，根据间镀区域的空间形状、尺寸，勾勒到有机物上形成间镀区域的轮廓图案，然后从有机物布料上剪裁出该图案，完成间镀图案的转印；处理该转印图案，使其具有较强的与金属表面物理吸附力；将工件表面清洗烘干后，使用获得的耐高温有机物覆盖间镀区域；采用物理气相沉积方法在工件表面涂覆所需涂层；揭去覆盖在工件表面的有机物图案，完成间镀工作。本发明将耐高温化学稳定的有机物薄膜制成间镀图案贴附于工件的间镀区域，实施物理气相沉积涂覆后只需简单地撕离该有机薄膜，间镀实施过程不使用有机溶剂。

权利要求书
1.  一种环保型物理气相沉积间色镀膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将厚度为0.06‐0.15mm厚的耐高温有机物薄膜包覆在待镀的间镀金属工件基材上，根据间镀区域的空间形状、尺寸，勾勒到有机物上形成间镀区域的轮廓图案，然后从有机物布料上剪裁出该图案，完成间镀图案的转印；所述的耐高温有机物为在1X10‐2Pa真空、200℃高温条件下化学稳定；
步骤2：通过如下方法中一个处理步骤1)获得的转印图案，使转印图案的贴合面与金属表面物理具有合适的吸附力；
方法1：将有机物图案紧贴在抛光后的不锈钢基板上，采用使用无油压缩空气的喷砂机在1‐3公斤压力下喷300‐600目刚玉砂5‐10分钟；然后用无油压缩空气的喷枪清洁两个表面，使得表面不保留砂粒；
方法2：在pH值为8.5‐10的碱性的溶液中超声清洗有机物的转印图案后，再在离子水中超声清洗，漂洗吹干后，置入带有离子源的真空炉的转架上，使用高能Ar氩离子轰击5‐10分钟；
步骤3：将间镀金属工件表面清洗烘干后，使用步骤2处理后的耐高温有机物覆盖间镀区域；
步骤4：采用物理气相沉积方法在工件表面涂覆所需涂层；
步骤5：揭去覆盖在工件表面的有机物图案，完成间镀工作。

2.  根据权利要求1所述的环保型物理气相沉积间色镀膜的方法，其特征在于，所述待镀基材间镀金属工件为基材为钛合金、铁基合金、锌、铝、铜合金。

3.  根据权利要求1所述的环保型物理气相沉积间色镀膜的方法，其特征在于，所述的耐高温有机物薄膜为聚四氟乙烯PTFE薄膜、高温PET膜、聚酰亚胺树脂薄膜或有机硅环氧树脂。

4.  根据权利要求1所述的环保型物理气相沉积间色镀膜的方法，其特征在于，所述的使用高能Ar氩离子轰击5‐10分钟是使用空心阴极离子枪为离子源，通入氩气使真空室压力为0.2Pa，启动空心阴极电子枪，调节直流120‐150A，偏压300V‐500V，氩离子溅射有机物图案5‐10分钟。

5.  根据权利要求1所述的环保型物理气相沉积间色镀膜的方法，其特征在于，所述的 物理气相沉积包括各种蒸发、溅射和离子镀涂覆涂层方法。

说明书一种环保型物理气相沉积间色镀膜的方法
技术领域
本发明涉及一种镀膜的方法，特别是涉及一种环保型物理气相沉积间色镀膜的方法，具体是一种真空物理气相沉积(PVD)镀膜方法。
背景技术
物理气相沉积方法已被广泛应用于外观装饰及表面防护涂层制备。在PVD涂层中插入表面图案、图标的需求越来越多。在实施物理气相沉积的过程中，刻意地造成工件的表面部分区域具有PVD涂层，而一些区域没有PVD涂层，这样就可以实现所需要的图案。一种实现上述意图的方法是整个表面PVD涂覆后，采用特殊的褪镀手段，褪去不需保留的部分涂层，但这种方法实施起来难度较大，既需要对保留涂层的区域施加合适的保护措施，也需要依据涂层选用合理的褪镀液和褪镀方法。
另一种方法是在PVD涂覆前，用适当的方式把将来要去除涂层的区域(图案)用遮蔽或掩膜的方式覆盖住，完成PVD涂覆后，再用合适的方式去除这些遮蔽(掩膜)图案。
相较而言，后一种方式的应用更加广泛，也更容易实现。中国发明专利申请CN102337496A公开了一种间色镀膜的方法，该方法包括如下步骤：1)清洗烘干基材，在该基材的镀膜区域和非镀膜区域之间的分界面上用曝光显影方法印刷一层感光材料；2)在上述分界面以内非镀膜区域上涂覆一层镀膜分色真空油漆；3)用物理气相沉积方法在基材上沉积所需的膜层；4)脱退上述分界面以内非镀膜区域上涂覆的镀膜分色真空油漆，暴露出分界面上的感光材料；5)脱退镀膜区域和非镀膜区域之间分界面上的感光材料，即形成间色镀膜的货品。该发明能够使所得间色镀膜货品的分界面边界清晰、无毛边瑕疵。但是该PVD间镀使用的遮蔽涂料均为油墨油漆类物质，合成涂料时使用各种有机熔剂；PVD完成后褪去掩膜涂料过程中，通常需要使用大量二氯甲烷或三氯乙烯等试剂溶解去除有机涂料，对操作人员及环境均造成危害。制备图案，尤其复杂图案效率低，间镀过程不环保是目前行业内存在的共性问题。
发明内容
本发明的目的在于解决目前PVD间色镀中存在的上述问题，提供一种镀后无需有机溶解清洗，高效环保的物理气相沉积间色镀膜的方法。
本发明采用高聚物薄膜，经过表面处理后，以单纯物理吸附的吸附到工件表面起到遮蔽作用，在实施PVD涂覆过程中保持化学和力学性能的稳定，及不放气(不失重)耐高温，替代目前广泛使用的油墨油漆类覆盖材料，免去镀后的有机溶解清洗，从而达到高效环保的目的。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种环保型物理气相沉积间色镀膜的方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为0.06‐0.15mm厚的耐高温有机物薄膜包覆在待镀的间镀金属工件基材上，根据间镀区域的空间形状、尺寸，勾勒到有机物上形成间镀区域的轮廓图案，然后从有机物布料上剪裁出该图案，完成间镀图案的转印；所述的耐高温有机物为在1X10‐2Pa真空、200℃高温条件下化学稳定；
步骤2：通过如下方法中一个处理步骤1)获得的转印图案，使转印图案的贴合面与金属表面物理具有合适的吸附力；
方法1：将有机物图案紧贴在抛光后的不锈钢基板上，采用使用无油压缩空气的喷砂机在1‐3公斤压力下喷300‐600目刚玉砂5‐10分钟；然后用无油压缩空气的喷枪清洁两个表面，使得表面不保留砂粒；
方法2：在pH值为8.5‐10的碱性的溶液中超声清洗有机物的转印图案后，再在离子水中超声清洗，漂洗吹干后，置入带有离子源的真空炉的转架上，使用高能Ar氩离子轰击5‐10分钟；
步骤3：将间镀金属工件表面清洗烘干后，使用步骤2处理后的耐高温有机物覆盖间镀区域；
步骤4：采用物理气相沉积方法在工件表面涂覆所需涂层；
步骤5：揭去覆盖在工件表面的有机物图案，完成间镀工作。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述待镀基材间镀金属工件为基材为钛合金、铁基合金、锌、铝、铜合金。
优选地，所述的耐高温有机物薄膜为聚四氟乙烯PTFE薄膜、高温PET膜、聚酰亚胺树脂薄膜或有机硅环氧树脂。
优选地，所述的使用高能Ar氩离子轰击5‐10分钟是使用空心阴极离子枪为离子源，通入氩气使真空室压力为0.2Pa，启动空心阴极电子枪，调节直流120‐150A，偏压300V‐500V，氩离子溅射有机物图案5‐10分钟。
优选地，所述的物理气相沉积包括各种蒸发、溅射和离子镀涂覆涂层方法。
本发明在屏蔽图案材料的表面形成一定刚性的微纳凸起，该表面将具有如壁虎的脚一样的强吸附力。通过单纯的物理吸附，可以把这种材料牢牢地吸附在其它固体的表面。这种材料在使用条件下化学稳定，则使用后可以简单地采用各种机械方法被揭去或撕去，无需使用有机试剂的溶解。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
1)本发明可以采用机械加工方法快速、批量制备各种图案，包括复杂几何形状图案；
2)本发明屏蔽用图案同基体结合力适中，既保证图案在气相沉积过程中具有足够贴附力不脱落，对屏蔽基体充分保护，又保证气相沉积后容易将屏蔽图案易采用机械手段简单剥除；
3)本发明可以采用机械方法(简单如手撕)有效去除屏蔽图案，避免了目前传统工艺中使用三氯乙烯等有害溶剂超声溶解屏蔽图案的弊端，实现了整过过程的绿色环保。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术特点，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，实施例并不构成对本发明保护范围的限制。
实施例1：不锈钢基材高尔夫推杆的PVD间镀
选用高温PET薄膜，在200℃下可长期使用，薄膜厚度为0.1mm。将高温PET薄膜紧贴在高尔夫球推杆表面，用笔在薄膜上画出间镀轮廓；取下高温PET薄膜并将间镀图案裁剪出来形成需要的屏蔽用图案。对于在薄膜上画出间镀轮廓，需要说明的是，要求在制备TiC黑膜涂层时，高尔夫球推杆的一个面上要有特定的不镀膜图案。将PET薄膜贴附在高尔夫球推杆特定面上，用笔在指定位置勾画出图案图形；然后揭下覆盖的PET薄膜；裁剪出特定图案。图案裁剪制造即可机械化操作。
将高温PET薄膜屏蔽图案的一面(该面做记号，即贴合面的反面)紧贴在抛光的不锈钢基板上，放入干式喷砂机对贴合表面处理获得粗糙表面：使用无油压缩机，压力为3公斤，采用500目刚玉砂，喷砂处理5分钟后去除，用压缩空气将表面吹净，使得贴合面的表面具有合适的粗糙度，这样保证高温PET薄膜屏蔽图案的贴合面既有适当的贴合力，能在镀膜过程中保持图案完整不变形，又便于涂制完成后从工件上直接撕落该屏蔽图案。
在清洗线上，将贴合在抛光不锈钢基板上的PET图案用浓度为10g/L的NaHCO3溶液超声清洗有机物图案5分钟后，再在离子水中超声清洗5分钟；漂洗吹干。然后置入有空心阴极离子枪的真空炉转架，通入氩气使真空室压力为0.2Pa，启动空心阴极电子枪，调节直流电流为150A，偏压为300V，氩离子刻蚀PET屏蔽图案5分钟，以便进一步使得高温 PET薄膜屏蔽图案的贴合面的表面具有合适的粗糙度。
将不锈钢基材高尔夫推杆工件表面清洗烘干后，使用经过上述处理的PET屏蔽图案覆盖在间镀区域，用手调整薄膜位置并压紧薄膜。
将上述推杆放入PVD真空镀膜炉，在200℃下采用磁控溅射涂制1.3微米厚TiC黑色薄膜。从真空炉中取出推杆，覆盖区域为凸起区，不需特殊的有机溶剂脱熔屏蔽图案，用手直接撕下PET屏蔽图案即得到所需的间镀涂层，且图案边缘清晰锐利，无毛边。
本实施例的操作流程为：1)PET屏蔽图案制造，2)屏蔽图案用于贴合的面的表面处理，3)屏蔽图案贴合在镀件指定位置，4)待镀件完成气相沉积，5)去除贴合的屏蔽图案。该实施例的方法可以采用机械加工方法快速、批量制备各种图案，包括复杂几何形状图案；屏蔽用图案同基体结合力适中，既保证图案在气相沉积过程中具有足够贴附力不脱落，对屏蔽基体充分保护，又保证气相沉积后容易将屏蔽图案易采用机械手段简单剥除；该屏蔽图案可以采用机械方法(简单如手撕)有效去除屏蔽图案，避免了目前传统工艺中使用三氯乙烯等有害溶剂超声溶解屏蔽图案的弊端，实现了整过过程的绿色环保。需要说明的是，本发明采用在1X10-2Pa真空、200℃高温条件下化学稳定耐高温有机物制成屏蔽用图案，粘贴在工件上，该构思在物理气相沉积法的外观装饰及表面防护涂层制备上尚未发现任何类似技术，关键要找到在1X10-2Pa真空、200℃高温条件下化学稳定耐高温有机物薄膜，而且要采用本发明两种方法处理，在屏蔽图案材料的表面形成一定刚性的微纳凸起，该表面将具有如壁虎的脚一样的强吸附力，通过单纯的物理吸附，可以把这种材料牢牢地吸附在工件的表面，使得该膜在工件上的粘贴强度既不能太高，也不能太低；同时该材料和工艺和还要适合物理气相沉积方法在工件表面涂覆所需涂层，正是因为原理独特，涉及工艺因素众多，现有技术没有相应的公开。
实施例2：钛合金基材高尔夫球头的PVD间镀
选用聚四氟乙烯PTFE薄膜，可在250℃下长期使用，薄膜厚度为0.06mm。将聚聚四氟乙烯PTFE薄膜展开后紧贴在高尔夫球头表面，用笔在薄膜上画出间镀轮廓；取下薄膜并将间镀用屏蔽图案裁剪出来。
将聚四氟乙烯PTFE薄膜屏蔽图案的一面(该面做记号，即贴合面的反面)紧贴在抛光的不锈钢基板上，放入干式喷砂机对表面处理获得粗糙表面，使用无油压缩机，压力为3公斤，采用500目刚玉砂，喷砂处理10分钟后去除，用压缩空气将表面吹净。
将高尔夫球头工件表面清洗烘干后，使用经过上述处理的聚酰亚胺薄膜屏蔽图案覆盖在间镀区域，用手调整薄膜位置并压紧薄膜。
将上述处理后的高尔夫球头放入PVD真空镀膜炉，在250℃下采用空心阴极电子枪蒸镀0.97微米厚TiN黄色薄膜。从真空炉中取出球头，覆盖区域为凸起区，不需特殊的有机溶剂脱熔屏蔽图案，用手直接撕下PET屏蔽图案即得到所需的间镀涂层，且图案边缘清晰锐利，无毛边。
实施例3：电镀铬铜合金基材水龙头原件的PVD间镀
选用聚酰亚胺树脂薄膜，可在300℃下长期使用，薄膜厚度为0.12mm。将聚酰亚胺树脂薄膜展开后紧贴在电镀铬铜合金基材水龙头工件表面，用笔在薄膜上画出间镀轮廓；取下聚酰亚胺树脂薄膜并将间镀图案裁剪出来形成需要的屏蔽图案。
将聚酰亚胺树脂薄膜及需用的抛光不锈钢基板一起用用浓度为10g/L的NaHCO3溶液超声清洗有机物图案5分钟后，再在离子水中超声清洗5分钟；漂洗吹干。然后置入有空心阴极离子枪的真空炉转架，通入氩气使真空室压力为0.2Pa，启动空心阴极电子枪，调节直流电流为150A，偏压为500V，氩离子刻蚀聚酰亚胺树脂屏蔽图案5分钟。
将工件表面清洗烘干后，使用经过上述处理的屏蔽图案覆盖在间镀区域，用手调整薄膜位置并压紧薄膜。
将上述工件放入PVD真空镀膜炉，在300℃下采用多弧离子镀涂覆1.8微米厚TiCN薄膜。覆盖区域为凸起区，不需特殊的有机溶剂脱熔屏蔽图案，用镊子撕下聚酰亚胺树脂屏蔽图案即得到所需的间镀涂层，且图案边缘清晰锐利，无毛边。