一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件.pdf

本发明公开了一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件，其包括以下步骤：A、对真空室加热，使真空室总气压控制在0.2Pa以下；B、在负偏压-300~-500V，恒定电流13~17A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射；在负偏压-50 ~-70V，恒定电流6~10A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射；C、通过离子源向真空室喷入氮气；在负偏压-80~-120V，恒定电源6~8A的条件下，控制Cr对靶和Si对靶交替进行溅射，最终制得CrN/SixNy纳米多层薄膜。通过本发明，使得手表部件在佩戴过程中不易因碰撞或相互摩擦而产生划痕或不细微凹点，有效延长手表的使用寿命。

权利要求书
1.  一种应用于手表部件的纳米电镀方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、抽真空：对真空室加热，将手表部件放置于真空室中，并布置磁控靶和离子源，所述磁控靶为2~4对的Cr对靶和Si对靶；再对真空室抽真空至总气压低于5×10-3Pa，再通入惰性气体，使真空室总气压控制在0.2Pa以下；
B、预处理：在负偏压-300 ~ -500V，恒定电流13~17A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射8~12min，清除手表部件上的氧化物；
在负偏压-50 ~ -70V，恒定电流6~10A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射4~6min，在手表部件上沉积一层Cr过渡层；
C、纳米多层薄膜沉积：通过离子源向真空室喷入氮气，所述氮气与真空室中惰性气体的体积比控制为1:2，并使真空室总气压控制在0.3Pa以下；
在负偏压-80 ~ -120V，恒定电源6~8A的条件下，控制Cr对靶和Si对靶交替进行溅射，Cr对靶溅射时沉积得到CrN层，Si对靶溅射时沉积得到SixNy层，最终制得CrN/SixNy纳米多层薄膜。

2.  根据权利要求1所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：
S、手表部件预处理：将手表部件放置于超声波清洗机中，用丙酮和乙醇分别进行超声波清洗5~15min，除去表面杂质，烘干后待用。

3.  根据权利要求1所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其特征在于，在步骤B中，所述Cr过渡层的厚度为40nm。

4.  根据权利要求1所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其特征在于，在步骤C中，Cr对靶和Si对靶交替进行溅射时获得的每个CrN层和SixNy层厚度均为50~100nm。

5.  根据权利要求1所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其特征在于，在步骤C中，所述CrN/SixNy纳米多层薄膜的厚度为1.0~3.5μm。

6.  根据权利要求1所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其特征在于，所述SixNy为SiN4或Si3N4。

7.  根据权利要求1所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其特征在于，在步骤C中，所述所述CrN/SixNy纳米多层薄膜的最外层为CrN层。

8.  根据权利要求1所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其特征在于，所述手表料件的材料包括304型不锈钢、306型不锈钢中的一种或多种。

9.  一种手表部件，其特征在于，所述手表部件表面上的薄膜由权利要求1~8任一项所述电镀方法所制成。

10.  根据权利要求9所述手表部件，其特征在于，所述手表部件沿表面垂直方向，最里层为Cr过渡层，中间为交替沉积的CrN层和SixNy层，最外层为CrN层；其中，所述Cr过渡层的厚度为40nm；所述CrN层和SixNy层厚度均为50~100nm。

说明书一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件
技术领域
本发明涉及手表材料制备领域，尤其涉及一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件。
背景技术
不锈钢是目前手表部件制造中最常用的材料，但由于不锈钢的硬度有限，如不锈钢的硬度只有HV180。手表在佩戴过程中与其他物体产出碰撞或相互摩擦时，手表料件光润的表面极易出现划痕与不细微凹点，影响美观；另外，不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而坚固细密、稳定的富铬氧化膜（防护膜），防止氧原子的继续渗入、继续氧化，而获得抗锈蚀的能力，该氧化膜由于摩擦或碰撞被破坏掉后，不锈钢将会发生锈蚀，影响品质。
   常见的对手表不锈钢部件表面进行改善的方法是进行电镀Cr处理，能提高手表不锈钢部件表面硬度和耐磨性，但是传统的电镀铬技术在镀层质量以及工艺方面仍然存在着一些问题：（1）随着铬镀层厚度的增加，膜层与基体的结合力将会下降，越容易掉膜；（2）较薄的镀层通常为多孔结构，适用性能较差；（3）较厚的镀层，表面粗糙度大，需要进行打磨抛光工序，增加成本；（4）较厚的镀层则非常容易钝化，并且韧性低，受到冲击时容易形成表面裂纹。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件，旨在解决现有技术中手表部件由于硬度小，容易在佩戴过程中出现划痕与不细微凹点，并导致锈蚀等问题。
本发明的技术方案如下：
一种应用于手表部件的纳米电镀方法，其中，包括以下步骤：
A、抽真空：对真空室加热，将手表部件放置于真空室中，并布置磁控靶和离子源，所述磁控靶为2~4对的Cr对靶和Si对靶；再对真空室抽真空至总气压低于5×10-3Pa，再通入惰性气体，使真空室总气压控制在0.2Pa以下；
B、预处理：在负偏压-300 ~ -500V，恒定电流13~17A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射8~12min，清除手表部件上的氧化物；
在负偏压-50 ~ -70V，恒定电流6~10A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射4~6min，在手表部件上沉积一层Cr过渡层；
C、纳米多层薄膜沉积：通过离子源向真空室喷入氮气，所述氮气与真空室中惰性气体的体积比控制为1:2，并使真空室总气压控制在0.3Pa以下；
在负偏压-80 ~ -120V，恒定电源6~8A的条件下，控制Cr对靶和Si对靶交替进行溅射，Cr对靶溅射时沉积得到CrN层，Si对靶溅射时沉积得到SixNy层，最终制得CrN/SixNy纳米多层薄膜。
所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其中，所述步骤A之前还包括：
S、手表部件预处理：将手表部件放置于超声波清洗机中，用丙酮和乙醇分别进行超声波清洗5~15min，除去表面杂质，烘干后待用。
所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其中，在步骤B中，所述Cr过渡层的厚度为40nm。
所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其中，在步骤C中，Cr对靶和Si对靶交替进行溅射时获得的每个CrN层和SixNy层厚度均为50~100nm。
所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其中，在步骤C中，所述CrN/SixNy纳米多层薄膜的厚度为1.0~3.5μm。
所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其中，所述SixNy为SiN4或Si3N4。
所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其中，在步骤C中，所述所述CrN/SixNy纳米多层薄膜的最外层为CrN层。
所述应用于手表部件的纳米电镀方法，其中，所述手表料件的材料包括304型不锈钢、306型不锈钢中的一种或多种。
一种手表部件，其中，所述手表部件表面上的薄膜由权利要求1~8任一项所述纳米电镀方法所制成。
所述手表部件，其中，所述手表部件沿表面垂直方向，最里层为Cr过渡层，中间为交替沉积的CrN层和SixNy层，最外层为CrN层；其中，所述Cr过渡层的厚度为40nm；所述CrN层和SixNy层厚度均为50~100nm。
有益效果：本发明所述一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件，通过对手表部件进行清洗烘干等处理后，采用真空离子镀膜技术，在手表部件沉积CrN/SixNy纳米多层薄膜，所述多层膜顺序为：所述手表部件沿表面垂直方向，最里层为Cr过渡层，中间为交替沉积的CrN层和SixNy层，最外层为CrN层。本发明CrN/SixNy纳米多层薄膜与基体的结合力强，在薄膜层较厚时仍然能与基体牢牢结合；薄膜层层致密光滑，不需要打磨抛光工序；镀层硬度高且韧性好，不易形成表面裂纹。电镀CrN/SixNy纳米多层薄膜的手表可以有效隔离汗液和日常酸性物质等对手表部件的腐蚀；可以有效提高手表的表面硬度，并降低摩擦系数，使得手表在佩戴过程中不易因碰撞或相互摩擦而产生划痕或不细微凹点，有效延长手表的使用寿命。
附图说明
图1为本发明所述应用于手表部件的纳米电镀方法的流程图。
图2为本发明中由所述纳米电镀方法镀有纳米多层薄膜的手表部件的剖视图。
具体实施方式
本发明提供一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，如图所示，本发明提供一种应用于手表部件的纳米电镀方法，其包括以下步骤：
S100、抽真空：对真空室加热，并抽真空至总气压低于5×10-3Pa，再通入惰性气体，使真空室总气压控制在0.2Pa以下，将手表部件放置于真空室中，并布置磁控靶和离子源，所述磁控靶为2~4对的Cr对靶和Si对靶；
S200、预处理：在负偏压-300 ~ -500V，恒定电流13~17A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射8~12min，清除手表部件上的氧化物；
在负偏压-50 ~ -70V，恒定电流6~10A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射4~6min，在手表部件上沉积一层Cr过渡层；
S300、纳米多层薄膜沉积：通过离子源向真空室喷入氮气，所述氮气与真空室中惰性气体的体积比控制为1:2，并使真空室总气压控制在0.3Pa以下；在负偏压-80 ~ -120V，恒定电源6~8A的条件下，控制Cr对靶和Si对靶交替进行溅射，Cr对靶溅射时沉积得到CrN层，Si对靶溅射时沉积得到SixNy层，最终制得CrN/SixNy纳米多层薄膜。
本发明所述一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件，通过对手表部件进行清洗烘干等处理后，采用真空离子镀膜技术，在手表部件沉积CrN/SixNy纳米多层薄膜，所述多层膜顺序为：所述手表部件沿表面垂直方向，最里层为Cr过渡层，中间为交替沉积的CrN层和SixNy层，最外层为CrN层。本发明CrN/SixNy纳米多层薄膜与基体的结合力强，在薄膜层较厚时仍然能与基体牢牢结合；薄膜层层致密光滑，不需要打磨抛光工序；镀层硬度高且韧性好，不易形成表面裂纹。电镀CrN/SixNy纳米多层薄膜的手表可以有效隔离汗液和日常酸性物质等对手表部件的腐蚀；可以有效提高手表的表面硬度，并降低摩擦系数，使得手表在佩戴过程中不易因碰撞或相互摩擦而产生划痕或不细微凹点，有效延长手表的使用寿命。
优选地，所述步骤S100之前还包括步骤S，即对手表部件进行预处理：将手表部件放置于超声波清洗机中，用丙酮和乙醇分别进行超声波清洗5~15min，除去表面杂质，烘干后待用。通过对手表部件进行预处理，除去其表面的灰尘等污染物，提高所沉积的薄膜与手表部件的结合力度。
在步骤S100中，先对真空室进行抽真空：首先对真空室加热，如加热至100℃，可以赶跑真空室中的水气和附着在真空室壁上的吸附气体，再将 并将手表部件放置于真空室中的可旋转的基材平台上，在手表部件的周围布置磁控靶和离子源，具体地，所述磁控靶为2~4对的Cr对靶和Si对靶。放置好手表部件后，对真空室进行抽真空，使其总气压低于5×10-3Pa，再通入惰性气体，使真空室总气压控制在0.2Pa以下，其中所述惰性气体优选为氩气。
随后进入步骤S200，即先在手表部件上进行氧化物清除和沉积Cr过渡层处理，为后期电镀（即沉积所述CrN/SixNy纳米多层薄膜）做准备。进一步地，在负偏压-300 ~ -500V，恒定电流13~17A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射8~12min，清除手表部件上的氧化物如采用负偏压-400V，恒定电流15A，并对手表部件溅射10min。因为手表部件多为金属材质，其与空气接触过程中容易生成氧化物，而若不除去该层氧化物，则容易使CrN/SixNy纳米多层薄膜与手表部件的结合力度不够造成脱落。
另外，再改变参数条件，在负偏压-50 ~ -70V，恒定电流6~10A的条件下，控制Cr对靶对手表部件溅射4~6min，如在负偏压-60V，恒定电流8A的条件下，在手表部件上沉积一层Cr过渡层；所述Cr过渡层中，Cr对靶中溅射出的Cr纳米粒子能渗透手表部件中，有效地提高后期所沉积的CrN/SixNy纳米多层薄膜与手表部件之间的结合力。较佳实施例中，所述Cr过渡层的厚度为40nm。
预处理后则开始进行电镀，如步骤S300中，通过离子源向真空室喷入氮气，得到高离化率的氮离子，其中所述氮气与真空室中惰性气体的体积比控制为1:2，并使真空室总气压控制在0.3Pa以下，在此条件下制备CrN/SixNy纳米多层薄膜，其固化速度快，且薄膜品质良好。具体地，在负偏压-80 ~ -120V，恒定电源6~8A的条件下，控制Cr对靶和Si对靶交替进行溅射，Cr对靶溅射时沉积得到CrN层，Si对靶溅射时沉积得到SixNy层，最终电镀制得CrN/SixNy纳米多层薄膜。
例如，先开启Cr对靶，关闭Si对靶，在氮气条件下通过Cr对靶向手表部件溅射若干分钟，以获得CrN层，随后关闭Cr对靶，开启Si对靶，在氮气条件下通过Si对靶向手表部件溅射若干分钟，以获得SixNy，随后又继续先开启Cr对靶，关闭Si对靶，由Cr对靶向手表部件进行溅射，这样交替溅射的好处是可以获得具有多层交替CrN和SixNy结构的薄膜，增加其与手表部件的结合力度。
较佳实施例中，所述Cr对靶和Si对靶交替进行溅射时获得的每个CrN层和SixNy层厚度均为50~100nm，优选为80nm。
本发明实施例中最终所述电镀而成的CrN/SixNy纳米多层薄膜的厚度为1.0~3.5μm，且最外层为CrN层，其薄膜致密光滑，具有最佳的耐腐蚀性能，能有效隔离人体汗液、大气中有害气体和日常生活中的酸性物质的浸蚀。
优选地，本发明所述CrN/SixNy纳米多层薄膜中，SixNy为SiN4或Si3N4。
具体地，所述手表料件的材料包括304型不锈钢、306型不锈钢中的一种或多种，也可以为钛合金等其它材料。只要能在该材料表面上沉积CrN/SixNy纳米多层薄膜即可。
另外，本发明还提供一种手表部件，如图2所示，其中，1为手表部件，2为Cr过渡层，3为CrN层，4为SixNy层，5为CrN/SixNy纳米多层薄膜层。其中，所述手表部件表面上的薄膜由上述制备方法所制成，其具体制备过程请参见上述具体步骤，在此不再赘述。具体地，所述手表部件沿表面垂直方向，最里层为Cr过渡层，中间为交替沉积的CrN层和SixNy层，最外层为CrN层；其中，所述Cr过渡层的厚度为40nm；所述CrN层和SixNy层厚度均为50~100nm。
本发明还提供一种实施例，其具体如下：
将手表部件分别用丙酮、酒精在超声波清洗器中洗净，烘干后备用。将真空室加热至100℃，除去真空室器壁表面吸附气体，将清洗干净的手表部件装入溅射室内，周围设置有2对Cr靶和2对Si靶，相邻两靶为不同的靶材。抽真空至5×10-3Pa，通入氩气，调整真空室内气压为0.2Pa。在基材上施加-400V负偏压，开启Cr对靶，保持Cr对靶电流15A，对表面手表部件表面进行清洗，清洗时间10min后，将负偏压调整为-60V，Cr对靶电流调整为8A，继续溅射5min，在手表部件表面沉积一层约40nm的Cr过渡层。通入氮气，氮气流量为使氮氩比（体积比）始终保持1：2，同时真空室总气压控制在0.3Pa以下，将基材负偏压调整为-100V，开启Cr对靶，控制电流为8A，溅射时间5min，得到厚度为80nm左右的CrN层，再关闭Cr对靶，开启Si对靶，控制电流为8A，溅射时间2min，得到厚度为80nm左右的SiN层，又重复开启Cr对靶进行溅射，通过交替开启/关闭Cr对靶和Si对靶，周期性的沉积CrN和SixNy层，最厚得到厚度为2.8μm的CrN/SixNy纳米复合薄膜。实验测得所述CrN/SixNy纳米复合薄膜与手表基材结合紧密，其能防止汗液和化学物品等的侵蚀，有效延长手表部件的使用寿命。
综上所述，本发明通过对手表部件进行清洗烘干等处理后，采用真空离子镀膜技术，在手表部件沉积CrN/SixNy纳米多层薄膜，所述多层膜顺序为：所述手表部件沿表面垂直方向，最里层为Cr过渡层，中间为交替沉积的CrN层和SixNy层，最外层为CrN层。本发明CrN/SixNy纳米多层薄膜与基体的结合力强，在薄膜层较厚时仍然能与基体牢牢结合；薄膜层层致密光滑，不需要打磨抛光工序；镀层硬度高且韧性好，不易形成表面裂纹。电镀CrN/SixNy纳米多层薄膜的手表可以有效隔离汗液和日常酸性物质等对手表部件的腐蚀；可以有效提高手表的表面硬度，并降低摩擦系数，使得手表在佩戴过程中不易因碰撞或相互摩擦而产生划痕或不细微凹点，有效延长手表的使用寿命。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。