Изделие с покрытием темного цвета
Изобретение относится к изделиям, в частности, таким как водопроводные краны, имеющим декоративно-защитное покрытие темного цвета. При этом темный цвет может быть представлен, в частности, черным, темно-бронзовым, иссиня-черным, ярко-синим или серо-голубым цветом. В предпочтительном варианте осуществления изобретения покрытие включает слой никелевой или полимерной подложки, а также первый придающий цвет слой, состоящий из оксикарбидов тугоплавких металлов с высоким содержанием кислорода, второй придающий цвет слой, содержащий оксикарбиды тугоплавких металлов с высоким содержанием кислорода, и верхний слой оксидов тугоплавких металлов. 5 н.и 26 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к изделиям, в частности, таким как водопроводные краны, имеющим декоративно-защитное покрытие темного цвета. При этом темный цвет может быть представлен, в частности, черным, темно-бронзовым, иссиня-черным, ярко-синим или серо-голубым цветом.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существующая промышленная практика, связанная с производством различных латунных изделий, таких как водопроводные краны, декоративные панели для кранов, круглые дверные ручки-кнопки и ручки-скобы, декоративные дверные накладки и т.п., состоит в том, что поверхность изделия сначала шлифуется и полируется до блеска, после чего на эту отполированную поверхность наносится защитное органическое покрытие, состоящее, например, из акрилопластов, уретанов, эпоксидных смол и т.п. Недостаток этой системы заключается в том, что операции шлифовки и полировки являются весьма трудоемкими, особенно, если изделие имеет сложную конфигурацию. Кроме того, известные органические покрытия не всегда столь прочны, как хотелось бы, а также подвержены воздействию кислот. По этой причине было бы весьма полезно снабдить латунные, равно как и другие (пластиковые, керамические или металлические) изделия покрытием, которое наряду с декоративным видом придало бы изделию такие свойства, как износостойкость, стойкость к истиранию и коррозии.
Патент US 7270895, B32B 19/00, 2007.09.18, посвящен новейшей разработке в этой технологической области. В данном патенте представлено описание изделия, имеющего слоистое покрытие темного цвета. Предпочтительным цветом является темно-серый или темно-бронзовый цвет. Покрытие включает слой, придающий цвет, и защитный слой, состоящий из оксикарбида тугоплавкого металла, содержание кислорода в котором превышает содержание углерода. В качестве тугоплавкого металла, как правило, используется цирконий.
Патент US 8007928, B32B9/04, 2011,08,30, посвящен еще одной новейшей разработке в вышеупомянутой технологической области. В данном патенте представлено описание изделия, имеющего слоистое покрытие черного цвета. Покрытие включает второй слой, придающий цвет, состоящий из оксикарбида тугоплавкого металла, содержание кислорода в котором превышает содержание углерода, и третий слой, состоящий из оксида тугоплавкого металла. Поиск новых, прежде недостижимых вариантов внешнего вида, продолжается.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к изделию, имеющему темный цвет. Предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является изделие с покрытием черного цвета, включающее подложку, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев:
первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, отличающийся тем, что состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла; при этом второй придающий цвет слой располагается поверх первого придающего цвет слоя;
второй придающий цвет слой включает слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; и
содержание кислорода во втором придающем цвет слое превышает содержание кислорода в первом придающем цвет слое; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла первою придающего цвет слоя включает от 40 до 65 атомных процентов кислорода, от 5 до 20 атомных процентов углерода и от 25 до 50 атомных процентов тугоплавкого металла, а слой оксида тугоплавкого металла, располагается поверх второго придающего цвет слоя.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения изделие имеет покрытие темного (черного, темно-бронзового, иссиня-черного) цвета, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев:
подложка, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев:
первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, отличающийся тем, что состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла,
второй придающий цвет слой, расположенный поверх первого придающего цвет слоя, при том, что второй придающий цвет слой включает слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; второй придающий цвет слой отличается тем, что содержание в нем кислорода превышает содержание кислорода в первом придающем цвет слое; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя включает от 40 до 65 атомных процентов кислорода, от 5 до 20 атомных процентов углерода и от 25 до 50 атомных процентов тугоплавкого металла, а слой оксида тугоплавкого металла, располагается поверх второго придающего цвет слоя.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения покрытие имеет темный синеватый и бронзовый оттенки, а также оттенки черного цвета. В целом, покрытия имеют одинаковый состав, однако для достижения различных цветовых оттенков меняется толщина слоев.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 представлен вид в поперечном разрезе, без соблюдения масштаба, участка подложки черного цвета в соответствии с представленным здесь описанием настоящего изобретения.
На Фиг. 2 представлен вид, аналогичный Фиг. 1, за исключением верхнего слоя 20. На Фиг. 3 показан второй придающий цвет слой 18, состоящий из ряда чередующихся слоев.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к изделию, например, из пластика, керамики, металлокерамики или металла, имеющему декоративно-защитное покрытие, нанесенное, по меньшей мере, на часть его поверхности. Более конкретно, изобретение посвящено изделию или подложке, а именно металлическому изделию, например, из нержавеющей стали, алюминия, латуни или цинка с нанесенными на его поверхность слоями в соответствии с представленным здесь описанием. Это покрытие, являющееся декоративным, также придает изделию стойкость к коррозии, износостойкость и стойкость к истиранию. Покрытие придает черный оттенок внешнему виду изделия.
Предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является изделие с покрытием черного цвета, включающее подложку, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев:
первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, отличающийся тем, что состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла; при этом второй придающий цвет слой располагается поверх первого придающего цвет слоя;
второй придающий цвет слой включает слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; и
содержание кислорода во втором придающем цвет слое превышает содержание кислорода в первом придающем цвет слое; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 40 до 65 атомных процентов кислорода, от 5 до 20 атомных процентов углерода и от 25 до 50 атомных процентов тугоплавкого металла, а слой оксида тугоплавкого металла, располагается поверх второго придающего цвет слоя.
Как правило, верхний слой оксида тугоплавкого металла состоит из оксида гафния, тантала, циркония или титана. В качестве верхнего слоя оксида тугоплавкого металла предпочтительно использование оксида циркония.
На Фиг. 1 показано изделие 10, содержащее подложку 12. Подложка 12 может состоять из любого материала, на который может быть нанесен электролитически осаждаемый слой такого материала, как пластик, например, акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), полиолефин, поливинилхлорид, а также фенолформальдегид, керамика, металлокерамика, металл или металлический сплав. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения это изделие или подложка состоит из металла или металлического сплава, такого как сплавы меди, стали, бронзы, цинка, алюминия, никеля и т.п.
Как показано на Фиг. 1, при изготовлении изделия, являющегося предметом настоящего изобретения, первый слой или ряд слоев наносят на поверхность изделия методом осаждения, например, электролитического осаждения в случае использования никелевой подложки. В случае применения полимерной подложки полимер наносят обычным способом. Второй ряд слоев наносят на поверхность слоя или слоев электролитического покрытия методом осаждения из паровой фазы. При этом полимерные или нанесенные электролитическим способом слои служат, помимо прочего, в качестве в качестве грунтовки для выравнивания поверхности изделия, а также в качестве противокоррозионного барьера для повышения коррозионной стойкости. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения на поверхность изделия может быть нанесен слой 14 никеля. Слой никеля может содержать любую из известных разновидностей никеля, наносимых методом осаждения, например блестящий никель, полублестящий никель, матовый (сатинированный) никель и т.д. Слой никеля 14 может быть нанесен, по меньшей мере, на часть поверхности подложки 12 с использованием обычных и хорошо известных методов нанесения электролитических покрытий. Слой 14 может состоять из одного или нескольких слоев меди, никеля и хрома. Эти слои противокоррозионной защиты хорошо известны в данной области техники.
Слой 14 может состоять из полимера, нанесенного на поверхность изделия 10 в качестве грунтовочного слоя. Второй ряд слоев наносят на поверхность полимерного слоя методом осаждения из паровой фазы. При этом полимерные слои служат, помимо прочего, в качестве в качестве грунтовки для выравнивания поверхности изделия, а также в качестве противокоррозионного барьера для повышения коррозионной стойкости. В настоящем изобретении полимерный слой 14 наносится на поверхность изделия.
Полимерный грунтовочный слой 14 может состоять из термопластичного, термореактивного полимерного или смолистого материала. Эти полимерные или смолистые материалы включают широко известные, повсеместно используемые и коммерчески доступные поликарбонаты, эпоксиуретаны, полиакрилаты, полиметакрилаты, нейлоны, полиэфиры, полипропилены, полиэпоксиды, алкидосодержащие и стиролосодержащие полимеры, такие как полистирол, стиролакрилонитрил (САН), стирол-бутадиеновый полимер, акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), а также их смеси и сополимеры. Полимеры, используемые для изготовления слоя 14, хорошо известны в данной области техники.
Поверх слоя 14 методом осаждения из паровой фазы, например, физического осаждения из паровой фазы, наносят защитно-декоративный, придающий цвет слой 16. Придающий цвет слой 16 состоит из слоя оксикарбида тугоплавкого металла, содержащего кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода.
Второй придающий цвет слой 18 наносят поверх первого придающего цвет слоя 16.
Второй придающий цвет слой 18 включает слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащего кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, отличающийся тем, что содержание кислорода и содержание углерода во втором придающем цвет слое 18 превышают содержание кислорода и содержание углерода в первой придающем цвет слое 16.
Придающие цвет и защитные слои 16 и 18 имеют толщину, которая, по меньшей мере, является эффективной для придания ему темно-серого цвета и обеспечения повышенной стойкости к истиранию, царапанию и износостойкости. В общем случае эта толщина составляет, по меньшей мере, примерно 1000 Å (ангстрем), в предпочтительном случае - по меньшей мере, около 1500 Å, а в еще более предпочтительном случае - по меньшей мере, около 2500 Å. Верхний предел толщины в общем случае не имеет критического значения и зависит от второстепенных соображений, таких как стоимость. Толщина в общем случае не должна превышать примерно 7500 Å, а в предпочтительном случае - примерно 5000 Å.
Слои 16 и 18 наносят с использованием традиционных и хорошо известных методов осаждения, в том числе методов осаждения из паровой фазы, таких как катодно-дуговое испарение (КДИ) или катодное распыление и т.п. Методы и оборудование для катодного распыления и катодно-дугового испарения (КДИ) описаны, в частности, в книгах Дж. Воссена и У. Керна «Тонкопленочные процессы II», изд-во Академик Пресс (J. Vossen and W. Kern, "Thin Film Processes II", Academic Press), Р. Боксмана и др., «Справочник по электродуговым методам в вакууме», изд-во «Нойес» (R. Boxman et al., "Handbook of Vacuum Arc Science and Technology", Noyes Pub.), 1995; а также в патентах США №№4162954 и 4591418; все эти первоисточники упоминаются здесь для справок.
Одним из методов осаждения слоев 16 и 18 является физическое осаждение из паровой фазы путем реактивного распыления или реактивного катодно-дугового испарения. Реактивное катодно-дуговое испарение и реактивное распыление в общем случае аналогичны обычному распылению и катодно-дуговому испарению, за исключением того, что в камеру вводят химически активный газ, который вступает в реакцию с вытесняемым металлом мишени.
Далее, слой оксида тугоплавкого металла 20 наносят путем осаждения поверх второго придающего цвет слоя 18. К числу оксидов тугоплавких металлов относятся оксиды гафния, тантала, циркония, титана и титаноциркониевых сплавов. В общем случае толщина слоя 20 составляет по меньшей мере 60 Å, в предпочтительном случае - по меньшей мере, около 120 Å, а в еще более предпочтительном случае - около 250 Å.
Слой 20 наносят путем осаждения с использованием традиционных и хорошо известных методов осаждения из паровой фазы в том числе методов физического осаждения из паровой фазы, таких как катодно-дуговое испарение (КДИ) или катодное распыление. Следует отметить, что в процессе осаждения методом распыления мишень из тугоплавкого металла (такого как титан или цирконий), которая является катодом, и подложка располагаются в вакуумной камере. Для создания в этой камере вакуума из нее откачивают воздух. Затем в камеру вводят инертный газ, например, аргон. Частицы газа ионизируются и с ускорением движутся к мишени, выбивая атомы титана или циркония. В дальнейшем выбитый из мишени материал обычно оседает в виде покровной пленки на подложке.
При катодно-дуговом испарении электрическая дуга, обычно соответствующая току в несколько сотен ампер, наносит удар по поверхности металлического, например, циркониевого или титанового катода. Под действием дуги происходит испарение материала катода, который затем конденсируется на подложках, образуя покрытие.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения изделие, показанное на Фиг. 1, имеет покрытие темного (черного, темно-бронзового, иссиня-черного) цвета.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения используется подложка, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев: первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, отличающийся тем, что состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла,
второй придающий цвет слой, расположенный поверх первого придающего цвет слоя, при том, что второй придающий цвет слой включает слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; второй придающий цвет слой отличается тем, что содержание в нем кислорода превышает содержание кислорода в первом придающем цвет слое; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя включает от 40 до 65 атомных процентов кислорода, от 5 до 20 атомных процентов углерода и от 25 до 50 атомных процентов тугоплавкого металла, а слой оксида тугоплавкого металла, располагается поверх второго придающего цвет слоя.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения покрытие имеет синеватый и бронзовый оттенки, а также оттенки черного цвета. В целом, покрытия имеют одинаковый состав, однако для достижения различных цветовых оттенков меняется толщина слоев.
На Фиг. 2 показано изделие, имеющее сине-серый цвет, для формирования которого используются не все три слоя, придающие цвет, а только первый и второй слои, придающие цвет, за исключением верхнего слоя 20.
Изделие имеет покрытие сине-серого цвета, включающее подложку, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев: первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла, а второй придающий цвет слой располагается поверх первого придающего цвет слоя; второй придающий цвет слой включает слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; при этом содержание кислорода во втором придающем цвет слое превышает содержание кислорода в первом придающем цвет слое; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя включает от 40 до 65 атомных процентов кислорода, от 5 до 20 атомных процентов углерода и от 25 до 50 атомных процентов тугоплавкого металла.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения состав оксикарбида тугоплавкого металла в первом придающем цвет слое включает от 15 атомных процентов углерода и от 25 до 30 атомных процентов кислорода.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения состав оксикарбида тугоплавкого металла во втором придающем цвет слое включает от 10 атомных процентов углерода и от 50 до 60 атомных процентов кислорода.
На Фиг. 3 показано, как можно добиться яркого синего цвета покрытия, путем многократного чередования или вариаций между двумя верхними слоями на коротких интервалах. На Фиг. 3 также показан второй придающий цвет слой 18, состоящий из слоев 22, 24, 26 и 28. Число слоев во втором придающем цвет слое 18 может широко варьироваться. Число слоев может составлять от 2 до 60. В предпочтительном случае число слоев варьируется в диапазоне от 2 до 30. а в еще более предпочтительном случае - от 2 до 10. Толщина каждого слоя из числа слоев, формирующих структуру второго придающего цвет слоя 18, может меняться.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения верхний слой оксида тугоплавкого металла 20 состоит из чередующихся слоев аналогично тому, как это имеет место в случае второго придающего цвет слоя 18.
Изделие имеет покрытие яркого синего цвета, включающее подложку, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев: первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла, а второй придающий цвет слой располагается поверх первого придающего цвет слоя; второй придающий цвет слой включает ряд чередующихся слоев между слоем оксикарбида тугоплавкого металла, содержащим кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; при этом содержание кислорода во втором придающем цвет слое превышает содержание кислорода в первом придающем цвет слое; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя включает от 40 до 65 атомных процентов кислорода, от 5 до 20 атомных процентов углерода и от 25 до 50 атомных процентов тугоплавкого металла; кроме того, имеется дополнительный слой оксикарбида тугоплавкого металла.
Число чередующихся слоев в этом втором придающем цвет слое может варьироваться в диапазоне от 4 до 60. В предпочтительном случае число таких слоев составляет от 4 до 20.
К числу тугоплавких металлов, входящих в состав первого придающего цвет слоя, относятся гафний, тантал, цирконий, титан и титаноциркониевые сплавы. Состав оксикарбида тугоплавкого металла в первом придающем цвет слое включает от 15 атомных процентов углерода и от 25 до 30 атомных процентов кислорода.
Состав оксикарбида тугоплавкого металла во втором придающем цвет слое включает от 10 атомных процентов углерода и от 50 до 60 атомных процентов кислорода.
Верхний слой оксида тугоплавкого металла состоит из оксида гафния, тантала, циркония или титана.
В качестве верхнего слоя оксида тугоплавкого металла предпочтительно использование оксида циркония.
Первый слой данного изделия имеет темно-серый цвет.
Толщина первого слоя превышает толщину чередующихся слоев, составляющих второй слой.
Для облегчения понимания сущности настоящего изобретения целесообразно рассмотреть следующий пример. Данный пример носит исключительно иллюстративный характер и не ограничивает объем настоящего изобретения.
ПРИМЕР I
Латунные водопроводные краны помещают в обычную ванну, заполненную щелочным моющим раствором с pH=8,9-9,2, состоящим из стандартных и хорошо известных мыл, детергентов, дефлокулянтов и т.п., и выдерживают при температуре 180-200°F в течение приблизительно 10 минут. Затем латунные краны помещают в обычную ультразвуковую ванну, заполненную щелочным моющим раствором. Ультразвуковую ванну, заполненную щелочным моющим раствором с pH=8,9-9,2, состоящим из хорошо известных и широко применяемых мыл, детергентов, дефлокулянтов и т.п., поддерживают при температуре около 160-180°F. После ультразвуковой очистки водопроводные краны промывают и помещают в обычную электрическую ванну, заполненную щелочным моющим раствором.
Электрическую ванну, заполненную щелочным моющим раствором с pH=10,5-11,5, состоящим из стандартных и широко применяемых детергентов, поддерживают при температуре около 140-180°F. Затем краны дважды промывают и помещают в обычную ванну с кислотным активатором. Ванну с кислотным активатором, содержащим кислую соль на основе фторида натрия и имеющим pH порядка 2,0-3,0, поддерживают при температуре окружающей среды. Затем краны дважды промывают и помещают в ванну для блестящего никелирования, в которой их выдерживают в течение примерно 12 минут. Ванна для блестящего никелирования, как правило, представляет собой обычную ванну, содержит раствор с pH около 4,0, включающий NiSO4, NiCL2, борную кислоту и блескообразующие добавки, поддерживается при температуре приблизительно 130-150°F. На поверхности кранов осаждается слой блестящего никеля средней толщиной примерно 10 микрон.
Водопроводные крапы, покрытые слоем блестящего никеля, трижды промывают, после чего примерно на семь минут помещают в обычную электролитическую ванну, содержащую коммерчески доступный шестивалентный хром, используемую совместно с обычным оборудованием для электролитического хромирования. Указанная ванна с шестивалентным хромом, представляет собой хорошо известную и широко применяемую электролитическую ванну, содержащую раствор хромовой кислоты с концентрацией примерно 32 унции на галлон (240 кг/м3). Эта ванна также содержит хорошо известные и широко применяемые добавки для хромирования. В ванну вводят сульфатный и/или фторидный катализатор и поддерживают ее при температуре примерно 112-116°F. Соотношение хромовой кислоты и сульфата составляет 200:1. На поверхности слоя блестящего никеля осаждается слой хрома толщиной примерно 0,25 мкм. Водопроводные краны тщательно промывают в деионизированной воде, после чего тщательно просушивают.
Водопроводные крапы, покрытые хромом, помещают в сосуд для нанесения покрытий путем катодно-дугового испарения. Этот сосуд в общем случае представляет собой цилиндрический корпус, содержащий вакуумную камеру, приспособленную для откачивания воздуха с помощью насосов. Для регулирования скорости притока аргона в камеру к ней через линию, оснащенную регулирующим клапаном, подсоединяется источник газообразного аргона. Кроме того, для регулирования скорости притока в камеру метана и кислорода к ней посредством линий, оснащенных регулирующими клапанами, подсоединяются источники газообразного метана и кислорода.
В центре камеры установлен цилиндрический катод, подсоединенный к отрицательным выходам регулируемого источника питания постоянного тока. Положительная клемма источника питания соединена со стенкой камеры. Материал катода содержит цирконий.
Водопроводные краны с электролитическим покрытием устанавливают на шпинделях, на кольце вокруг внешней поверхности катода. Все кольцо вращается вокруг катода, и при этом каждый шпиндель также вращается вокруг своей собственной оси, что приводит к так называемому планетарному движению, которое обеспечивает равномерное воздействие катода на многочисленные водопроводные краны, установленные вокруг каждого шпинделя. Как правило, кольцо вращается со скоростью, составляющей несколько оборотов в минуту, и при этом за оборот кольца каждый шпиндель делает несколько оборотов. Шпиндели электрически изолированы от камеры и снабжены вращающимися контактами, благодаря чему в процессе нанесения покрытия на подложки можно подавать смещающее напряжение.
Из вакуумной камеры откачивают воздух до достижения давления от 10-5 до 10-7 торр, после чего камеру нагревают примерно до 150°C.
Затем водопроводные краны с электролитическим покрытием подвергают очистке в плазме дугового разряда с большим смещением, во время которой на краны с электролитическим покрытием подают (отрицательное) смещающее напряжение величиной около -600 вольт. При этом дуга, соответствующая току около 500 ампер, наносит удар по катоду и поддерживается на нем. Продолжительность очистки составляет приблизительно пять минут. На данном этапе происходит осаждение придающего цвет слоя оксикарбида циркония 16. Далее в вакуумную камеру вводят потоки аргона и метана, продолжая при этом поддерживать дуговой разряд с величиной тока приблизительно около 500 ампер. В целях повышения интенсивности темного цвета покрытия, например, для получения темно-серого цвета, в камеру может также подаваться кислород при величине расхода порядка 30-40 процентов от общей величины расхода газового потока. Величину расхода метана регулируют таким образом, чтобы содержание углерода в полученном слое составляло от 10 до 20 атомных процентов.
После осаждения этого придающего цвет слоя оксикарбида циркония 18 на слой 16, в вакуумную камеру вводят потоки аргона и метана, продолжая при этом поддерживать дуговой разряд с величиной тока приблизительно около 500 ампер. В целях повышения интенсивности темного цвета покрытия, например, для получения темно-серого цвета, в камеру может также подаваться кислород при величине расхода порядка 30-40 процентов от общей величины расхода газового потока.
Величину расхода метана регулируют таким образом, чтобы содержание углерода в полученном слое составляло от 10 до 20 атомных процентов. После осаждения этого слоя оксикарбида циркония в камеру вводят поток кислорода при величине расхода около 100-500 стандартных литров в минуту, продолжая подачу в течение примерно от 10 до 60 секунд. При этом формируется тонкий слой оксида циркония толщиной примерно от 20 до 100 Å. Затем дугу гасят, производят продувку вакуумной камеры и извлекают из нее изделия с покрытием.
После осаждения этого слоя оксикарбида циркония в камеру вводят поток кислорода при величине расхода около 100-500 стандартных литров в минуту, продолжая подачу в течение примерно от 1 до 5 секунд. При этом формируется тонкий слой оксида циркония толщиной примерно от 100 до 1000 Å. Осаждение слоя оксида циркония (верхний слой 20) средней толщиной приблизительно 0,1 мкм происходит в течение периода продолжительностью от одной до пяти минут. Затем дугу гасят, производят продувку вакуумной камеры и извлекают из нее изделия с покрытием. Процесс катодно-дугового осаждения включая подачу на катод постоянного напряжения для достижения величины тока около 500 ампер, введение газообразного аргона в вакуумный сосуд для достижения в нем давления от 1 до 5 миллиторр, а также описанное выше вращение кранов в планетарном режиме.
ПРИМЕР II
Конечные цвета слоев 16 и 18 в Примере I находились в диапазонах оттенков серого и бронзового цветов. Измерения цветовых характеристик осуществлялись на цветном спектрофотометре с использованием источника света D65.
Как известно, измерение цветовых характеристик определяется тремя конкретными параметрами, в которой "L" служит показателем освещенности объекта, "a" - показателем красноты (положительный) или зелености (отрицательный), и "b" - показателем желтизны (положительный) или синевы (отрицательный). Вместе эти три параметра определяют конкретный цвет.
Результаты измерений параметров черного цвета изделия 10 находятся в следующих пределах:
Изделие 10
Черный цвет:
L*=35,0+/-5,0
a*=0,00+/-2,0
b*=0,00+/-3,0
Базовый слой имеет серый цвет; предпочтительным материалом для формирования слоя является оксикарбид циркония. Следующий слой также образуется оксикарбидом циркония, однако осаждение происходит при более высоком содержании кислорода и углерода. Этот слой придает внешнему виду изделия темный оттенок и вызывает эффект «оптического подавления» желтого цвета, обычно наблюдаемый в верхнем слое, состоящем из оксида циркония. Комбинация свойств этих трех слоев приводит к получению внешнего вида изделия с гораздо более выраженной палитрой темных оттенков и черного цвета по сравнению с тем, чего удавалось достичь ранее.
ПРИМЕР III
Результаты измерений параметров серо-голубого цвета в варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, находятся в следующих пределах:
L*=45,0+5,0
a*=-2,0+2,0
b*=-5,0+4,0
Толщина самого верхнего слоя 18 из числа слоев, формирующих структуру второго придающего цвет слоя ZrOC, колеблется в пределах 30-60 нм. Толщина базового слоя, первого придающего цвет слоя, может составлять от 0,1 до 3 мкм (или более). При этом предпочтительной является толщина 0,5 мкм. В этом варианте верхний слой 20 отсутствует.
ПРИМЕР IV
Результаты измерений параметров яркого синего цвета в варианте осуществления, показанном на Фиг. 3, находятся в следующих пределах:
L*=40,0±5,0
a*=-3,0±3,0
b*=-25,0±5,0
Толщина отдельных чередующихся слоев, формирующих структуру второго придающего цвет слоя 18, может составлять от 2 до 10 нм. Толщина первого придающего цвет слоя 16 находится в диапазоне от 0,1 до 3 мкм (или более). При этом предпочтительной является толщина 0,5 мкм.
Несмотря на то, что описания ряда вариантов осуществления настоящего изобретения были в представлены исключительно в иллюстративных целях, должно быть понятно, что в рамках общего объема изобретения могут иметь место различные варианты и модификации.
1. Изделие с покрытием, имеющее черный цвет, включающее в себя подложку, имеющую поверхность, а также имеющую на по меньшей мере части этой поверхности многослойное покрытие, в состав которого входят по порядку:
первый слой оксикарбида тугоплавкого металла с содержанием кислорода и содержанием углерода, где содержание кислорода превышает содержание углерода, где оксикарбид тугоплавкого металла первого цветового слоя состоит на 15 атомных процентов из углерода, на 25-30 атомных процентов из кислорода и на 55-60 атомных процентов из тугоплавкого металла, где второй цветовой слой включает в себя слой тугоплавкого металла с содержанием кислорода и содержанием углерода, где содержание кислорода превышает содержание углерода; и
где содержание кислорода во втором цветовом слое превышает содержание кислорода в первом цветовом слое, где оксикарбид тугоплавкого металла во втором цветовом слое состоит на 10 атомных процентов из углерода, на 50-60 атомных процентов из кислорода и на 30-40 атомных процентов из тугоплавкого металла; и
слой оксида тугоплавкого металла поверх второго цветного слоя;
где первый слой имеет темно-серый цвет, второй слой имеет темно-серый цвет, верхний слой имеет желтый цвет, а изделие имеет черный цвет.
2. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что тугоплавкий металл первого придающего цвет слоя представлен такими материалами, как гафний, тантал, цирконий, титан или титаноциркониевый сплав.
3. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что тугоплавкий металл первого придающего цвет слоя представлен таким металлом, как цирконий.
4. Изделие по п.1, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя представлен таким материалом, как оксикарбид циркония.
5. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя содержит 15 атомных процентов углерода и от 25 до 30 атомных процентов кислорода.
6. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что тугоплавкий металл второго придающего цвет слоя представлен такими материалами, как гафний, тантал, цирконий, титан или титаноциркониевый сплав.
7. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что тугоплавкий металл второго придающего цвет слоя представлен таким металлом, как цирконий.
8. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя представлен таким материалом, как оксикарбид циркония.
9. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя содержит 10 атомных процентов углерода и от 50 до 60 атомных процентов кислорода.
10. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что верхний слой оксида тугоплавкого металла представлен такими материалами, как гафний, тантал, цирконий или оксид титана.
11. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что верхний слой оксида тугоплавкого металла представлен таким материалом, как оксид циркония.
12. Изделие по п.1, отличающееся тем, что первый слой толще второго, а также верхнего слоя.
13. Изделие с покрытием, имеющее темный цвет, включающее в себя подложку, имеющую поверхность, а также имеющую на, по меньшей мере, одной части этой поверхности многослойное покрытие, в состав которого входят по порядку:
первый слой оксикарбида тугоплавкого металла с содержанием кислорода и содержанием углерода, где содержание кислорода превышает содержание углерода, где оксикарбид тугоплавкого металла первого цветового слоя состоит на 15 атомных процентов из углерода, на 25-30 атомных процентов из кислорода и на 55-60 атомных процентов из тугоплавкого металла, где второй цветовой слой включает в себя слой тугоплавкого металла с содержанием кислорода и содержанием углерода, где содержание кислорода превышает содержание углерода; и
где содержание кислорода во втором цветном слое превышает содержание кислорода в первом цветном слое, где оксикарбид тугоплавкого металла во втором цветном слое состоит на 10 атомных процентов из углерода, на 50-60 атомных процентов из кислорода и на 30-40 атомных процентов из тугоплавкого металла; и
слой оксида тугоплавкого металла поверх второго цветного слоя; где первый слой имеет темно-серый цвет, второй слой имеет темно-серый цвет, верхний слой имеет желтый цвет, а изделие имеет черный, темно-бронзовый или иссиня-черный цвет.
14. Изделие по п. 13, отличающееся тем, что темный цвет представлен такими цветами, как черный, темно-бронзовый или иссиня-черный цвет.
15. Изделие по п. 13, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя содержит 15 атомных процентов углерода и от 25 до 30 атомных процентов кислорода.
16. Изделие по п. 13, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя содержит 10 атомных процентов углерода и от 50 до 60 атомных процентов кислорода.
17. Изделие по п. 13, отличающееся тем, что первый слой толще второго, а также верхнего слоя.
18. Изделие, имеющее покрытие серо-голубого цвета, включающее подложку, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев:
первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, отличающийся тем, что состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла; второй придающий цвет слой, располагающийся поверх первого придающего цвет слоя; при этом второй придающий цвет слой включает слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода; и
содержание кислорода во втором придающем цвет слое превышает содержание кислорода в первом придающем цвет слое; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя включает от 40 до 65 атомных процентов кислорода, от 5 до 20 атомных процентов углерода и от 25 до 50 атомных процентов тугоплавкого металла.
19. Изделие по п. 18, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя содержит 15 атомных процентов углерода и от 25 до 30 атомных процентов кислорода.
20. Изделие по п. 18, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя содержит 10 атомных процентов углерода и от 50 до 60 атомных процентов кислорода.
21. Изделие, имеющее покрытие яркого синего цвета, включающее подложку, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя, включает от 20 до 35 следующих расположенных по порядку слоев:
первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, отличающийся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла содержит от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла;
второй придающий цвет слой, располагающийся поверх первого придающего цвет слоя, включает слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, в которой содержание кислорода больше, чем содержание углерода; при этом второй придающий цвет слой включает ряд чередующихся слоев; и
содержание кислорода во втором придающем цвет слое превышает содержание кислорода в первом придающем цвет слое; при этом состав оксикарбида тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя включает от 40 до 65 атомных процентов кислорода, от 5 до 20 атомных процентов углерода и от 25 до 50 атомных процентов тугоплавкого металла, и
слой оксида тугоплавкого металла располагается поверх второго придающего цвет слоя.
22. Изделие по п. 21, отличающееся тем, что второй придающий цвет слой включает от 2 до 30 чередующихся слоев.
23. Изделие по п. 21, отличающееся тем, что второй придающий цвет слой включает от 2 до 10 чередующихся слоев.
24. Изделие по п. 21, отличающееся тем, что верхний оксидный слой включает ряд чередующихся слоев.
25. Изделие по п. 21, отличающееся тем, что верхний слой включает от 2 до 10 чередующихся слоев.
26. Изделие по п. 21, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя содержит 15 атомных процентов углерода и от 25 до 30 атомных процентов кислорода.
27. Изделие по п. 21, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла второго придающего цвет слоя содержит 10 атомных процентов углерода и от 50 до 60 атомных процентов кислорода.
28. Изделие по п. 21, отличающееся тем, что толщина первого слоя превышает толщину чередующихся слоев, составляющих второй слой.
29. Изделие, имеющее покрытие яркого синего цвета, включающее подложку, на, по меньшей мере, части поверхности которой имеется многослойное покрытие, состоящее из следующих, расположенных по порядку слоев:
первый слой оксикарбида тугоплавкого металла, содержащий кислород в большей концентрации по сравнению с концентрацией содержащегося в нем углерода, отличающийся тем, что состав оксикарбида тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя включает от 20 до 35 атомных процентов кислорода, от 10 до 20 атомных процентов углерода и от 50 до 70 атомных процентов тугоплавкого металла;
второй придающий цвет слой, располагающийся поверх первого придающего цвет слоя, отличающийся тем, что второй придающий цвет слой содержит оксид тугоплавкого металла.
30. Изделие по п. 29, отличающееся тем, что оксикарбид тугоплавкого металла первого придающего цвет слоя содержит 15 атомных процентов углерода и от 25 до 30 атомных процентов кислорода.
31. Изделие по п. 29, отличающееся тем, что толщина второго слоя составляет от 25 до 100 нм.
