CH676856A5

CH676856A5 -

Info

Publication number: CH676856A5
Application number: CH335587A
Authority: CH
Inventors: Kouji Hirose; Hitoshi Ito; Kazuhito Yoshida
Original assignee: Seikosha Kk
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1987-09-01
Publication date: 1991-03-15
Also published as: GB2195664B; DE3728836C2; JPS6362863A; SG51193G; DE3728836A1; GB2195664A; JPH0461071B2; GB8720330D0; HK67693A

Description

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CH 676 856 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf beschichtete Gegenstände gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Es sind z.B. Aussenteiie, Brillenrahmen, standortgebundene Gebilde, persönliche Ornamente oder Zubehörteile.

Es war bisher bekannt, dass Nitride, wie Titannitrid oder Tantalnitrid unter bestimmten Bedingungen eine goldene Farbe aufwiesen. Sie wurden zur Beschickung für verschiedene Arten von Zubehörteilen und Gehäusen verwendet. Die Auftragung dieser Nitride diente als Ersatztechnik für die kostspieligen Goldplattierungen. Die bekannte Technik bestand in der Applizierung einer Beschichtung aus Nitrid, wie Titan- oder Tantalnitrid auf einen Gegenstand oder ein Material durch Sprühen, Dampfauf-tragung oder lonenplattierung des Titanmetalles oder des Tantalmetalles in einer Stickstoffatmosphäre.

Im obigen Stand der Technik ist der Farbton des gebildeten Nitrides stark vom Druck des Stickstoffgases in der Reaktionsatmosphäre bei der Bildung eines Nitrides, wie eines Titan- oder Tantalnitrides, abhängig. Insbesondere ist der Druckbereich für den Stickstoff, bei welchem eine goldene Farbe erhalten wird, extrem eingeschränkt. Demzufolge war es erforderlich, den Stickstoffpartialdruck mit grosser Genauigkeit zu kontrollieren, um reproduzierbar einen schönen Farbton von hoher Qualität zu erhalten, wie er dem Gold eigen ist. Es ist somit aussergewöhnlich schwierig, das Verfahren bei der industriellen Massenproduktion anzuwenden.

In Anbetracht des obigen wurde die reproduzierbare Herstellung eines schönen goldenen Farbtones in der publizierten Japanischen Patentanmeldung 59 (1984)-26 664 vorgeschlagen, dass eine harte, goldfarbene Komponente, welche Titan- oder Tantalnitrid bildet und eine Deckschicht von goldener Farbe aus Gold oder einer Goldlegierung auf ihrer Oberfläche abgelagert wird. Obschon durch die verbesserte Technik eine schöne Goldfarbe erhalten werden kann, wird dies durch den Glanz der Goldbeschichtung auf der Oberfläche erhalten. In Anbetracht der Kosten, ist diese Goldschicht ausserordentlich dünn. Demzufolge kann die Goldbeschichtung leicht abgerieben werden. Da jedoch die harte Komponente, welche als Unterlagsschicht dient, in einem gewissen Ausmass selbst eine goldene Farbe aufweist, ist es nicht so aufällig, wenn die Goldbeschichtung abgerieben wird. Die verbesserte Technik umfasst jedoch ein Problem, dass die Herstellung schwierig ist und die Kosten durch das erforderliche Gold erhöht werden.

In Anbetracht des obigen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, beschichtete Gegenstände zur Verfügung zu stellen, deren Beschichtung eine goldene Farbe aufweist und zu reduzierten Kosten als Ersatz für das teure Gold dienen kann.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demzufolge der in Patentanspruch 1 definierte Gegenstand und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Beschichtung des erfindungsgemässen Gegenstandes wird durchgeführt, indem eine dünne

Schicht aus einem Mischmaterial, welches aus Titan- oder Zirkonnitrid und Tantalnitrid besteht, auf der Oberfläche eines zu beschichtenden Gegenstandes aufgetragen wird. Ist das Mischmaterial aus Titannitrid und Tantalnitrid zusammengesetzt, beträgt der Tantalgehalt 5-75 Gew.-% und wenn es aus Zirkonnitrid und Tantalnitrid zusammengesetzt ist, beträgt der Tantalgehalt 3-68 Gew.-%. Diese Prozentangaben beziehen sich auf den Gehalt des Elementes Tantal (chemisch gebunden) in der Zusammensetzung.

Tantal reagiert beim Beschichtungsvorgang durch reaktives Sprühen zusammen mit Titan oder Zirkon als Puffer im Reaktionssystem. Durch Umsetzen des Titan oder Zirkon mit Stickstoff werden die Nitride von Titan oder Zirkon gebildet, welche in Wirklichkeit die goldene Farbe produzieren; dabei wird der fluktuierende Effekt des Farbtons durch den Stickstoffpartialdruck gemässigt. Dieser Effekt ist aussergewöhnlich günstig für die Massenproduktion.

Zusätzlich kann der goldene Farbton durch Änderung des Tantalanteiles im Überzug beeinflusst werden, wobei der Tantalanteil aussergewöhnlich leicht kontrolliert werden kann. Demzufolge ist es möglich, dass die gewünschte goldene Farbe über einen weiten Bereich ausgewählt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beiliegenden Zeichnungen erläutern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei:

Fig. 1 eine grafische Darstellung zeigt, worin die Farbtonunterschiede einer Beschichtung aus Titan-und Tantalnitrid eines erfindungsgemässen Gegenstandes im Vergleich mit einer Beschichtung, welche aus reinem Gold und einer solchen, die aus Titannitrid gesprüht wurde, ersichtlich sind,

Fig. 2 eine grafische Darstellung zeigt, worin die Beziehung zwischen dem Tantalgehalt als Faktor für die Bestimmung des Farbtons der obenbeschriebenen Beschichtung aus Titan- und Tantalnitrid und der Sättigung C* dargestellt ist,

Fig. 3 eine grafische Darstellung zeigt, worin die Farbtondifferenz der obenbeschriebenen Verbund-beschichtung aus Zirkon- und Tantalnitrid des Erfindungsgegenstandes im Vergleich mit Beschich-tungen, die aus reinem Gold und in üblicher Weise aus Zirkonnitrid gesprüht sind, dargestellt ist, und

Fig. 4 eine grafische Darstellung zeigt, worin die Beziehung zwischen dem Tantalgehalt als Faktor für die Bestimmung des Farbtons der obenbeschriebenen Beschichtung aus Zirkonnitrid und Tantalnitrid und der Sättigung C* dargestellt ist.

Beispiel 1

Das vorliegende Beispiel zeigt eine Ausführungsform mit einer Verbundmembrane, welche Titan- und Tantalnitrid enthält.

Ein Gegenstand aus ABS-Harz wurde in einem Sprühgerät in Position gebracht und der Druck auf ein Vakuum (1,0-2,0) x t0~3 Pa reduziert, danach wurde Stickstoff bis zu einem Druck von 3,0 x 10~2

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Pa eingeleitet und anschliessend Argongas zugefügt, um den Druck der Gasmischung auf etwa 6,0 x 10-1 Pa zu erhöhen. Es wurden Blenden vor den Target aus Titanmetall und Tantalmetall angeordnet und das reaktive Sprühen (Sputtern) wurde während 7 Min. durchgeführt, wobei die Blende auf dem Titanmetall vollständig geöffnet war und die Öffnung der Blende beim Tantalmetall etwa 1/3 geöffnet war und mit einer Hochfrequenzleistung von 8 Watt/cm2 gearbeitet wurde. Als Resultat wurde eine Mischmaterialschicht erhalten, welche Titan-und Tantalnitrid enthielt, wobei der Gehalt an Tantal 45 Gew.-% betrug und die Beschichtung auf dem ABS-Harz 0,15 p.m betrug. Da die Beschichtung mittels Sprühen aufgetragen wurde, konnte in diesem Fall die Temperatur bei der Membranbildung auf weniger als 70°C eingestellt werden, wobei der beschichtete Gegenstand keiner Deformation oder ähnlichem unterworfen wurde.

Die Mischmembrane zeigte demzufolge eine metallische Erscheinung und wies eine glänzende und dekorative goldene Farbe auf. Weiter hatte die Mischmembrane ein gleiches Ausmass an Härte-und Bindefestigkeit, wie Titannitrid allein und zeigte eine bessere Korrosionsbeständigkeit, als Titannitrid allein, da es eine dichtere Textur aufwies als das letztere.

Während der Ton der goldbeschichteten Membrane durch den Tantalgehalt die Temperatur und den partiellen Stickstoffdruck bestimmt wird, weil Tantal als Puffer in der Reaktion zwischen Stickstoff und Titan wirkt und ebenso bei der Reaktion mit Stickstoff beteiligt ist, wird die Wirkung der Fluktuation beim Stickstoffpartialdruck bei der Bildung des den goldenen Farbton bewirkenden Titan-nitrides reduziert, wobei als Resultat der beeinträchtigende Effekt auf den Farbton vermindert wird.

Der Stickstoffpartialdruck, unter welchem Titannitrid selbst eine goldene Farbe erhält, ist jedoch mindestens 2,5 x 10-2 pa. Wenn im übrigen der Par-tialdruck höher als 4,0 x 10-2 pa beträgt, wird die Membrane selbst äusserst zerbrechlich, wobei ein Problem bezüglich der Bruchfestigkeit entsteht. Demzufolge ist der zweckmässige Bereich für den Stickstoffpartialdruck (2,5-4,0) x 10~2 Pa.

Fig. i zeigt die Farbtondifferenz für eine erfin-dungsgemässe Mischmembrane (Titannitrid + Tantalnitrid) für eine gesprühte Membrane aus reinem Gold und eine konventionelle gesprühte Membrane aus Titannitrid. In diesem Fall wurde für jede Membrane der Farbton bestimmt, indem L*, a* b* mittels eines C L*-, a*-, b*-Farbdiagramm gemessen wurden, wobei eine Lichtquelle und ein Chromatizitäts-messgerät verwendet wurden und die Helligkeit L*, die Sättigung C* = a*2 + b*2 und der Farbton H° =. tan-1 (b*/a*) aufgetragen wurde. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass der Farbton der erfindungsgemässen Mischmembrane im Vergleich mit einer konventionellen gesprühten Titannitridmembrane sowohl bezüglich Helle und Sättigung ausgezeichnet ist und im Farbton ungefähr äquivalent mit der besprühten Goldmembrane ist.

Fig. 2 ist zustandegekommen, indem die Sättigung C*, der Tantalgehalt (Gew.-%) und die Sprühtemperatur als bestimmende Faktoren für den Farbton aufgetragen wurden. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass sie in die Zonen l-VI aufgeteilt werden kann, worin die Regionen der Zonen II und III die wirksamen Regionen darstellen, worin dekorative goldene harte Membranen erhalten werden und der Tantalgehalt 5-75 Gew.-% beträgt in einem Sprüh-Tempe-raturbereich von 50°C bis 300°C.

Überdies ist im obigen Sprühverfahren das Tantalmetall aktiver gegenüber Sauerstoff im Vergleich mit dem metallischen Titan und besitzt einen Sammeleffekt für Sauerstoff, welcher als Verunreinigung in der Vakuumatmosphäre vorhanden ist und kann unerwünschte Farbtoneffekte des Sauerstoffes verhindern.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt eine Ausführungsform mit einer Verbundmembrane aus Zirkonnitrid und Tantalnitrid.

Nachdem ein Gegenstand aus ABS-Harz in einer Sprühvorrichtung in Position gebracht wurde und der Druck auf ein Vakuum von (1,0-2,0) x 10-® Pa reduziert wurde, wurde Stickstoffgas bis zu einem Druck von 3,5 x 10-2 Pa eingeleitet und anschliessend Argon beigefügt, bis der Druck der Gasmischung 6,0 x 10-1 Pa betrug. Vor dem Zirkonmetall-und Tantalmetalltarget wurden Blenden angeordnet und das Reaktivsprühen (Sputtern) wurde während 7 Min. mit Hochfrequenzleistungen von 6,3 Watt/ cm2 und 8 Watt/cm2 durchgeführt, wobei die Blendenöffnung beim Zirkonmetall vollständig war und beim Tantalmetall etwa 1/3 betrug. Als Resultat wurde eine Verbundmembrane erhalten, welche Zirkonnitrid und Tantalnitrid enthielt, wobei der Tantalgehalt 36 Gew.-% betrug und die Beschichtung auf dem ABS-Harz eine Dicke 0,15 um aufwies. Da im vorliegenden Fall die Beschichtung mittels Sprühen aufgetragen wurde, konnte die Temperatur bei der Membranbildung unterhalb von 70°C gehalten werden, wobei eine Deformation und andere unerwünschte Effekte am beschichteten Gegenstand vermieden wurden.

Die Verbundmembrane der zweiten Ausführungsform besass die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform, was in Fig. 3 und 4 ersichtlich ist.

In der zweiten Ausführungsform liegt ein zweckmässiger Stickstoffpartialdruck im Bereich von (3,0-4,5) x 10~2 Pa und der Tantalgehalt beträgt vorzugsweise 3-68 Gew.-% und die Sputtertempe-ratur liegt im Bereich von 50-300°C.

Obschon die Beschichtung beispielsweise mittels eines Sprühverfahrens (Sputterverfahren) erläutert wurde, kann eine ähnliche harte goldfarbene Beschichtung erhalten werden, wenn mit den Verfahren der Dampfbeschichtung und lonenplattierung gearbeitet wird.

Für das beschichtete Material, welches vorzugsweise ein Harz, Metall oder ein keramisches Metall darstellt, bestehen keine besonderen Einschränkungen. Gewünschtenfalls kann es ebenfalls durch eine Grundierbeschichtung, wie beispielsweise aus Nickel oder Chrom mittels Plattierung oder dergleichen überzogen sein.

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Die Grundîerbeschichtung kann ebenfalls zum Zweck der verbesserten Bindefestigkeit oder insbesondere auch zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit aufgetragen werden.

Claims

Patentansprüche

1. Gegenstand mit einem goldfarbenen Überzug aus einer dünnen Mischmaterialschicht aus einem Nitrid eines Elementes der Gruppe IVa und eines Nitrides eines Elementes der Gruppe Va des Periodensystems, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug

A) aus Titannitrid und Tantalnitrid zusammengesetzt ist, wobei der Tantalanteil 5-75 Gew.-% beträgt, oder

B) aus Zirkonnitrid und Tantalnitrid zusammengesetzt ist, wobei der Tantalgehalt 3-68 Gew.-% beträgt.

2. Gegenstand gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug die Zusammensetzung A) aufweist.

3. Gegenstand gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug die Zusammensetzung B) aufweist.

4. Gegenstand gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er aus synthetischem Harz, Metalt oder Keramik besteht.

5. Gegenstand gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem goldfarbenen Überzug eine Grundîerbeschichtung, wie beispielsweise eine Nickel oder Chrombeschichtung vorhanden ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einem goldfarbenen Überzug gemäss einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragung des Überzuges durch Aufdampfen, Sprühen oder lonenplattierung von metallischem Titan oder Zirkon und metallischem Tantal in einer stickstoffgashaltigen Atmosphäre durchgeführt wird.

7. Verfahren gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand zuerst mit einer Grundîerbeschichtung, wie beispielsweise einer Beschichtung aus " Nickel oder Chrom überzogen wird.

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