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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 面向消費(fèi)產(chǎn)品的多彩硬質(zhì)TiON薄膜的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 基于PEM技術(shù)建立了氮氧化鈦復(fù)合膜的雙氣氛反應(yīng)濺射控制方法，通過氧流量和沉積時(shí)間控制，成功制備出不同色深的金、棕、黃綠、藍(lán)紫等多色系復(fù)合膜，其硬度、耐磨性與TiN相當(dāng)，而薄膜結(jié)構(gòu)致密性和摩擦系數(shù)更為理想，可望滿足消費(fèi)類電子產(chǎn)品等應(yīng)用需求。
- 詳細(xì)介紹：
- 基于人們對(duì)消費(fèi)產(chǎn)品性能及外觀要求的提高，如在手機(jī)、手表和工藝品等外殼材料中，人們除要求外殼滿足硬度、耐腐蝕、耐摩擦等要求，還要求在色澤上有更多選擇。然而目前市場上廣泛應(yīng)用的高分子材料和鋼質(zhì)材料均無法滿足要求，高分子材料色澤選擇廣泛，但其存在硬度低、耐蝕性較差等不足，影響其進(jìn)一步應(yīng)用；鋼質(zhì)材料硬度高、耐磨性好，而其色澤卻較為單一。 在已裝備有PEM反應(yīng)氣氛控制N2回路的濺射設(shè)備中，通過氣路改造增加一個(gè)僅以MFC控制流量的O2氣路，以較低的成本實(shí)現(xiàn)了雙氣氛沉積所需的設(shè)備基礎(chǔ)條件。利用PEM反饋控制的自適應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)了以O(shè)2流量為主動(dòng)參數(shù)，N2供給為自適應(yīng)特性的氣氛控制體系，形成了雙氣氛反應(yīng)濺射控制方法。 基于改造后的設(shè)備，在磁控濺射TiN薄膜的沉積后期打開O2氣路，通過控制O2流量與復(fù)合層沉積時(shí)間實(shí)現(xiàn)了不同的氧摻雜量和薄膜復(fù)合層厚度，獲得了底層為TiN，表層為TiNxOy物質(zhì)的薄膜，最終實(shí)現(xiàn)了不同尺度的“TiN底層+TiNxOy表層”的薄膜結(jié)構(gòu)。 最終在鋼質(zhì)材料外殼表面沉積TiON薄膜可使外殼獲得表面硬度高、耐腐蝕、耐摩擦等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在色澤上具有多樣性，這將滿足消費(fèi)者對(duì)外殼既要求良好的性能又要求色澤的要求，因此，在今后將有潛力廣泛應(yīng)用于諸如手機(jī)、手表和工藝品等外殼上，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 基于人們對(duì)消費(fèi)產(chǎn)品性能及外觀要求的提高，如在手機(jī)、手表和工藝品等外殼材料中，人們既要求外殼滿足硬度、耐腐蝕、耐摩擦等要求，還要求在色澤上有更多選擇。然而目前市場上廣泛應(yīng)用的高分子材料和鋼質(zhì)材料均無法滿足其要求，高分子材料色澤選擇廣泛，但其硬度和耐腐蝕性較低；而鋼質(zhì)材料硬度高、耐磨性好，而其色澤卻較為單一?；谏鲜?，本作品通過閉合場非平衡磁控濺射設(shè)備和PEM（等離子體發(fā)射光譜監(jiān)控法）控制技術(shù)，在鋼質(zhì)材料表面沉積TiN/TiON復(fù)合膜層，從而在其表面獲得硬度高、耐腐蝕、 耐摩擦，同時(shí)兼具多色系的氮氧化物復(fù)合膜。 創(chuàng)新點(diǎn)： 基于磁控濺射設(shè)備和PEM技術(shù)，利用氮氧雙氣氛反應(yīng)濺射沉積獲得金、棕、黃綠、藍(lán)紫等多色系氮氧化鈦彩色復(fù)合膜。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 和目前現(xiàn)有的技術(shù)和外殼產(chǎn)品相比，基于磁控濺射設(shè)備和PEM技術(shù)制備的多彩硬質(zhì)TiON薄膜具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.目前工業(yè)應(yīng)用廣泛的鋼質(zhì)材料主要是通過化學(xué)或電化學(xué)法，使用鉻酸、硫酸等溶液處理進(jìn)行表面著色，此類技術(shù)在生產(chǎn)過程中隊(duì)人體有害，產(chǎn)生的廢液污染環(huán)境，而磁控濺射技術(shù)屬于物理氣相沉積，沒有對(duì)環(huán)境造成污染。 2.目前在鋼質(zhì)材料上鍍裝飾膜主要是采用TiN膜層，此膜層是典型的仿金膜層，然色澤單一，而TiON薄膜則可以通過工藝控制獲得不同的色澤，并且硬度和摩擦學(xué)性能上TiN膜層相當(dāng)，因此具有更為廣泛的應(yīng)用前景。 3.目前高分子材料在消費(fèi)品外殼材料領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，其色澤選擇廣泛，然其存在硬度低、耐蝕性較差等不足，影響其進(jìn)一步應(yīng)用，多彩硬質(zhì)TiON薄膜則解決了此問題，既能提供多色系選擇又能滿足性能要求。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年10月17至18日，在東南大學(xué)由教育部高等教育司主辦的“第二屆全國大學(xué)生創(chuàng)新論壇”中，武濤教授指導(dǎo)、吳凱同學(xué)參與的大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目《氧摻雜TiN薄膜的制備及性能研究》榮獲優(yōu)秀獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 普通許可
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 多彩硬質(zhì)TiON薄膜是基于消費(fèi)產(chǎn)品外殼進(jìn)行相關(guān)研究，因此其主要面向消費(fèi)產(chǎn)品外殼領(lǐng)域，通過在鋼質(zhì)材料外殼表面沉積TiON薄膜從而使外殼獲得表面硬度高、耐腐蝕、耐摩擦等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在色澤上具有多樣性，這將滿足消費(fèi)者對(duì)外殼既要求良好的性能又要求色澤的要求，因此，在今后將有潛力廣泛應(yīng)用于諸如手機(jī)、手表和工藝品等外殼上，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益前景。
同類課題研究水平概述
- 目前，隨著人們對(duì)消費(fèi)品外殼表面的要求提高，既要求良好的耐磨、耐蝕等性能，還要求不同的色澤以滿足各類消費(fèi)者的需求。其中從材料上來講，目前市場上廣泛應(yīng)用的主要有兩類，一是鋼質(zhì)材料，如不銹鋼；二是高分子材料，如聚氯乙烯。然而對(duì)于消費(fèi)者既要求性能又要求色澤的消費(fèi)品外殼，不銹鋼其雖然滿足了硬度、耐腐蝕、耐摩擦等要求，但是在顏色上的變化卻較為單一，主要是銀白色；高分子材料色系選擇多樣，然而硬度、耐蝕性、耐磨性等不足；這兩類材料都無法同時(shí)滿足相關(guān)要求。 自1990年以來，由于化學(xué)法和電化學(xué)法處理的不銹鋼，其表面色澤鮮明而且持久不變，同時(shí)不影響不銹鋼的其它性能，因此這兩種方法，一直都是科學(xué)工作者研究的兩個(gè)主要方向?；瘜W(xué)著色法是在特定溶液中，通過化學(xué)氧化形成膜的顏色，有重鉻酸鹽法、混合鈉鹽法、硫化法、酸性氧化法和堿性氧化法。電化學(xué)著色法是在特定溶液中，通過電化學(xué)氧化形成膜的顏色。然而采用上述方法對(duì)不銹鋼表面著色有兩個(gè)控制難題：一是顏色的控制，二是難使色彩得到重現(xiàn)，這給大規(guī)模生產(chǎn)帶來了一定的困難。 近年來，物理氣相沉積（PVD）得到了快速發(fā)展，其中激光脈沖表面處理技術(shù)是現(xiàn)代新技術(shù)的代表，如新日本制鐵公司利用脈沖激光和電腦輔助設(shè)計(jì), 先將不銹鋼板浸演于硝酸溶液中,然后用脈沖激光照射,控制照射時(shí)間的長短,可以在不銹鋼表面得到一定顏色或是無色的氧化膜或合金膜，成功開發(fā)出不銹鋼表面著色的制造新技術(shù)。Meinert使用離子注入的方法在不銹鋼表面沉積了Al2O3、TiO2薄膜，得到不同顏色的著色膜，同時(shí)提高了不銹鋼的耐蝕性能。 而對(duì)于利用磁控濺射離子鍍技術(shù)制備多色系氮氧化鈦復(fù)合膜層尚未見報(bào)，因此，本課題面向消費(fèi)產(chǎn)品外殼應(yīng)用的多色系彩色硬質(zhì)TiON薄膜的制備及性能研究有待進(jìn)一步研究，以期開發(fā)出一種既能滿足綜合性能、又可獲得顏色表現(xiàn)的不銹鋼表面鍍膜技術(shù)。
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