耐腐蚀和耐磨的装饰涂层制造技术

一种具有除黄铜色以外的特殊装饰颜色的新的制品，例如耐腐蚀、耐磨和耐化学品侵蚀的龙头或硬件的其它制品。该制品包括一基材、涂覆在上述基材上的一或多层的耐腐蚀层和通过ＰＶＤ法涂覆并由仅选自锆、铪、碳和氮的一种或多种而构成的外层。该外层提供了制品所需的除黄铜色以外的颜色、所需的耐化学品侵蚀性和耐磨性，当与水或空气接触时，该外层以与铬相似的方式钝化。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制品例如龙头和有关的管件产品，包括喷头、商标牌、浴盆喷管等的装饰涂层。更具体地说，本专利技术涉及这种产品的耐腐蚀、耐磨和耐化学品侵蚀、并有除黄铜色以外的特殊的装饰颜色的装饰涂层。本专利技术具体地涉及耐腐蚀的装饰涂层(许多现代装饰涂层中的共有的问题)，只利用锆或铪作为外层装饰层的主要组分。有许多现有技术专利文件公开了利用锆提供耐腐蚀的黄铜色外观的外装饰涂层。但是，虽然利用不是锆或铪作外涂层的主要组分，但是应用现有技术公开的技术原理提供除黄铜色以外的颜色都失败了。本专利技术提供的这种涂层中，颜色不是黄铜色，例如是灰色、金黄色或黑色，但是利用锆或铪作为外层的主要组分，通过控制物理气相沉积法(PVD)的参数，得到所要求耐腐蚀、耐磨和耐化学品侵蚀的外层。本专利技术涉及具有非黄铜色装饰涂层的制品，更具体地说是涉及耐腐蚀、耐磨和耐化学品侵蚀的这种涂层。本专利技术的第一个目的是提供一种新的制品，它有特殊的装饰颜色，例如灰色、金黄色或黑色且其外层仅以锆或铪作主要组分。本专利技术的第二个目的是提供所述的这种类型的制品，在这种制品中，通过物理气相沉积涂覆的外层，根据沉积过程的特定参数，通过只利用锆或铪作为外层的主要组分，可以得到不同的颜色。本专利技术的第三个目的是提供所述的这种类型的制品，在这种制品中，基材的表面基本无裂缝和孔隙，选自包括黄铜、金属玻璃和由半-固态法或空心铸件法制备的锌铸件的组。本专利技术的第四个目的是提供所述类型的耐腐蚀制品，例如门的金属附件或龙头或其管件，通过保持在其外面的钝化层而具有增强的耐腐蚀性能。通过下面的描述、附图和权利要求书，本专利技术的其它目的将会更清楚。本专利技术在附图中图示地进行说明，在图中示出了制品的一部分。许多家庭用品，例如龙头及其管件，包括按装饰和功能两方面设计的零件。通常，这些零件是由保持形状和机械功能的基材和提供物品装饰图案、耐腐蚀或耐锈蚀、耐化学侵蚀、耐磨或耐冲击或这些增强性能的组合的涂饰层组成。通常涂饰层是由比基材薄的一层或多层相互重叠的物质层组成。涂饰方法一般是由涂饰所述层所需的步骤加上一些清洁表面或通过物理或化学方法改变表面的组织的其它中间步骤组成。直到1980年左右止，建立的最好装饰涂饰方法是电镀和用液态或粉未状的聚合物体系漆饰。最近以来，根据新技术的新的涂饰方法已经出现，通常包括利用真空室或压力容器。这些现代的方法包括PVD、CVD、PECVD、离子镀和MOCVD。物理气相沉积(PVD)是一类方法的总称，在90年代美国特别流行，其中把耐用的耐刮的抛光的黄铜色的涂饰层涂覆到锌、塑料、钢或黄铜基材表面上。Moen Incorporated(本专利申请的受让人)拥有的美国专利5759677公开了这样的一种方法，在基材上例如龙头表面上制得黄铜色耐用涂饰层。Baldwin Hardware Corp(Reading，Pennsylvania)拥有的美国专利5814415、5783313、5716721、5693427、5667904、5654108、5648179、5641579、5639564、5626972、5552233、5484663、5482788、5478660、5478659、5476724和5413874公开了一系列的方法，这些方法着力于腐蚀防护，并制得了不同类型硬件产品黄铜色的装饰涂饰层。在这些方法中所使用的具体参数和这些专利中所述的具体参数引入本申请供参考，因为它们为本领域内的技术人员提供有关利用PVD方法的技术信息。上述的专利公开了利用锆与氮和碳的化合物产生PVD抛光黄铜色涂蚀层。通常，PVD层提供颜色、且耐刮和耐化学侵蚀。在金属基材上，在一层或多层PVD层之下一般涂蚀一独立的电镀层体系提供耐腐蚀的功能。该电镀层体系通常是由标准的铬电镀层体系和往往更贵的替代物如镍、双层镍(duplexnickel)、钯-镍、锡-镍或镍-硼和钨组成，在上述的Baldwin Hardware拥有的专利中公开了其中的细节。PVD ZrN磨光黄铜色涂饰层仅是利用一种或多种金属和含氮、碳、氢、氩和氧的工艺气体使用PVD方法可以生产的很大一类的带颜色涂饰层中的一组。最近已确定，ZrN涂饰层与众不同之处在于，当它与电镀铬腐蚀屏蔽体系相结合涂覆到对腐蚀敏感的基材如锌上时，它提供了可接受的耐腐蚀性能。过去，ZrN仅被用于提供黄铜色外观的基材。本专利技术特别关注这样的方法和由其制造的制品，其中，可以利用ZrN、ZrCN、HfN和HfCN提供黄铜色以外的其它颜色，并且还保持已确定是由ZrZ提供的的耐腐蚀性能。另外已经明确，在涂蚀装饰层中使用其它的金属如钛、铝或铬实际上的降低涂层整体的耐腐蚀性能。因此，本专利技术特别是针对通过只使用锆和铪作为外层的主要组分来保持耐腐蚀性能，还通过对工艺参数的控制提供黄铜色以外的各种颜色。在现有技术中，关于对腐蚀敏感的金属基材的防腐蚀保护可以利用在锌铸件上镀铬的实例进行总结。许多家庭用物品，例如龙头或门拉手，包含由用包括铜、镍和铬电镀层重叠的装饰涂饰层防护的锌铸件或注塑成型基材构成的装饰部件。在这种装饰层体系中，铜层(也称为“氰化铜层”或“冲击”层)的作用是促进基材和随后各层之间的良好的粘合作用。镍层(多层)的功能是提供腐蚀防护性并产生所要求的表面组织，通常是镜面亮光反射表面。铬层的目的提供所要求的颜色、所要求的耐磨性、提供所需的对有害化学品如常见于家用清洁剂中的强酸、或强碱的耐受性，和进一步改进组合体系的耐腐蚀性能。在上述基本方案的一个众所周知的变体中，较厚的铜层称为“酸铜”层，可介于铜冲击层和镍层之间。其中酸铜层的功能是“整平”；完全覆盖上述的层，封闭在这些层下面的任何裂缝或孔，使表面任何粗糙的区域光滑。对腐蚀防护和耐化学侵蚀来说，铬特别有用，因为它易生成韧而化学惰性的氧化物层。该氧化物层是电绝缘的，或至少具有很高的电阻，并存在于铬材料表面的所有点上。当一部分铬氧化物膜由于机械损伤如刻痕或磨擦被除去时，在几乎所有的化学环境下，在暴露的金属处，都自发地生成新的铬氧化物膜。因此，绝缘氧化物层有自愈的性质，所以在正常的情况下，总是完全覆盖铬金属表面。这种氧化物层本
的技术人员通常称为“钝化”氧化物膜。当金属腐蚀时，发生化学反应，其中电中性原子在通常称为“阳极部位”的区域转化成带正电荷的金属离子。电子在阳极留下并流向“阴极部位”，在阴极它们被互补的化学反应消耗。这种电子转移现象使得电化学反应与化学反应相区别，在化学反应中，产生电子和消耗电子的反应在同一区域发生。当由两种不同的金属形成的电极浸在一电解质中并通过电桥连接时，电子通过电路中的桥从阳极向阴极流动。这样形成的电池具有一个特征电压，该特征电压可通过施加可变的平衡电压(countervailing voltage)并观察将电路中的电流减少到零所需要的平衡电压值来确定。可按下述来构建称为“电势序”的评价体系，即，通过选择标准电极材料和标准电解质，把一系列不同金属的电极浸入电解质中，经电桥连接标准电极，并观察电池的极性和上述的特征电压。在电势序的一端处发现是“贵”金属例如金。在另一端处是“贱”金属例如锌。当利用标准电解质、一贵金属电极和一贱金属电极制成电化学电池时，贵金属电极是阴极，而贱金属电极是阳极。如果阳极随后用更贱的金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有非黄铜色的特殊颜色的新制品，该制品耐腐蚀、耐磨和耐化学品侵蚀，所述的物品包括： （１）一基材； （２）至少一层耐腐蚀层； （３）通过ＰＶＤ涂覆并仅由选自Ｚｒ、Ｎ、Ｃ和Ｈｆ中的一种或多种而构成的外层，该外层提供了制品所需的非黄铜色的颜色及所需的耐化学侵蚀性和耐磨性，当该外层与空气或水接触时，被有效地钝化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TJ欧布里恩，I桑，BL特劳特曼，BS布巴，DK梅，JE普里斯汤，JG史克，JD威尔德，
申请(专利权)人：莫恩股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]