ДЕКОРАТИВНАЯ ДЕТАЛЬ АВТОМОБИЛЯ
DECORATIVE VEHICLE PART

Настоящее изобретение относится к декоративной детали для автомобиля. Эта декоративная деталь включает подложку, структуру гальванического покрытия на подложке и систему PVD-слоев на структуре гальванического покрытия. Аббревиатура «PVD» означает «физическое осаждение из газовой фазы» (англ.: Physical Vapor Deposition).
Декоративные детали для автомобилей вышеуказанного типа известны из уровня техники. Часто применяются декоративные детали, которые имеют вид хромированных. Но вместе с тем желательны также другие цветовые впечатления. Для достижения этого, например, в патентном документе DE 102005053344 на имя Hoffmann на структуру гальванического покрытия (обозначаемую в данном документе структурой несущего слоя) с помощью осаждения из газовой фазы на наружную поверхность осаждается цветообразующий покровный слой. В результате этого образуется оформленная особенным образом в цветовом отношении поверхность, обладающая твердостью и устойчивостью. Описано, что с помощью осаждения из газовой фазы могут быть осаждены почти все известные металлы в очень чистой форме и что с помощью дополнительного реакционного газа, например такого как углеводороды, кислород или азот, могут быть осаждены карбиды, оксиды или нитриды.
Правда, при этом проявляется недостаток в том, что покровный слой не только должен решать задачу цветового оформления, но и должен быть твердым и, прежде всего, образовывать устойчивый к коррозии слой. Поскольку требования к устойчивости, например, во внутренней области автомобиля при известных обстоятельствах являются совершенно иными, чем на наружной части автомобиля, это ведет, опять же, к нежелательному ограничению в отношении цветового оформления декоративных деталей.
В рамках настоящего изобретения понятие «декоративная деталь» должно интерпретироваться в широком смысле. Так, подразумеваются не только декоративные молдинги или детали решетки радиатора. При этом также речь может идти о деталях с функциональными поверхностями. Главным образом, речь идет при этом о деталях, изготовленных из полимерной подложки, например такой как ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер), и, в частности, PCABS (поликарбонат/акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер), которые покрыты структурой гальванического покрытия.
Тем самым сообразно с этим существует потребность в преодолении, или по меньшей мере в сокращении, приведенных выше недостатков уровня техники.
Согласно изобретению предлагается предусмотреть на структуре гальванического покрытия систему PVD-слоев, которая включает примыкающий непосредственно к структуре гальванического покрытия адгезивный слой, нанесенный на адгезивный слой устойчивый и твердый комбинированный слой и нанесенный на комбинированный слой цветообразующий покровный слой. При этом цветообразующий покровный слой не должен удовлетворять требованиям в отношении твердости и устойчивости, предъявляемым к комбинированному слою.
Нанесенный с помощью метода PVD адгезивный слой включает материал, который имеет хорошее сцепление с поверхностью гальванического покрытия. Предпочтительно этот материал аналогичен поверхностному материалу структуры гальванического покрытия, в особенности предпочтительно по существу даже идентичен ему. Например, если завершающий структуру гальванического покрытия слой состоит из хрома, то в качестве адгезивного слоя может быть использован нанесенный с помощью PVD хромовый слой. Если, напротив, завершающий структуру гальванического покрытия слой представляет собой хромоникелевый слой или слой с высоким содержанием никеля, то благоприятным будет применение циркония в качестве адгезивного слоя, если не может быть осажден никакой соответствующий никелю PVD-слой. Согласно изобретению адгезивный слой имеет толщину от 0,1 мкм до 1 мкм.
a
b
u
v
На адгезивный слой согласно изобретению с помощью PVD наносится комбинированный слой типа (Me1Me2)X, причем Ме1 представляет собой первый металл, и Ме2 представляет собой второй металл, отличающийся от первого металла, и для параметров «а» и «b» действительны значения: a>0,05, и b>0,05, и a+b≤1, причем a+b=1 означало бы, что Ме1 и Ме2 составляют 100% металлических элементов в комбинированном слое, и причем Х представляет собой один или многие элементы из группы, состоящей из углерода, азота и кислорода. Комбинированный слой может содержать еще и другие элементы и, в частности, другие металлы. Но предпочтительно неметаллические примеси элементов, которые не принадлежат к группе Х, в сумме составляют менее 20 атомных процентов.
Компонент Х в комбинированном слое присутствует самое большее в стехиометрической концентрации, причем по меньшей мере вблизи адгезивного слоя предпочтительно может быть концентрация ниже стехиометрической, так как в результате этого металлический характер слоя не полностью утрачивается. Это является предпочтительным на том основании, что этот слой не только должен быть твердым и устойчивым - прежде всего против коррозии, но также должен в качестве так называемого выравнивающего слоя обеспечивать снятие напряжений в слое.
Комбинированный слой может быть выполнен из нанослоев с переменной концентрацией. В частности, это может быть в том случае, когда в рамках применяемого для изготовления комбинированного слоя способа покрываемые компоненты многократно направляются, например, на поворотном столе мимо двух или более мишеней. Такое покрытие из нанослоев может преимущественно вести к дополнительному снятию напряжений и тем самым к повышенной устойчивости системы PVD-слоев. Поэтому указанная концентрация понимается как усредненная по интервалу по меньшей мере 20 нм. Комбинированный слой имеет толщину между 0,2 мкм и 10 мкм, и предпочтительно имеет толщину менее 1 мкм, и особенно предпочтительно толщину между 250 нм и 350 нм.
a
b
u
k
l
v
Было выявлено, что особенно предпочтительно применение комбинированного слоя, который содержит хром в качестве Ме1 и цирконий как Ме2. Кроме того, было выявлено, что особенно предпочтительными являются комбинированные слои, которые содержат как азот, так и углерод. Тем самым особенно предпочтительным является (CrZr)(CN) с a+b=1 и k+l=1, с a,b>0 и k,l>0, которые включают неметаллические компоненты в количестве, не превышающем стехиометрическое, и предпочтительно применяются для соответствующего изобретению комбинированного слоя.
Комбинированный слой также может иметь распределение концентрации и, в частности, представлять собой градиентный слой. В частности, предпочтительным является выраженный металлический характер вблизи адгезивного слоя и постепенное изменение к слою со сверхстехиометрическим содержанием Х.
Затем на комбинированный слой наносится цветообразующий покровный слой. Он имеет толщину между 0,1 мкм и 2 мкм. Следует придерживаться ограничения толщины в сторону сокращения, чтобы обеспечивать желательное цветовое впечатление. Ограничение толщины в сторону повышения является важным прежде всего тогда, когда сам цветообразующий покровный слой не имеет необходимых для декоративной детали твердости и коррозионной стойкости. В простейшем случае в качестве цветообразующего слоя может быть использован хром, а именно в случае, когда декоративной детали должен быть придан хромированный внешний вид. В этом случае переход от комбинированного слоя к покровному слою может быть выполнен как дискретный переход. Но может быть реализован также постепенный переход от комбинированного слоя к покровному слою. Например, содержание хрома на металлических элементах в комбинированном слое с увеличением расстояния от центра толщины к покровному слою возрастает до 100%, и доля Х снижается до 0%.
Если декоративная деталь, напротив, должна выглядеть, как если бы речь шла о высококачественной стали, то, с одной стороны, в качестве покровного слоя может быть нанесена, например, сталь V2A, с помощью напыления (ионно-плазменного распыления) или предусмотрена композиция Zr-Cr-X, причем Х-компонент может быть выбран в сверхстехиометрическом количестве.
Следует указать на то, что адгезивный слой, и/или комбинированный слой, и/или покровный слой в каждом случае может быть составлен из нескольких различных слоев. В частности, в случае цветообразующего покровного слоя могут быть достигнуты разнообразные цветовые эффекты, например посредством интерференции.
Ниже изобретение подробно поясняется на примере осуществления изобретения и с помощьючертежей, на которых схематически показано:
Фиг. 1 - установка для нанесения покрытия, применяемая для нанесения PVD-покрытия.
Фиг. 2 - структура слоя в части соответствующей изобретению декоративной детали согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Чтобы детально разъяснить изобретение, в качестве примера описывается нанесение покрытия на соответствующую изобретению декоративную деталь, которая должна иметь так называемый хромированный внешний вид.
При этом предполагается, что специалисту известно изготовление подложки. Также предполагается, что специалисту известно, как он может выполнить структуру гальванического покрытия на подложке. Если в этом отношении возникнут вопросы, то следует сослаться на уже упомянутый выше патентный документ DE 102005053344.
Тогда подложка, покрытая подобным образом структурой гальванического покрытия, помещается в установку 1 для нанесения покрытий, как показано на Фиг. 1. Установка 1 для нанесения покрытий включает первую мишень 3 для магнетронного распыления и вторую мишень 5 для магнетронного распыления. Первая мишень 3 для магнетронного распыления содержит хром в качестве распыляемого металла и тем самым представляет собой хромовую мишень. Вторая мишень 5 для магнетронного распыления содержит цирконий в качестве распыляемого металла и тем самым представляет собой циркониевую мишень. Покрываемая подложка размещается в держателе 7 подложки на поворотном диске 9, причем держатель 7 подложки также может вращаться вокруг собственной оси. С помощью поворотного диска 9 подложка может быть попеременно направлена мимо первой и второй мишени 3, 5 для магнетронного распыления. На Фиг. 1 показаны шесть держателей подложки.
После того, как установка 1 для нанесения покрытий загружена подложками, камера 11 для нанесения покрытий закрывается и с помощью вакуумных насосов 13, 15 в установке создается вакуум. Затем в камеру для нанесения покрытий может быть пропущен аргон и зажигается плазма. К подложке подводится отрицательное напряжение смещения (bias). Ионизированный аргон сначала используется для того, чтобы очистить поверхность структуры гальванического покрытия на покрываемой подложке, в случае необходимости, чтобы ее активировать и также нагреть. Правда, температура подложки должна поддерживаться ниже 120ºС, предпочтительно ниже 100ºС, в частности тогда, когда речь идет - как в настоящем случае - о полимерной подложке.
После стадии очистки подается мощность сначала на хромовую мишень 3. Например, пропускается ток в 24 А. Параллельно этому на подложке устанавливается отрицательное напряжение смещения на уровне 65 В. Примерно в течение 90 секунд распыляется чистый хром, который осаждается на подложках. Напряжение смещения на подложке содействует тому, что в результате ионной бомбардировки слой хрома уплотняется и тем самым также лучше сцепляется с подложкой. Таким образом осаждается адгезивный слой.
3
3
2
2
Затем мощность на хромовой мишени 3 повышается по существу одновременно до тока в 32 А, мощность подается на циркониевую мишень 5, так что пропускается ток в 24 А, и в камеру 11 для нанесения покрытий подается азот с величиной расхода потока 100 см/мин и - чуть позже по времени - ацетилен (СН) с величиной расхода потока 35 см/мин. При этом приток газа ограничивается значениями, которые обеспечивают, что образующийся слой не содержит сверхстехиометрического количества этого газа. Отрицательное напряжение смещения снижается до 45 В, что приводит к тому, что в образованном таким образом слое развиваются меньшие напряжения в слое. Таким образом, осаждается соответствующий изобретению комбинированный слой, который в этом случае представляет собой Cr-Zr-C-N-слой.
Затем мощность на циркониевой мишени 5 отключается и прекращается приток азота и ацетилена, так что в камеру еще поступает только аргон, и на хромовую мишень подается мощность, которая ведет к протеканию тока силой 38 А. Таким образом в течение 120 секунд создается цветообразующий покровный слой, который придает декоративной детали желательный хромированный внешний вид. Настоящие параметры рассчитаны на соответствующую установку для нанесения покрытий. Правда, они варьируются от установки к установке. Специалист, однако, знает, как отрегулировать параметры относительно имеющейся в его распоряжении установки для нанесения покрытий, чтобы получить желательный результат.
На Фиг. 2 схематически представлена соответствующая этому варианту осуществления настоящего изобретения структура слоя в разрезе 201 декоративной детали. На подложку 203 нанесена структура 205 гальванического покрытия. На эту структуру гальванического покрытия, в указанном порядке следования, нанесены адгезивный слой 207, комбинированный слой 209 и цветообразующий покровный слой 211.
Если вместо хромированного внешнего вида должны быть достигнуты латунные или желтые цветовые тона, то в качестве покровного слоя пригоден ZrN. Если было бы желательным создание зеленой или коричневой поверхности, то это можно достичь с помощью Zr-C-N в качестве покровного слоя с отрегулированным в каждом случае содержанием углерода и азота. Если поверхности должен быть придан вид высококачественной стали, то в качестве покровного слоя может быть распылена сталь V2A. Серые тона достигаются с помощью Cr-Zr-C-N, причем С и/или N присутствуют в покровном слое в сверхстехиометрическом количестве.