手表装饰用Cr-CrN-CrCN黑色硬质薄膜的性能研究

本文采用脉冲偏压空心阴极多弧离子镀–高能Ar离子轰击效应工艺在316L不锈钢上制备了Cr-CrN-CrCN黑色硬质薄膜，并分析了该黑色硬质薄膜的表面形貌、表面硬度、结合强度和防刮花性能。研究表明，高能Ar离子束的轰击效应使Cr-CrN-CrCN硬质薄膜的镀层表面黑色色泽更加亮丽且均匀一致，表面硬度达到1820HV0.025、表面粗糙度低至0.01 μm，并具有优良的结合强度和防刮花性能。因此，该黑色硬质薄膜是理想的手表外观件用装饰性薄膜。

手表产品靓丽的外观颜色能极大地吸引消费者的眼球， 并直接关系到手表消费者的用户体验。

因此， 手表产品的外观颜色日益成为手表消费者选购产品的关键因素，手机外观件及其装饰涂层色泽与性能的重要性不言而喻。为了满足客户对手表外观颜色炫丽多彩和金属质感及良好的耐磨损、耐腐蚀、防刮花性能的要求， 多数手表厂商选择在316L 不锈钢外观件表面上涂覆硬质装饰涂层。

近年来的手表市场反馈发现，亮黑色装饰涂层给人一种科技、冷酷、专业、凝重的感觉并深受消费者喜爱。目前，常见的黑色膜层有真空离子镀(阴极弧溅射或磁控溅射工艺) TiC, CrC, TiC + C, TiAlN, DLC (类金刚石碳膜)等[1] [2]。

研究表明[3] [4] [5]，采用空心阴极电子束辅助沉积的方式同样可以起到净化大颗粒的作用，此方法优点在于在减少大颗粒污染的同时并不降低沉积效率。在普通阴极弧真空离子镀或直流磁控溅射基础上施加适当的偏压，不仅可提高沉积离子能量，增加薄膜沉积时的原子迁移率，并可调节薄膜的内应力，使薄膜表面平整、致密、缺陷减少， 有助于改善涂层的屈服应力和断裂韧性[6] [7] [8]。

研究发现[9] [10] [11]， 通过离子轰击薄膜表面把能量传递给薄膜，特别是由于高能离子束能给沉积系统带来足够的能量，使薄膜可以在相对较低的温度下能形成良好的薄膜结构，并且离子束能量可以转移到薄膜的表面促进吸附原子的表面迁移率增加，从而改变薄膜的微观结构和质量，形成致密的薄膜。本文采用脉冲偏压空心阴极多弧离子镀工艺在316L 不锈钢片及316L 不锈钢表壳上制备了Cr-CrN-CrCN 硬质薄膜，并研究了高能Ar 离子轰击效应对该硬质薄膜表面质量和性能的影响作用。

2. 实验 采用脉冲偏压空心阴极多弧离子镀工艺在316L 不锈钢片(45 mm × 16 mm × 0.46 mm)及316L 不锈钢表壳上制备Cr-CrN-CrCN 梯度薄膜。根据梯度多层膜的膜层间“相似相融”原理，本文制备梯度薄膜Cr-CrN-CrCN 膜层设计如图1 所示，其工艺参数包括：1) 工件预处理：室温下，将抛光不锈钢手表外观件工件置于盛有环保型水性金属清洗液的超声清洗机中进行表面清洗除油；再将清洗后工件放入乙醇溶