[发明专利]基于铬的反射涂层

说明书

本申请要求2012年1月24日提交的澳大利亚临时专利申请2012900267的优先权，该临时专利申请的内容视为以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于聚合物型基材的反射涂层，特别是基于铬的涂层，所述涂层是能够提供良好的耐磨性与中性色的涂层。本发明既涉及所述涂层自身又涉及向聚合物型基材施加所述涂层的方法。

发明背景

与传统材料如玻璃相比，聚合物型材料在商业和工业应用二者中都具有许多优势。通常，它们为其使用者提供设计自由度以及有利的性质如减小的重量和降低的生产成本。聚合物型基材的表面工程的一个有趣的应用领域为设计超薄涂层供用于“日常”环境中，例如智能手机上的易清洁涂层到汽车工业中的镜和装饰性(彩色)涂层的。加长地暴露于这些“日常”环境条件要求这样的超薄涂层具有一定程度的抗以下因素的耐用性：例如酸性或碱性环境、从低到-80℃至高到+80℃的温度变化、相对湿度变化以及日常磨损造成的研磨条件。

另外，在几乎所有采用此类涂层的应用中，需要涂层在变化的环境条件下在长的工作时间内保持其完整性。也就是说，在此时间内，涂层不应显著改变反射率或颜色，也不应与下面的基材层离或脱离。

然而，向聚合物型材料施加适宜的涂层是特别困难，因为传统的涂布方法通常要求可以承受高温(常常>150℃)的基材。由于最常见的聚合物型材料具有较低的软化温度，故缺乏用于这些基材的适宜涂层。

迄今，关于开发耐用的耐磨超薄涂层的大多数工作因此聚焦于沉积硬质化合物如硼化物、碳化物和氮化物到硬质/耐热基材如金属和陶瓷上。然而，沉积技术中使用的高温不适宜用在聚合物型基材上。因此，需要可以被施加到具有较低软化温度的聚合物型基材的超薄涂层，所述涂层仍能够提供期望的物理性质如耐磨性、反射率(优选具有大于50％的R％)和中性(或期望的)颜色。

具体到颜色，整个本说明书中提及“中性”色是指由根据1976CIEL*a*b*空间(或CIELAB)颜色模型所测定的L*、a*和b*值所定义的颜色，该颜色模型是以立方体形式组织的大致均匀的色标。在正交的a*和b*色轴中，正a*值为红色，负a*值为绿色，正b*值为黄色，负b*值为蓝色，而亮度(或灰度)L*的垂直标度从0(黑色)变化到100(白色)，从而允许以三个点定位总颜色E。颜色的色度(C*)定义为√(a*²+b*²)，并用来量化色级而与其亮度无关。理想地，对于中性的颜色E，C*将小于或等于1并且颜色E将因此靠近中性L*轴。

引入上面的背景讨论是为了说明本发明的背景。其不应视为承认任何所提及的材料在任何一项权利要求的优先权日是出版的、已知的或是公知常识的一部分。

发明内容

本发明提供了用于聚合物型基材的基于铬的反射涂层，其中所述涂层具有200nm或更小的厚度并且是铬与掺杂材料的合金，所述掺杂材料选自六方密堆积的过渡金属，所述合金具有主要的体心立方相与次要的Ω六方密堆积相共存的晶体结构。在本发明的一个优选形式中，合金为铬与所述掺杂材料的二元合金。

本发明还提供了在聚合物型基材上形成基于铬的反射涂层的方法，所述方法包括通过物理气相沉积向聚合物型基材施加铬和掺杂材料，所述掺杂材料选自六方密堆积的过渡金属，以形成具有200nm或更小的厚度的合金涂层，所述合金涂层被施加以便具有主要的体心立方相与次要的Ω六方密堆积相共存的晶体结构。在本发明的一个优选形式中，所述合金被施加以便为铬与所述掺杂材料的二元合金。

铬为第6族过渡金属成员并具有体心立方(bcc)晶体结构。作为主要组分引入为两种主要金属组分的合金的本发明优选二元合金中，铬主要用以产生耐腐蚀的光泽硬表面，从而带给合金期望的光学反射率性质，优选R％大于50％，以便可接受地用于镜的形成中。其具有高熔点、稳定的结晶结构和中等的热膨胀，使得其为用于上述严苛环境条件中的理想主要组分。

所述优选的二元合金的次要组分为上面提到的掺杂材料，本文中所述掺杂材料常被称为M并选自六方密堆积(hcp)的过渡金属。所述hcp结构是过渡金属中最常见的，包括过渡金属锆(Zr)、钛(Ti)、钴(Co)、铪(Hf)、铷(Ru)、钇(Y)和锇(Os)。就此而言，这些hcp过渡金属中的一些，如Zr、Ti和Co，是实践上更容易操作的材料，故就本发明的目的而言，将为优选的掺杂材料。

虽然预计Zr将为最优选的hcp掺杂材料并因此本文主要参照Zr作为hcp掺杂材料来描述本发明，但这不应认为是对本发明的范围的限制。