專利名稱：餐具及其表面處理方法、有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材、基材的制造方法和刀叉餐具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及餐具(切割器具和刀叉餐具如刀、叉和匙)和餐具的表面處理方法。更具體地說，本發(fā)明涉及其表面已用表面處理來硬化的鈦或鈦合金餐具、和餐具的表面處理方法。
本發(fā)明還涉及有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材和該基材的生產(chǎn)方法。具體地說，本發(fā)明涉及基材，如照相機(jī)機(jī)身、移動(dòng)電話機(jī)身、便攜式收音機(jī)機(jī)身、攝像機(jī)機(jī)身、打火機(jī)機(jī)身、個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼等，更具體地是涉及有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材以及該基材的生產(chǎn)方法，明確地說是有形成在其表面的內(nèi)硬化層和形成在內(nèi)硬化層表面的硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材以及該基材的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明還涉及刀叉餐具，如匙、叉和刀(金屬西式餐具)，更具體的是涉及具有漂浮功能的刀叉餐具，該功能使刀叉餐具在水中浮起。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，不銹鋼刀、叉和匙被廣泛用作餐具。但不銹鋼餐具沉重，因此用這種餐具進(jìn)食有些困難。特別是對(duì)嬰兒和老人來說極難握住沉重的不銹鋼餐具。
當(dāng)用不銹鋼餐具吃使用了醋或蛋黃醬的食物時(shí)，少量鐵離子等會(huì)從不銹鋼中釋放出來，鐵的氣味和食物的味道混合，從而破壞食物味道。
考慮到這種原因，近來開始使用鈦制或鈦合金制餐具。這種餐具的優(yōu)點(diǎn)在于，它輕質(zhì)而難電離。但由于鈦或鈦合金餐具的表面硬度低，所以易擦傷，并且如果長(zhǎng)期使用使用餐具，它的鏡面表面會(huì)由于磨損而變得混濁，從而導(dǎo)致外觀質(zhì)量變差。
為了改進(jìn)鈦或鈦合金的低表面硬度，已經(jīng)嘗試了各種表面硬化處理法。作為鈦或鈦合金餐具的硬化技術(shù)，公知的處理法如離子注入法、離子氮化法和碳化法。
但在這種表面硬化技術(shù)中仍有問題，即處理過程是耗時(shí)的，并且生產(chǎn)力差。另外，由于處理溫度高，表面的晶粒變大，要進(jìn)行擴(kuò)散以形成固溶體的成分如氮或氧、以及鈦一起形成使表面變粗糙的化合層。所以，餐具不能保持美觀的鏡面表面。此外，難以獲得從表面觸及深層區(qū)域的硬化層，因此如果長(zhǎng)期使用該餐具，會(huì)產(chǎn)生擦傷，并且餐具的外觀質(zhì)量會(huì)越來越低。
另外，為使耐腐蝕性和輕質(zhì)性能令人滿意，如今將鈦或鈦合金制的基材廣泛用于照相機(jī)機(jī)身、移動(dòng)電話機(jī)身、表殼、便攜式收音機(jī)機(jī)身、攝像機(jī)機(jī)身、打火機(jī)機(jī)身、個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼等。
但這些材料由于硬度低而易于擦傷，另外，它們具有灰色調(diào)，且裝飾質(zhì)量差。為了解決這些問題，這些有基材的物品表面用干鍍法涂布了氮化鈦等的硬質(zhì)鍍膜。
有這種硬質(zhì)鍍膜的基材具有金黃色調(diào)，并且不易擦傷。但硬質(zhì)鍍膜通常約為1微米的薄膜，因此如果對(duì)鍍膜表面施加強(qiáng)力，材料會(huì)變形，盡管鍍膜完好無損，但基材表面變得不平整。如果嚴(yán)重不平整，鍍膜會(huì)由于內(nèi)應(yīng)力而脫離。
作為現(xiàn)在常用的刀叉餐具，有例如SUS(不銹鋼)制匙、叉和刀，除此以外，有昂貴的銀制匙、叉和刀。但這種刀叉餐具沉重，并對(duì)嬰兒和老人來說不易握住。
另外，如果用SUS刀叉餐具來吃使用了醋、蛋黃醬等的食物，少量鐵離子會(huì)從SUS材料中釋放出來，鐵的氣味和食物的味道混合，使食物的味道變差。另一方面，銀制刀叉餐具的問題在于，如果使刀叉餐具表面和水或空氣接觸，會(huì)形成氧化鍍膜，從而降低光澤，并因此使外觀質(zhì)量變差。
在這種情況下，近來開始銷售并使用將鈦或鈦合金作為材料制成的刀叉餐具。這種刀叉餐具的優(yōu)點(diǎn)在于它比SUS或銀刀叉餐具更輕和更難電離，但它的問題在于，刀叉餐具由于表面硬度低而容易擦傷，并如果長(zhǎng)期使用，其鏡面表面會(huì)由于擦傷而變得混濁，導(dǎo)致外觀質(zhì)量變差。為了解決該問題，制造了帶有形成于從表面到給定深度的硬化層的鈦或鈦合金刀叉餐具。
圖39-41都是傳統(tǒng)刀叉餐具的平面圖。圖39是匙的平面圖，圖40是叉的平面圖，圖41是刀的平面圖。參照?qǐng)D39-41，用作刀叉餐具材料的金屬如SUS、銀、鈦或鈦合金經(jīng)壓模形成匙形、叉形或刀形的操作部分(刀叉餐具主體)51a、51b或51c，和結(jié)合于一體的棒形的手柄52a、52b、52c，從而形成匙53、叉54或刀55。
上述刀叉餐具由例如SUS、銀、鈦或鈦合金的材料制成，因此該物件的比重比水重，因此這種刀叉餐具在清洗時(shí)沉在水中。所以，將這種刀叉餐具與其它餐具一起清洗時(shí)會(huì)有麻煩，餐具的表面會(huì)由于相互接觸而磨損。
特別是在使用大量刀叉餐具的場(chǎng)所如校餐廚房和公司食堂或飯店中，刀叉餐具清洗的工作效率差。
另外，沉到清洗盆底部的刀叉餐具會(huì)和沉積在底部的污物接觸，這是很不衛(wèi)生的。
此外，還有其它各種問題，例如在戶外水邊使用時(shí)可能會(huì)丟失刀叉餐具，或不小心將刀叉餐具掉到水底去。
發(fā)明目的本發(fā)明的第一目的是解決和上述先有技術(shù)有關(guān)的問題，并提供通過形成從表面達(dá)到深層區(qū)域的硬化層而具有優(yōu)良外觀質(zhì)量、即使長(zhǎng)期使用仍能保持漂亮鏡面表面的鈦或鈦合金餐具。
本發(fā)明的第二目的是提供高生產(chǎn)力的表面處理方法，該方法能實(shí)施于鈦或鈦合金餐具，以賦予餐具上述優(yōu)良外觀質(zhì)量。
本發(fā)明的第三目的是提供解決和上述先有技術(shù)有關(guān)的問題，并提供有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其裝飾鍍膜上不會(huì)出現(xiàn)擦傷，并且即使對(duì)鍍膜施加強(qiáng)力也不會(huì)在基材表面形成不平整，并能最大程度地減少鍍膜脫離，還提供了該基材的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的第四目的是提供即使長(zhǎng)期使用仍有優(yōu)良外觀質(zhì)量的涂有硬質(zhì)裝飾鍍膜(具有耐用的漂亮表面)的鈦和鈦合金基材和該基材的生產(chǎn)方法。
鑒于和上述先有技術(shù)有關(guān)的問題，本發(fā)明的第五目的是提供輕質(zhì)、能浮在水面上、具有易于握住和良好觸感的手柄、并具有裝飾性且價(jià)廉的刀叉餐具。
本發(fā)明的第六目的是通過賦予刀叉餐具浮在水上的性質(zhì)，從而使大量刀叉餐具容易清洗。
發(fā)明概述本發(fā)明的餐具是有形成于從表面到任意深度的表面硬化層的鈦或鈦合金餐具，其中表面硬化層包含第一硬化層和第二硬化層，第一硬化層形成于從表面到任意深度的區(qū)域內(nèi)，氮和氧在其中擴(kuò)散以形成固溶體；第二硬化層形成于比第一硬化層更深的任意區(qū)域內(nèi)。
在本發(fā)明的餐具中，優(yōu)選的是第一硬化層中擴(kuò)散0.6-8.0重量％的氮和1.0-14.0重量％的氧以形成固溶體，第二硬化層中擴(kuò)散0.5-14.0重量％的氧氣以形成固溶體。
在本發(fā)明的餐具中，優(yōu)選的是第一硬化層形成于從表面到約1微米的給定深度區(qū)域內(nèi)，而第二硬化層形成于比第一硬化層更深的區(qū)域內(nèi)，并形成于從表面到通常約為20微米的給定深度區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明的餐具的表面處理方法包括加熱步驟，即將鈦或鈦合金餐具置于真空室中，并加熱使餐具退火，硬化處理步驟，即在加熱步驟之后，將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室，在給定減壓下以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦和鈦合金餐具表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體，冷卻步驟，即在硬化處理步驟之后，將鈦或鈦合金餐具冷卻到室溫，和拋光步驟，即在冷卻步驟之后拋光餐具。
在加熱步驟中，可以對(duì)真空室抽真空，并在減壓下進(jìn)行加熱。
在加熱步驟中，還可以先對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室，并在減壓下進(jìn)行加熱。
在冷卻步驟中，可以對(duì)真空室高度抽真空，以除去含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，并在真空下進(jìn)行冷卻。
在冷卻步驟中，還可以先對(duì)真空室高度抽真空，以除去含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，然后將惰性氣體通入真空室，并在減壓下進(jìn)行冷卻。
作為含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，可采用的是包含含有少量氧氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
還可使用的是包含含有少量氫氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w或包含含有少量水蒸氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
作為含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，還可采用包含含有少量二氧化碳?xì)怏w或一氧化碳?xì)怏w的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
作為含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，還可采用包含含有少量醇類氣體的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
本發(fā)明的餐具的另一種表面處理方法包括加熱步驟，即將鈦或鈦合金餐具置于真空室中，對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室中，在減壓下加熱餐具，以使餐具退火，硬化處理步驟，即在加熱步驟之后對(duì)真空室抽真空，以除去惰性氣體，然后將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室中，將真空室中的壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦或鈦合金表面擴(kuò)散入內(nèi)部以形成固溶體，冷卻步驟，即在硬化處理步驟之后將鈦或鈦合金冷卻到室溫，和拋光步驟，即在冷卻步驟之后拋光餐具。
在加熱步驟中，可以對(duì)真空室抽真空，并在減壓下進(jìn)行加熱。
在加熱步驟中，還可以先對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室，以將壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，并在大氣壓下進(jìn)行加熱。
在冷卻步驟中，可以對(duì)真空室高度抽真空，以除去含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，并在真空下進(jìn)行冷卻。
在冷卻步驟中，還可以先對(duì)真空室高度抽真空，以除去含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，然后將惰性氣體通入真空室，以將壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，并在大氣壓下進(jìn)行冷卻。
作為含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，還可采用包含含有少量氧氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w或包含含有少量水蒸氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
在前述的本發(fā)明餐具中，第一硬化層宜鍍有硬質(zhì)鍍膜。
硬質(zhì)鍍膜優(yōu)選是周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物。
硬質(zhì)鍍膜顯示出金黃色調(diào)。
顯示出金黃色調(diào)的硬質(zhì)鍍膜優(yōu)選還鍍有金合金鍍膜。
金合金鍍膜優(yōu)選由金和至少一種選自下述的金屬的合金制成；Al、Si、V、Cr、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Hf、Ta、W、Ir和Pt。
在前述的本發(fā)明餐具中，優(yōu)選第一硬化層的表面已拋光過。
根據(jù)本發(fā)明，有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材是表面上有硬質(zhì)裝飾鍍膜基材，它包含鈦或鈦合金，并有內(nèi)硬化層，所述的內(nèi)硬化層包含從表面朝內(nèi)形成到任意深度的第一硬化層和從第一硬化層朝內(nèi)形成到任意深度的第二硬化層，在所述的第一硬化層中氮和氧擴(kuò)散形成固熔體。
其中硬質(zhì)裝飾鍍膜形成在內(nèi)硬化層表面上。
在內(nèi)硬化層中，第一硬化層擴(kuò)散0.6-8.0重量％的氮和1.0-14.0重量％的氧以形成固溶體，而第二硬化層中擴(kuò)散0.5-14.0重量％的氧以形成固溶體。
在形成于基材中的內(nèi)硬化層中，優(yōu)選第一硬化層形成于從表面朝內(nèi)約1微米(最大1.4微米)的區(qū)域，第二硬化層形成于比第一硬化層更深的區(qū)域內(nèi)，并形成于從表面朝內(nèi)約20.4微米(最大20.4微米)的區(qū)域。
硬質(zhì)裝飾鍍膜優(yōu)選由周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物制成，特別優(yōu)選是硬碳鍍膜。
根據(jù)本發(fā)明，有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的內(nèi)硬化層和硬質(zhì)裝飾鍍膜之間，可有兩層結(jié)構(gòu)的中間層，該中間層由主要用鉻或鈦制成的下層和主要用硅或鍺制成的上層組成，或者在這兩者之間的兩層結(jié)構(gòu)中間層由主要用鈦制成的下層和主要用鎢、碳化鎢、碳化硅和碳化鈦中任何一種制成的上層組成。
硬質(zhì)裝飾鍍膜的厚度通常為0.1-3.0微米。
硬質(zhì)裝飾鍍膜的表面顯示出金黃色調(diào)。
在顯示出金黃色調(diào)的硬質(zhì)裝飾鍍膜的表面上，優(yōu)選形成包含金或金合金的鍍膜。
根據(jù)本發(fā)明，有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材是例如照相機(jī)機(jī)身、移動(dòng)電話機(jī)身、便攜式收音機(jī)機(jī)身、攝像機(jī)機(jī)身、打火機(jī)機(jī)身或個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼。
本發(fā)明的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的生產(chǎn)方法包括加熱步驟，即將包含鈦或鈦合金的基材置于真空室中并退火，硬化處理步驟，即將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室中，在給定減壓下以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦或鈦合金基材表面擴(kuò)散入內(nèi)部以形成固溶體，冷卻步驟，即將鈦或鈦合金基材冷卻到室溫，拋光步驟，即拋光基材表面，清洗步驟，即清洗基材，抽真空步驟，即將基材置于真空室中，并對(duì)真空室抽真空，離子轟擊步驟，即將氬氣通入真空室，并進(jìn)行電離，以對(duì)基材表面進(jìn)行離子轟擊，通過噴鍍法使包含金屬或金屬碳化物的中間層形成在基材表面上的步驟，從真空室中排出氬氣、并將含有碳的氣體通入真空室的步驟，和通過等離子化學(xué)蒸汽沉積(CVD)處理法從真空室中產(chǎn)生等離子體、并在中間層表面形成類金剛石碳鍍膜的步驟。
在形成中間層的步驟中，優(yōu)選將氬氣通入真空室并電離，并以硅、鎢、碳化鈦、碳化硅和碳化鉻中的任何一種為目標(biāo)(object)，形成主要由硅、鎢、碳化鈦、碳化硅和碳化鉻中任何一種制成的中間層。
形成中間層的步驟可包括第一中間層形成步驟，即將氬氣通入真空室并電離，并以鉻或鈦為目標(biāo)，形成主要由鉻或鈦制成的下層，和第二中間層形成步驟，即以硅或鍺為目標(biāo)，形成主要由硅或鍺制成的上層。
形成中間層的步驟可包括第一中間層形成步驟，即將氬氣通入真空室并電離，并以鈦為目標(biāo)，形成主要由鈦制成的下層，和第二中間層形成步驟，即以鎢為目標(biāo)，形成主要由鎢制成的上層。
形成中間層的步驟可包括第一中間層形成步驟，即將氬氣通入真空室并電離，并以鈦為目標(biāo)，形成主要由鈦制成的下層，和第二中間層形成步驟，即將含有碳的氣體通入真空室，并以鎢或硅為目標(biāo)，形成主要由碳化鎢或碳化硅制成的上層。
本發(fā)明的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的另一種生產(chǎn)方法包括加熱步驟，即將包含鈦或鈦合金的基材置于真空室中并退火，硬化處理步驟，即將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室中，在給定減壓下以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦或鈦合金基材表面擴(kuò)散入內(nèi)部以形成固溶體，冷卻步驟，即將鈦或鈦合金基材冷卻到室溫，拋光步驟，即拋光基材表面，清洗步驟，即清洗基材，抽真空步驟，即將基材置于真空室中，并對(duì)真空室抽真空，離子轟擊步驟，即將氬氣通入真空室，并進(jìn)行電離，以對(duì)基材表面進(jìn)行離子轟擊，和通過離子鍍敷法或噴鍍法，在基材表面形成包含周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物的硬質(zhì)裝飾鍍膜的步驟。
在該方法中，優(yōu)選在形成硬質(zhì)裝飾鍍膜的步驟之后還有通過離子鍍敷法或噴鍍法在硬質(zhì)裝飾鍍膜表面形成金或金合金鍍膜的步驟。
本發(fā)明的刀叉餐具是包括操作部分(刀叉餐具主體)和有漂浮裝置的手柄的如匙、叉或刀這樣的刀叉餐具(金屬西式餐具)。
作為漂浮裝置，可采用在手柄中形成中空部分。
可用比重小于1的部件填充手柄中形成的中空部分。作為填充在手柄中所形成的中空部分的部件，可采用泡沫制品。
本發(fā)明的其它刀叉餐具是包括操作部分(刀叉餐具主體)和手柄的如匙、叉或刀這樣的刀叉餐具(金屬西式餐具)，其中刀叉餐具主體包含鈦材料，手柄包含具有中空部分的熱塑性樹脂，操作部分是用熱塑性樹脂通過鑲嵌模塑形成的整體組成部分。
附圖簡(jiǎn)述

圖1所示的是用本發(fā)明的餐具表面處理方法硬化過表面的部件的維克爾斯硬度的測(cè)量結(jié)果圖。
圖2所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第一和第二實(shí)施方式中的鈦或鈦合金餐具的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3所示的是用于本發(fā)明餐具及其表面處理方法的實(shí)施方式的表面處理裝置示意圖。
圖4所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第一實(shí)施方式中，從鈦或鈦合金餐具的表面到深處的氮含量和氧含量測(cè)量結(jié)果圖。
圖5所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第二實(shí)施方式中，從鈦或鈦合金餐具的表面到深處的氮含量和氧含量的測(cè)量結(jié)果圖。
圖6所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第三實(shí)施方式中，鈦或鈦合金餐具的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第四實(shí)施方式中，鈦或鈦合金餐具的表面處理方法示意圖。
圖8所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第四實(shí)施方式中，鈦或鈦合金的表面處理方法示意圖。
圖9所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第四實(shí)施方式中，鈦或鈦合金餐具的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第五實(shí)施方式中，鈦或鈦合金餐具的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11所示的是本發(fā)明餐具及其處理方法的第五實(shí)施方式中，在鈦或鈦合金餐具上局部形成硬質(zhì)鍍膜的步驟示意圖。
圖12所示的是本發(fā)明餐具及其表面處理方法的第五實(shí)施方式中，有部分硬質(zhì)鍍膜形成于其上的鈦或鈦合金的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13是本發(fā)明餐具及其表面處理法的第一實(shí)施方式中，鈦或鈦合金餐具的一個(gè)例子。
圖14是本發(fā)明餐具及其表面處理法的第一實(shí)施方式中，鈦或鈦合金餐具的一個(gè)例子。
圖15是本發(fā)明餐具及其表面處理法的第一實(shí)施方式中，鈦或鈦合金餐具的一個(gè)例子。
圖16所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法中，經(jīng)表面硬化的部件的維克爾斯硬度的測(cè)量結(jié)果圖。
圖17所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的第一和第二實(shí)施方式中，鈦或鈦合金基材的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖18所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施方式中所用的表面處理裝置的示意圖。
圖19所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的第一實(shí)施方式中，從基材表面到深處的氮含量和氧含量的測(cè)量結(jié)果圖。
圖20所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的第二實(shí)施方式中，從基材表面到深處的氮含量和氧含量的測(cè)量結(jié)果圖。
圖21所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例1中照相機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖22所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例2中的移動(dòng)電話機(jī)身的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖23所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例3中便攜式收音機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖24所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例3中的便攜式收音機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖25所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例4中攝像機(jī)機(jī)身的表面處理方法示意圖。
圖26所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例4中攝像機(jī)機(jī)身的表面處理方法示意圖。
圖27所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例4中攝像機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖28所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例5中打火機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖29所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例6中個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼的表面處理方法的示意圖。
圖30所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例6中個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖31所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例7中表殼的表面處理方法的示意圖。
圖32所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例7中表殼的表面處理方法的示意圖。
圖33所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例7中表殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖34所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例7中表帶鏈表面處理方法的示意圖。
圖35所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例8中表殼帶鏈的表面處理方法的示意圖。
圖36所示的是本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法的實(shí)施例8中表殼帶鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖37是本發(fā)明刀叉餐具的實(shí)施方式中匙的前視圖。
圖38是圖37的匙的俯視圖。
圖39是傳統(tǒng)匙的俯視圖。
圖40是傳統(tǒng)叉的俯視圖。
圖41是傳統(tǒng)刀的俯視圖。
發(fā)明的最佳實(shí)施方式餐具及其表面處理方法下面參照實(shí)施方式，描述本發(fā)明的餐具及其表面處理方法。
第一實(shí)施方式參照?qǐng)D1、圖2、圖3和圖4描述本發(fā)明的第一實(shí)施方式。
如圖2所示，在鈦或鈦合金餐具(下文稱為“鈦餐具)100的表面上形成了表面硬化層101。表面硬化層101從表面延伸到約20微米的深度。表面硬化層101分成第一硬化層102和第二硬化層103，第一硬化層102中氮104和氧105擴(kuò)散以形成固溶體，而第二硬化層103中的氧105擴(kuò)散以形成固溶體。觀察到第一硬化層102從表面延伸到約1微米的深度，比該深度更深的區(qū)域中則存在第二硬化層103。在第一硬化層102中氮104和氧105擴(kuò)散，以形成硬度特別高、并具有防止部件表面擦傷功能的固溶體。第二硬化層103將其硬化范圍延伸到部件的深層部位，并具有增強(qiáng)耐沖擊性的功能。
通過在上述鈦或鈦合金餐具表面上形成由第一硬化層和第二硬化層組成的表面硬化層，其中第一硬化層中的氮和氧擴(kuò)散以形成固溶體，而第二硬化層中的氧擴(kuò)散以形成固溶體，使鈦餐具的表面不會(huì)變粗糙，并具有優(yōu)良的外觀質(zhì)量和足夠的硬度。
在第一硬化層中，能擴(kuò)散以形成固溶體的氮含量為0.6-8.0重量％，能擴(kuò)散以形成固溶體的氧含量為1.0-14.0重量％。在第二硬化層中，能擴(kuò)散以形成固溶體的氧含量為0.5-14.0重量％。因此，能擴(kuò)散以形成固溶體的氮含量和氧含量?jī)?yōu)選在上述范圍中盡量大。但從保持餐具的優(yōu)良外觀質(zhì)量來看，擴(kuò)散以形成固溶體的氮或氧的濃度應(yīng)選自不會(huì)使表面粗糙的范圍。
擴(kuò)散氮和氧以形成固溶體的第一硬化層優(yōu)選從部件的表面形成到約1.0微米的深度。通過形成該深度的第一硬化層，就能由于晶粒生長(zhǎng)而表面變粗糙得到抑制，并獲得足夠的硬度。
另一方面，擴(kuò)散氧以形成固溶體的第二硬化層優(yōu)選形成于比第一硬化層更深的區(qū)域內(nèi)，至深度約為20微米。通過形成該深度的第二硬化層，可進(jìn)一步增加表面硬度。
然后描述本實(shí)施方式所用的表面處理裝置方案。
圖3所示的表面處理裝置的中部包括真空室1。真空室1中安裝了上置鈦餐具100的乇盤2和作為加熱裝置的加熱器3。進(jìn)氣管4和排氣管5連到真空室1。進(jìn)氣管4連到氣體供應(yīng)源(未示出)。在進(jìn)氣管4的中點(diǎn)裝有進(jìn)氣閥6，通過進(jìn)氣閥6的開-關(guān)操作，就可將所需的氣體通入真空室1。另一方面，排氣管5連到真空泵7，通過真空泵7的抽吸力，可吸入和排出真空室1中的氣體。排氣管5的中點(diǎn)裝有電磁閥8，提供對(duì)真空抽吸的進(jìn)行/停止的控制。真空室1還連有大氣排放管9，開啟安裝在大氣排放管9中點(diǎn)的排氣閥10，可將真空室1中的壓力調(diào)節(jié)為大氣壓。
隨后描述本發(fā)明餐具的表面處理方法。
本實(shí)施方式中餐具的表面處理方法包括
(1)加熱步驟，即將鈦餐具100置于真空室中，并加熱使餐具退火。
(2)硬化處理步驟，即在加熱步驟之后，將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室，在給定減壓下以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦餐具100表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體，(3)冷卻步驟，即在硬化處理步驟之后，將鈦餐具100冷卻到室溫。
加熱步驟步驟中對(duì)餐具100進(jìn)行加熱和退火，以使由熱煅操作或隨后的拋光操作而在鈦餐具100上形成的工作應(yīng)變層松弛。
由拋光操作形成的工作應(yīng)變層中的應(yīng)力是由于拋光操作保持晶格應(yīng)變狀態(tài)而產(chǎn)生的，并且該層是非晶相或低晶態(tài)的。如果在拋光操作之后對(duì)鈦餐具100進(jìn)行硬化處理步驟，而不加熱來退火，會(huì)在硬化步驟中促進(jìn)氮和氧的擴(kuò)散以形成固溶體，并使工作應(yīng)變層松弛。
結(jié)果，促進(jìn)了氮和氧在鈦餐具100表面的反應(yīng)，從而減少了氮和氧在餐具內(nèi)部形成固溶體的擴(kuò)散量，此外表面附近還形成了氮化物和氧化物有色物質(zhì)。
有色物質(zhì)的形成是不適宜的，因?yàn)闀?huì)降低外觀質(zhì)量。因此在本實(shí)施方式中，在硬化處理步驟之前進(jìn)行加熱步驟，先除去工作應(yīng)變，并在硬化處理步驟中促進(jìn)氮和氧的擴(kuò)散以形成固溶體。在加熱步驟中，優(yōu)選對(duì)真空室抽真空和在減壓下加熱，或者優(yōu)選先對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室，并在減壓下加熱。如果在這種氣氛下進(jìn)行加熱步驟，就能防止鈦餐具和除氮?dú)夂脱鯕獬煞忠酝獾碾s質(zhì)(硬化處理步驟時(shí)通入)反應(yīng)。
在隨后的硬化處理步驟中，將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室，使氮?dú)夂脱鯕鈴拟伈途叩谋砻鏀U(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體。通過硬化處理步驟，不僅在鈦餐具表面附近形成了擴(kuò)散氮和氧以形成固溶體的第一硬化層，而且還在餐具100的深度方向上形成了擴(kuò)散氧以形成固溶體的的第二硬化層。
作為混合氣體中以少量存在的氧氣成分，可采用各種含氧氣體。氧氣成分的例子包括氧氣、氫氣、水蒸汽、乙醇和甲醇。此外，還有含水蒸氣的二氧化碳?xì)怏w或一氧化碳?xì)怏w。
在硬化處理步驟中，氮?dú)夂蜕倭垦鯕獬煞直仨殧U(kuò)散到鈦餐具100內(nèi)部以形成固溶體，不能由氮?dú)馀c氧氣成分和鈦餐具100反應(yīng)而形成化合物。為達(dá)該目的，該步驟中的處理溫度是重要的。
為確定最佳處理溫度，進(jìn)行了基于本發(fā)明餐具表面處理方法的表面處理。在該表面處理中，將帶有鏡面表面外觀的JIS定義的第二類鈦用作要處理的部件，并且處理溫度在630-830℃的范圍內(nèi)變化。
作為含氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，可采用在99.4％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.2％)氧氣和4000ppm(0.4％)氫氣而形成的混合氣體。真空室的內(nèi)部設(shè)置在減壓下，并且加熱進(jìn)行5小時(shí)。
測(cè)量已硬化的部件的維克爾斯硬度(負(fù)荷100克)。結(jié)果示于表1。
由圖1可知，當(dāng)處理溫度低于700℃時(shí)，維克爾斯硬度Hv變得不大于750，不能獲得足夠的硬化。從觀察得出的結(jié)果是，如果處理溫度低于700℃，氮和氧未充分?jǐn)U散以形成固溶體，不能完全形成第一和第二硬化層。如果處理溫度大于800℃，氮和氧形成固溶體的擴(kuò)散速率高，并能獲得到達(dá)深層區(qū)域的硬化層。所以，維克爾斯硬度Hv變成不小于1100。
但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果處理溫度超過800℃，部件的晶粒會(huì)變大，并且表面變粗糙。因此，在處理溫度高于800℃的情況下，餐具不能保持良好的外觀質(zhì)量。在這種情況下，由于表面變粗糙，后面步驟需要表面拋光。
從上述結(jié)果來看，硬化處理步驟在700-800℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。雖然含氮?dú)鉃橹饕煞值幕旌蠚怏w中氧氣成分的濃度是任意的，但優(yōu)選調(diào)節(jié)到100-30000ppm的范圍內(nèi)。如果氧氣成分的濃度低于100ppm(0.01％)，氧不能充分?jǐn)U散以形成固溶體。如果氧氣成分的濃度大于30000ppm(3％)，鈦餐具表面易形成氧化物層，導(dǎo)致表面變粗糙。
雖然硬化處理步驟中的減壓程度是任意的，但優(yōu)選將真空室中的壓力調(diào)節(jié)到0.01-10乇。作為硬化處理步驟所用的混合氣體中以少量存在的氧氣成分，可采用各種含氧的氣體。氧氣成分的例子包括氧氣、氫氣、水蒸氣、如乙醇和甲醇這樣的醇類氣體。此外，還有含水蒸氣的二氧化碳?xì)怏w或一氧化碳?xì)怏w。
接著描述冷卻步驟。
冷卻步驟的目的在于將硬化處理完畢的鈦餐具100迅速冷卻到室溫。冷卻步驟優(yōu)選在和硬化處理步驟不同的氣氛下進(jìn)行。否則鈦餐具100表面容易形成氮化物和氧化物，以使外觀質(zhì)量變差。
因此，冷卻步驟優(yōu)選在惰性氣體如氬氣或氦氣的氣氛下進(jìn)行。也就是說，在冷卻步驟中，真空室優(yōu)選高度抽真空，來除去含氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，并在減壓下將餐具冷卻到室溫。冷卻步驟也可在真空下進(jìn)行。
在本實(shí)施方式中表面處理方法的具體處理?xiàng)l件在下面加以說明。
先對(duì)JIS定義的第二類鈦進(jìn)行熱煅，冷煅或它們的結(jié)合，以制備具有鈦餐具所需形狀的鈦餐具(要處理的部件)。如果通過鍛造難以獲得具有所需形狀的鈦餐具100，可對(duì)餐具進(jìn)行切割。
隨后，用磨輪拋光餐具100，對(duì)餐具表面進(jìn)行鏡面精加工。
然后，用圖3所示的表面處理裝置對(duì)餐具100進(jìn)行表面硬化處理。
首先通過排氣管5使表面處理裝置的真空室1內(nèi)部高度抽真空，直到壓力不超過1×10-5乇，該壓力下殘余氣氛的影響被消除，然后在650-830℃的溫度下用加熱器3對(duì)鈦餐具100進(jìn)行加熱。該加熱過程持續(xù)30分鐘，使餐具100退火(加熱步驟)。
然后，通過進(jìn)氣管4通入在99.5％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.5％)氧氣而制成的混合氣體，作為反應(yīng)氣體。真空室1中的內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)到0.2乇，并對(duì)餐具加熱5小時(shí)，同時(shí)保持和退火相同的溫度(650-830℃)。
通過硬化處理步驟，氮104和氧105在鈦餐具100的表面上被吸收，從表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體，從而形成由第一硬化層102和第二硬化層103組成的表面硬化層101(見圖2)(硬化處理步驟)。
在此之后，停止通入混合氣體，并將餐具冷卻到室溫，同時(shí)進(jìn)行抽真空(冷卻步驟)。
在本實(shí)施方式中，采用圖13所示的具有鏡面表面外觀并由JIS定義的第二類鈦制成的匙作為鈦餐具(要處理的部件)。用在650-830℃范圍內(nèi)變化的處理溫度進(jìn)行加熱步驟和硬化處理步驟。此后，測(cè)量和評(píng)價(jià)硬度、氮和氧的擴(kuò)散深度和濃度、表面粗糙度和表面結(jié)構(gòu)中的晶粒大小。
硬度用維克爾斯硬度儀(負(fù)荷100克)測(cè)量，離表面1.0微米深度處的維克爾斯硬度Hv不小于750的餐具是合格的。
氮和氧的擴(kuò)散深度和濃度用二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測(cè)量。
表面粗糙度通過用表面粗糙度計(jì)測(cè)量平均表面粗糙度Ra來評(píng)價(jià)，平均表面粗糙度Ra不大于0.4微米的餐具是合格的。
晶粒大小Rc通過用電子顯微鏡觀察表面晶體結(jié)構(gòu)來測(cè)量，晶粒大小為20-65微米的餐具是合格的。
結(jié)果示于表1。
表1

表1中，試樣編號(hào)S1-S4是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制得的匙(鈦餐具)。試樣編號(hào)Sc是未經(jīng)處理的純鈦餐具(匙)。
如表1所示，在表面處理之后，試樣編號(hào)S1(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。然而，它在離表面1.0微米深度處顯示出380的低維克爾斯硬度Hv。測(cè)量并發(fā)現(xiàn)該試樣在該深度處的氮含量為0.05重量％，這說明圖2所示的第一硬化層102未形成。離表面20微米深度處的氧含量為0.01重量％，這說明第二硬化層103也未形成。
雖然試樣編號(hào)S4(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1320的高維克爾斯硬度Hv，但它具有1.0微米的大平均表面粗糙度Ra和80-200微米的大晶粒大小Rc，并觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了鈦餐具用途的公差。
相反地，試樣編號(hào)S2和S3在離表面1.0微米深度處有820-935的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S2和S3中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量分別為0.6-8.0重量％(特別是0.8-1.6重量％)和1.0-14.0重量％(特別是1.7-2.6重量)，這說明形成了圖2所示的第一硬化層102。另外，在離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％(特別是0.7-1.0重量％)，這說明還形成了圖2所示的第二硬化層103。圖4所示的是在離表面一定深度處的氮含量和氧含量的測(cè)量結(jié)果，使用了試樣編號(hào)S2的鈦餐具作為測(cè)量物體。
從此圖可知，在經(jīng)表1所示表面硬化處理的試樣編號(hào)S2的鈦餐具中，擴(kuò)散了大量氮和氧，從而在離表面深達(dá)1微米的區(qū)域內(nèi)形成固溶體。在更深的區(qū)域中，擴(kuò)散了大量氧以形成固溶體。因此，可制得有表面硬化層的鈦餐具。試樣編號(hào)S2和S3的鈦餐具保持了和表面硬化處理之前的鈦餐具相同的鏡面表面質(zhì)量。
然后，通過滾筒拋光對(duì)有表面硬化層的鈦餐具進(jìn)行拋光。下面描述拋光方法。
首先，將餐具置于離心滾筒拋光機(jī)的滾筒內(nèi)。
然后，在滾筒中放置胡桃木片和鋁基磨料作為研磨介質(zhì)，約進(jìn)行超過10小時(shí)的滾筒拋光，從鈦餐具表面除去部分硬化層，所述部分在表面和0.7微米深度的范圍內(nèi)。
通過上述操作，可除去餐具表面的細(xì)微不平整處，使餐具表面更平整。因此，制成了具有散發(fā)均勻銀白色光澤的鏡面表面的鈦餐具。因?yàn)槿缟纤龈倪M(jìn)了餐具的鏡面表面外觀，并增加了它們裝飾價(jià)值，所以滾筒拋光是重要的。
雖然上述實(shí)施方式中采用的是滾筒拋光，但其它公知的機(jī)械拋光方法也可用，如磨輪拋光(buff polishing)以及滾筒拋光和磨輪拋光的結(jié)合。
如果第一硬化層的表面被過度拋光，氮含量和氧含量低的區(qū)域、特別是氮含量低的區(qū)域會(huì)外露。也就是說，由于拋光進(jìn)行得過深，露出了硬度較低的區(qū)域，因此降低了餐具的表面硬度。相反地，如果拋光的深度過小，則不能獲得美觀的鏡面表面。因此，從第一硬化層表面拋光的深度在0.1-3.0微米的范圍內(nèi)，優(yōu)選0.2-2.0微米，更優(yōu)選為0.5-1.0微米。如果拋光的深度在上述范圍內(nèi)，就能使餐具的表面硬度保持足夠高，以用于實(shí)際使用，并獲得光滑的鏡面表面。具體地說，拋光后的餐具只需要在負(fù)荷100克時(shí)具有500-800Hv的維克爾斯硬度即可。
在上述的表面硬化處理中，處理時(shí)間比常規(guī)硬化法如離子注入法、離子氮化法或碳化法短，而生產(chǎn)力比它們高。另外，由于經(jīng)表面硬化的鈦餐具有達(dá)到離表面20微米深度的硬化層，即使長(zhǎng)期使用餐具也不會(huì)擦傷。特別是使用圖15所示的刀時(shí)，刀刃幾乎不會(huì)變鈍，因此切割質(zhì)量不會(huì)變差，圖14所示的叉尖也能發(fā)揮同樣效果。如上所述，通過滾筒拋光可獲得具有均勻光澤的鏡面表面，從而可進(jìn)一步增加裝飾價(jià)值。
然后，作為硬化處理步驟中通入真空室1的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值姆磻?yīng)氣體，采用的是下列各種混合氣體，并能獲得相同的結(jié)果。下面描述該結(jié)果。
首先是采用在99.7％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.3％)水蒸氣而制得的混合氣體作為混合氣體。結(jié)果示于表2。
表2

表2中，試樣編號(hào)S5-S8是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的鈦餐具。
如表2所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S5(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出405的低維克爾斯硬度Hv。測(cè)量并發(fā)現(xiàn)該試樣在該深度處的氮含量為0.06重量％，這說明幾乎不含氮。也就是說，由此可見圖2所示的第一硬化層未形成。在離表面20微米深度處的氧含量為0.01重量％，說明第二硬化層103也未形成。
雖然試樣編號(hào)S8(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1400的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.2微米的大平均表面粗糙度Ra和80-250微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了鈦餐具用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S6和S7在離表面1.0微米深度處有820-940的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S6和S7中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量分別為0.6-8.0重量％(特別是0.9-1.6重量％)和1.0-14.0重量％(特別是2.0-2.5重量)，這說明形成了圖2所示的第一硬化層102。另外，在離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％(特別是0.8-1.2重量％)，這說明還形成了圖2所示的第二硬化層103。圖5所示的是在離表面一定深度處的氮含量和氧含量的測(cè)量結(jié)果。作為測(cè)量對(duì)象，采用的是試樣編號(hào)S6的鈦餐具。從該圖中可知，在表2所示的經(jīng)表面硬化的試樣編號(hào)S6的鈦餐具中，擴(kuò)散了大量氮和氧，從而在離表面深達(dá)1微米的區(qū)域內(nèi)形成固溶體。在更深的區(qū)域中，擴(kuò)散了大量氧以形成固溶體。
然后，采用在99.4％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.2％)氧氣和4000ppm(0.4％)氫氣而制得的混合氣體作為混合氣體。結(jié)果示于表3。
表3

表3中，試樣編號(hào)S9-S12是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的鈦餐具。
如表3所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S9(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出370的低維克爾斯硬度Hv。雖然試樣編號(hào)S12(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1300的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.1微米的大平均表面粗糙度Ra和80-200微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了鈦餐具用作裝飾件品的公差。
相反地，試樣編號(hào)S10和S11在離表面1.0微米深度處有810-920的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S11和S12中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表1的試樣編號(hào)S2和S3的鈦餐具，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖2所示的第一硬化層102。由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖2所示的第二硬化層103。
然后，采用在99.7％氮?dú)庵屑尤?500ppm(0.25％)水蒸氣和500ppm(0.05％)二氧化碳而制得的混合氣體作為混合氣體。結(jié)果示于表4。
表4

表4中，試樣編號(hào)S13-S16是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的鈦餐具。
如表4所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S13(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦餐具Sc相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出340的低維克爾斯硬度Hv。雖然試樣編號(hào)S12(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1240的高維克爾斯硬度Hv但它有1.0微米的大平均表面粗糙度Ra和80-200微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了鈦餐具用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S14和S15在離表面1.0微米深度處有800-850的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S14和S15中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表1的試樣編號(hào)S2和S3的鈦餐具，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖2所示的第一硬化層102。由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖2所示的第二硬化層103。
然后，采用在99.3％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.3％)乙醇而制得的混合氣體作為混合氣體。結(jié)果示于表5。
表5

表5中，試樣編號(hào)S17-S20是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的鈦餐具。
如表5所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S17(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦餐具Sc相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出330的低維克爾斯硬度Hv。
雖然試樣編號(hào)S20(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1200的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.0微米的大平均表面粗糙度Ra和80-180微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了鈦餐具用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S18和S19在離表面1.0微米深度處有780-830的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-55微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S18和S19中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表1的試樣編號(hào)S2和S3的鈦餐具，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖2所示的第一硬化層102。由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖2所示的第二硬化層103。
在上述實(shí)施方式的加熱步驟中，高度抽真空之后在真空下對(duì)餐具進(jìn)行加熱以退火。由于氣氛無需限制于真空，加熱步驟可在不會(huì)與鈦或鈦合金餐具起反應(yīng)的惰性氣體如氦氣或氬氣的氣氛中進(jìn)行。但在該情況下，真空室內(nèi)部還優(yōu)選處在減壓下。
在上述實(shí)施方式中，冷卻步驟和抽真空一起進(jìn)行。由于氣氛無需限制于真空，冷卻可在不會(huì)與鈦餐具起反應(yīng)的惰性氣體如氦氣或氬氣的氣氛中進(jìn)行。但在該情況下，真空室內(nèi)部?jī)?yōu)選處在減壓下。
第二實(shí)施方式下面描述本發(fā)明的第二實(shí)施方式。
第二實(shí)施方式各步驟的目的和基本作用和前述第一實(shí)施方式相同。第二實(shí)施方式不同于第一實(shí)施方式之處在于，加熱步驟和硬化步驟在大氣壓下進(jìn)行。第二實(shí)施方式不同于第一實(shí)施方式之處還在于，在大氣壓下進(jìn)行加熱步驟時(shí)，將惰性氣體通入真空室，以防止鈦餐具與氮?dú)夂脱鯕獬煞忠酝獾碾s質(zhì)成分起反應(yīng)，因?yàn)殁伈途呤怯苫钚越饘僦瞥傻摹?br> 在第二實(shí)施方式的加熱步驟中，優(yōu)選對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室以將壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，加熱在大氣壓下進(jìn)行。但是，也可以對(duì)真空室抽真空并在減壓下進(jìn)行加熱。如果在這種氣氛下進(jìn)行加熱步驟，就能防止鈦餐具與氮?dú)夂脱鯕獬煞忠酝獾碾s質(zhì)(硬化處理步驟時(shí)通入)起反應(yīng)。
在加熱步驟之后的硬化處理步驟中，對(duì)真空室高度抽真空，以除去惰性氣體，然后將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室，將真空室的壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，并在700-800℃下加熱真空室1內(nèi)部，從而使氮和氧從鈦餐具的表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體。
作為混合氣體中以少量存在的氧氣成分，可采用各種含氧氣體。氧氣成分的例子包括氧氣、氫氣、水蒸汽、醇類氣體如乙醇和甲醇。此外，還有含水蒸氣的二氧化碳?xì)怏w或一氧化碳?xì)怏w。
硬化處理步驟之后，進(jìn)行將鈦餐具冷卻到室溫的冷卻步驟，冷卻步驟優(yōu)選相似于第一實(shí)施方式，在不同于硬化處理步驟中的氣氛下進(jìn)行。也就是說，冷卻步驟中優(yōu)選對(duì)真空室高度抽真空，以除去含氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，然后將惰性氣體通入真空室，將其調(diào)節(jié)為大氣壓，并將餐具冷卻到室溫。也可在真空中進(jìn)行冷卻步驟。
下面描述本實(shí)施方式中表面處理方法的具體處理?xiàng)l件。
首先，對(duì)JIS定義的第二類鈦進(jìn)行相似于第一實(shí)施方式熱煅、冷煅或它們的結(jié)合，制成具有鈦基材所需形狀的鈦餐具(要處理的部件)。
隨后，用磨輪拋光基材100，對(duì)餐具表面進(jìn)行鏡面精加工。
然后，用圖3所示的表面處理裝置對(duì)鈦餐具100進(jìn)行表面硬化處理。
首先通過排氣管5用真空泵7抽吸真空室1中的氣體，將真空室抽真空到不大于1×10-2乇的壓力，該壓力下殘余氣體氣氛的影響被消除，然后關(guān)閉電磁閥8。接著開啟進(jìn)氣閥6，使氬氣(惰性氣體)經(jīng)進(jìn)氣管4通入真空室1，并開啟大氣排放管9的排氣閥10，將真空室1中的壓力調(diào)節(jié)為大氣壓。在該氣氛下，用加熱器3于650-830℃的溫度下對(duì)鈦餐具100加熱30分鐘，以進(jìn)行退火(加熱步驟)。
然后，關(guān)閉大氣排放管9的排氣閥10和進(jìn)氣管4的進(jìn)氣閥6，開啟排氣管5的電磁閥8，用真空泵7抽真空。抽真空持續(xù)到真空室1中的壓力變成小于1×10-2乇。
在此之后，關(guān)閉排氣管5的電磁閥8，開啟進(jìn)氣管4的進(jìn)氣閥6，將在99.7％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.3％)水蒸氣而制成的混合氣體通入真空室1。同時(shí)，開啟大氣排放管9的排氣閥10，將真空室1的內(nèi)壓調(diào)節(jié)為大氣壓，并在保持和退火幾乎相同的溫度(650-830℃)下對(duì)鈦餐具加熱5小時(shí)(硬化處理步驟)。通過硬化處理步驟，氮104和氧105被吸收在鈦餐具100的表面上，從鈦餐具100的表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體，從而形成了有第一硬化層102和第二硬化層103的表面硬化層101(見圖2)。
在硬化處理步驟之后，關(guān)閉大氣排放管9的排氣閥10和進(jìn)氣管4的進(jìn)氣閥6，并開啟排氣管5的電磁閥8，用真空泵7將真空室1內(nèi)部抽真空到不大于1×10-2乇的壓力，并除去混合氣體。然后，關(guān)閉排氣管5的電磁閥8，開啟進(jìn)氣管4的進(jìn)氣閥6，通入氬氣。同時(shí)，開啟大氣排放管9的排氣閥10，將真空室1的內(nèi)壓調(diào)節(jié)為大氣壓。在該氣氛下，將鈦餐具冷卻到室溫(冷卻步驟)。
在第二實(shí)施方式中，采用圖14所示的具有鏡面表面外觀并由JIS定義的第二類鈦制成的匙作為鈦餐具(要處理的部件)。用在650-830℃范圍內(nèi)變化的處理溫度進(jìn)行加熱步驟和硬化處理步驟。此后，測(cè)量和評(píng)價(jià)硬度、表面粗糙度和表面結(jié)構(gòu)中的晶粒大小。
硬度用維克爾斯硬度儀(負(fù)荷100克)測(cè)量，離表面1.0微米深度處的維克爾斯硬度Hv不小于750的餐具是合格的。
表面粗糙度通過用表面粗糙度計(jì)測(cè)量平均表面粗糙度Ra來評(píng)價(jià)，平均表面粗糙度Ra不大于0.4微米的餐具是合格的。
晶粒大小Rc通過用電子顯微鏡觀察表面晶體結(jié)構(gòu)來測(cè)量，晶粒大小為20-65微米的餐具是合格的。
結(jié)果示于表6。
表6

表6中，試樣編號(hào)S21-S24是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的鈦餐具。
如表6所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S21(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦餐具Sc相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出360的低維克爾斯硬度Hv。雖然試樣編號(hào)S24(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1410的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.3微米的大平均表面粗糙度Ra和80-250微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了鈦餐具用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S22和S23在離表面1.0微米深度處有840-1050的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.35微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。在試樣編號(hào)S22和S23中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表1的試樣編號(hào)S2和S3的鈦餐具，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖2所示的第一硬化層102。
由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖2所示的第二硬化層103。因此獲得有表面硬化層的鈦餐具。試樣編號(hào)S22和S23的鈦餐具保持了和表面硬化處理之前的鈦餐具相同的鏡面表面質(zhì)量。
然后，將氦氣作為硬化處理步驟中通入真空室1的惰性氣體，獲得相同的結(jié)果。用在650-830℃范圍內(nèi)變化的處理溫度進(jìn)行加熱步驟和硬化處理步驟，相似于第二實(shí)施方式。此后，測(cè)量和評(píng)價(jià)硬度、表面粗糙度、表面結(jié)構(gòu)中的晶粒大小。將氦氣用作惰性氣體時(shí)獲得的結(jié)果示于表7。
表7

表7中，試樣編號(hào)S25-S28是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的鈦餐具。
如表7所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S25(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦餐具Sc相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出330的低維克爾斯硬度Hv。雖然試樣編號(hào)S28(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1220的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.0微米的大平均表面粗糙度Ra和80-200微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了鈦餐具用作裝飾呂時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S26和S27在離表面1.0微米深度處有780-840的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。在試樣編號(hào)S26和S27中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表1的試樣編號(hào)S2和S3的鈦餐具，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖2所示的第一硬化層102。
由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖2所示的第二硬化層103。
在本實(shí)施方式中，加熱步驟在氦氣氛中于大氣壓下或在氬氣氛中于大氣壓下進(jìn)行，但是該氣氛無需限制于這些氣體，并且加熱步驟可在真空下進(jìn)行。
在本實(shí)施方式中，冷卻步驟在氦氣氛中于大氣壓下或在氬氣氛中于大氣壓下進(jìn)行，但是該氣氛無需限制于這些氣體，并且冷卻步驟可在真空下進(jìn)行。
本發(fā)明不限制于上述實(shí)施方式，在上述的各實(shí)施方式中，都用加熱器3對(duì)鈦餐具加熱，來擴(kuò)散氮和氧以形成固溶體。但也可用等離子體來擴(kuò)散氮和氧，以在鈦餐具中形成固溶體。
在硬化處理步驟中通入真空室1的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，不限制于上述各實(shí)施方式所用的混合氣體。也可用在氮?dú)庵屑尤牒鯕獬煞值母鞣N氣體如一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳或二氧化碳而獲得的混合氣體。還可在混合氣體中加入少量的惰性氣體，如氦氣、氖氣、氬氣或含有氫氣成分、硼成分或碳成分的氣體。
在上述各實(shí)施方式中，加熱步驟的處理時(shí)間為30分鐘，但處理時(shí)間不限于此，它可以是在30分鐘-2小時(shí)范圍內(nèi)任意確定的。
在上述各實(shí)施方式中，硬化處理步驟的處理時(shí)間為5小時(shí)，但處理時(shí)間不限于此，它可以是任意確定的。但是，如果硬化處理步驟的處理時(shí)間短于1小時(shí)，就不能充分?jǐn)U散氮和氧以形成固溶體，恐怕也不能達(dá)到所需的硬度。另一方面，如果硬化處理步驟的處理時(shí)間長(zhǎng)于10小時(shí)，鈦餐具上易產(chǎn)生表面變粗糙。因此，硬化處理步驟的處理時(shí)間優(yōu)選在1-10小時(shí)的范圍內(nèi)。
第三實(shí)施方式下面參照?qǐng)D6描述本發(fā)明的第三實(shí)施方式。
圖6所示的是本發(fā)明制得的鈦餐具的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施方式中，通過離子鍍敷法(即制成鈦餐具200的干鍍法)，在由第一或第二實(shí)施方式所制得的鈦餐具100的表面硬化層101上，形成包含氮化鈦的TiN鍍膜201作為金黃色硬質(zhì)鍍膜。
下面描述本實(shí)施方式中形成氮化鈦的TiN鍍膜201作為金黃色硬質(zhì)鍍膜的方法。
首先，用有機(jī)溶劑如異丙醇清洗第一或第二實(shí)施方式中制得的鈦餐具100，并將鈦餐具放在離子鍍敷裝置(未示出)中。離子鍍敷裝置是常用裝置，所以本文省略對(duì)該裝置的描述。
隨后，將該裝置抽真空到1.0×10-5乇的壓力，并將氬氣通入裝置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。
然后，啟動(dòng)裝在該裝置中的熱離子燈絲和等離子電極，產(chǎn)生氬氣等離子體。同時(shí)，對(duì)鈦餐具100施加-50伏的電勢(shì)，進(jìn)行10分鐘的轟擊清掃(bombardcleaning)。
接著，停止通入氬氣，將氮?dú)馔ㄈ朐撗b置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。裝在裝置中的等離子槍產(chǎn)生等離子體之后，鈦被氣化10分鐘，在鈦餐具100的整個(gè)表面，即在餐具100的表面硬化層101上形成厚度為0.5微米的TiN鍍膜201。因此，制成了鈦餐具200。
由此制成的鈦餐具200顯示出均勻的金黃色調(diào)，因?yàn)門iN鍍膜201有相似于金的光學(xué)性能。因?yàn)檫@種緣故，鈦餐具的裝飾價(jià)值就被進(jìn)一步增強(qiáng)了。由于硬質(zhì)TiN鍍膜201有優(yōu)良的耐磨性、耐腐蝕性和耐擦傷性，經(jīng)表面處理過的餐具就不易擦傷。
干鍍法不限于離子鍍敷法，還可用各種公知的方法，如噴鍍法和真空沉積法。
作為干鍍法形成的金黃色硬質(zhì)鍍膜，可采用周期表4a、5a或6a族元素(Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W)的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物制成的硬質(zhì)鍍膜。如果周期表4a、5a或6a族元素用M表示，M的氮化物用MNx表示，隨著表示氮化程度的x值越小于1，元素M的氮化物MNx的硬質(zhì)涂層就由金黃色越接近淡黃色。隨著表示氮化程度的x值越大于1，鍍膜的金黃色就越帶紅色。當(dāng)x值在0.9-1.1范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)形成顯示出接近于金或金合金顏色的金黃色的氮化物MNx的鍍膜。特別是當(dāng)表示氮化程度的x值為1時(shí)，元素M的氮化物MNx的鍍膜不僅具有足夠硬度，而且還顯示出最接近金或金合金顏色的金黃色。
和上文相似，通過將周期表中4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物的碳化程度、氧化程度或氮化程度控制在給定范圍中，可獲得最接近金或金合金顏色的金黃色鍍膜。具體地說，TiN鍍膜和ZrN鍍膜是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兌疾粌H具有足夠硬度，而且還顯示出最接近金或金合金顏色的金黃色。當(dāng)元素M的氮化物MNx的膜厚過小時(shí)，鍍膜沒有足夠的耐磨性、耐腐蝕性、和耐擦傷性。另一方面，當(dāng)鍍膜厚度過大時(shí)，成膜時(shí)間長(zhǎng)，且鍍膜的成本變高。因此，元素M的氮化物MNx的鍍膜的厚度優(yōu)選控制在0.1-10微米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為0.2-5微米。
第四實(shí)施方式下面參照?qǐng)D7、圖8和圖9描述本發(fā)明的第四實(shí)施方式。
圖7和圖8所示的都是局部形成硬質(zhì)鍍膜的方法示意圖。
圖9所示的是通過本實(shí)施方式，用硬質(zhì)鍍膜部分覆蓋的鈦餐具結(jié)構(gòu)示意圖。
在本實(shí)施方式中，通過離子鍍敷法即干鍍法，在由第一或第二實(shí)施方式鈦餐具100的表面硬化層101上，局部形成由氮化鈦制成的金黃色硬質(zhì)鍍膜301，從而制成鈦餐具300。
下面描述本實(shí)施方式中局部形成由氮化鈦制成的金黃色硬質(zhì)鍍膜301的方法。
首先，在由第一或第二實(shí)施方式制成的鈦餐具100的表面硬化層101上，將包含環(huán)氧樹脂或掩蔽油墨(masking ink)的有機(jī)掩蔽劑印刷在鈦餐具100的所需表面區(qū)域上，以形成掩蔽層302。
然后，用有機(jī)溶劑如異丙醇清洗上面形成了掩蔽層302的鈦餐具100，并將該餐具放在離子鍍敷裝置(未示出)中，離子鍍敷裝置是常用裝置，所以本文省略對(duì)其描述。
隨后，將該裝置抽真空到1.0×10-5乇的壓力，并將氬氣通入裝置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。
在此之后，啟動(dòng)裝在該裝置中的熱離子燈絲和等離子電極，產(chǎn)生氬氣等離子體。同時(shí)，對(duì)鈦餐具100施加-50伏的電勢(shì)，進(jìn)行10分鐘的轟擊清掃(bombardcleaning)。
然后，停止通入氬氣，將氮?dú)馔ㄈ朐撗b置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。裝在裝置中的等離子槍產(chǎn)生等離子體之后，鈦被氣化10分鐘，在鈦餐具100的表面硬化層101表面和掩蔽層302表面上形成TiN鍍膜301和厚度為0.5微米的301a。
接著，用乙基甲基酮(EMK)或用在乙基甲基酮(EMK)中加入甲酸和過氧化氫而形成的剝離溶液(release solution)使掩蔽層302溶脹，用除去法(lift off method)除去掩蔽層302和層合于其上的TiN鍍膜。通過去除操作，獲得部分涂布了TiN鍍膜301而顯示出金黃色調(diào)和部分未涂布TiN鍍膜而顯示出銀白色調(diào)的雙色調(diào)鈦餐具300。因此，能改進(jìn)鈦餐具的外觀，并增加它們的裝飾價(jià)值。
作為掩蔽方法，不僅可采用本實(shí)施方式所述的化學(xué)掩蔽層，而且還可采用機(jī)械掩蔽方法。也就是說，在用氮化鈦鍍膜涂布表面硬化層之前，用罩子覆蓋鈦餐具的所需部位。然后，用氮化鈦鍍膜涂布表面硬化層，隨后移去罩子。結(jié)果，鈦餐具用罩子覆蓋的部位未涂布氮化鈦鍍膜，而未覆蓋罩子的部位為氮化鈦鍍膜所涂布。
在本實(shí)施方式中，采用氮化鈦鍍膜作為硬質(zhì)鍍膜。如第三實(shí)施方式所述，可采用周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物制成的鍍膜，作為用干鍍法形成在表面硬化層上的金黃色硬質(zhì)鍍膜。
第五實(shí)施方式下面參照?qǐng)D10描述本發(fā)明的第五實(shí)施方式。
圖10所示的是本實(shí)施方式制成的鈦餐具的結(jié)構(gòu)示意圖。
在本實(shí)施方式中，通過離子鍍敷法即干鍍法，在由第一或第二實(shí)施方式制成的鈦餐具100的表面硬化層101上形成了由氮化鈦制成的金黃色硬質(zhì)鍍膜201，并在硬質(zhì)鍍膜201上，形成金-鈦合金鍍膜401作為金合金鍍膜，從而制成了鈦餐具400。
下面描述本實(shí)施方式中由氮化鈦制成的金黃色硬質(zhì)鍍膜201和金合金鍍膜401的形成方法。
首先，用有機(jī)溶劑如異丙醇清洗第一或第二實(shí)施方式制成的鈦餐具100，并將該餐具放在離子鍍敷裝置(未示出)上。離子鍍敷裝置是常用裝置，所以本文省略對(duì)該裝置的描述。
隨后，將該裝置抽真空到1.0×10-5乇的壓力，并將氬氣通入裝置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。
在此之后，啟動(dòng)裝在該裝置中的熱離子燈絲和等離子電極，產(chǎn)生氬氣等離子體。同時(shí)，對(duì)鈦餐具100施加-50伏的電勢(shì)，進(jìn)行10分鐘的轟擊清掃(bombardcleaning)。
接著，停止通入氬氣，將氮?dú)馔ㄈ朐撗b置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。
裝在裝置中的等離子槍產(chǎn)生等離子體之后，鈦被氣化10分鐘，在鈦餐具100的整個(gè)表面上形成厚度為0.5微米的TiN鍍膜102。
然后，使鈦氣化，并停止通入氬氣，并將裝置抽真空到1.0×10-3乇的壓力。
接著，將氬氣通入裝置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇，以產(chǎn)生等離子體，并氣化由50原子％金和50原子％鈦組成的金-鈦混合物，形成金-鈦合金鍍膜401作為金合金鍍膜。當(dāng)金-鈦合金鍍膜401的厚度變?yōu)?.3微米時(shí)，停止氣化金-鈦混合物，從而獲得形成了硬質(zhì)鍍膜201和金-鈦合金鍍膜401的鈦餐具400。
制成的鈦餐具400顯示出均勻的金黃色調(diào)。因此，就能進(jìn)一步增強(qiáng)鈦餐具的裝飾價(jià)值。通過形成作為最外層的金-鈦合金鍍膜401，獲得了顯示出的金黃色調(diào)比氮化鈦鍍膜201的金黃色更暖的鈦餐具。因此，能進(jìn)一步改進(jìn)鈦餐具的外觀，并增強(qiáng)裝飾價(jià)值。
通常，金合金鍍膜本身沒有有效的耐磨性、耐腐蝕性和耐擦傷性，除非它的厚度超過10微米。金是極為昂貴的金屬。因此，形成高厚度的金合金鍍膜會(huì)大大增加鍍膜的成本。但在本實(shí)施方式中，硬質(zhì)TiN鍍膜形成在最外層的金合金鍍膜下面。由于TiN鍍膜具有優(yōu)良的耐磨性、耐腐蝕性和耐擦傷性，作為最外層的金合金鍍膜可以是薄的。因此，可減少昂貴的金的用量，并因而降低鍍膜的成本。
可以局部磨掉薄金合金鍍膜的最外層，使TiN鍍膜外露。但最外層上卻沒有任何明顯的局部磨損，這是因?yàn)門iN鍍膜具有相似于金的光學(xué)性能，并顯示出金黃色調(diào)，在顯示金黃色調(diào)的金合金鍍膜最外層磨去部分下面，出現(xiàn)了顯示出相同金黃色的TiN鍍膜。因此，即使將金合金鍍膜最外層變薄，其磨損也不會(huì)明顯可見，并能保持鈦餐具的漂亮外觀和裝飾價(jià)值。
在本實(shí)施方式中，采用氮化鈦鍍膜作為硬質(zhì)鍍膜。而且，可通過干鍍法，采用由周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物制成的鍍膜作為金黃色硬質(zhì)鍍膜。
除了金-鈦合金鍍膜以外，也可形成由金和至少一種選自下列的金屬的合金制成的鍍膜作為金合金鍍膜，這些金屬有Al、Si、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Hf、Ta、W、Ir和Pt。
如第四實(shí)施方式所述，金合金鍍膜可形成在鈦餐具100的表面上局部形成的氮化鈦鍍膜上。
實(shí)施例示于圖11和圖12。圖11所示的是在鈦餐具100的表面上局部形成硬質(zhì)鍍膜和用金合金鍍膜鍍敷局部形成的硬質(zhì)鍍膜表面的方法。圖12是局部形成在鈦餐具100表面上的硬質(zhì)鍍膜和金合金鍍膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面簡(jiǎn)要描述局部形成硬質(zhì)鍍膜和金合金鍍膜的方法。
首先，在由第一或第二實(shí)施方式制成的鈦餐具100的表面硬化層101上，即在鈦餐具100表面的所需區(qū)域上，印刷包含環(huán)氧樹脂或掩蔽油墨的有機(jī)掩蔽劑，以形成掩蔽層502。
然后，用有機(jī)溶劑如異丙醇清洗上面形成了掩蔽層502的鈦餐具100，并將該餐具置于離子鍍敷裝置中。
隨后，在和本實(shí)施方式相同的操作條件下通過離子鍍敷法，在鈦餐具100的表面硬化層101表面和掩蔽層502的表面上，形成TiN鍍膜501和厚0.5微米的由氮化鈦制成的501a作為金黃色硬質(zhì)鍍膜，并且在TiN鍍膜501、501a上，形成金-鈦合金鍍膜503和厚0.3微米的503a作為金合金鍍膜。
然后，用乙基甲基酮(EMK)或用在乙基甲基酮(EMK)中加入甲酸和過氧化氫形成剝離溶液，使掩蔽層502溶脹，用除去法除去掩蔽層502、層合于其上的TiN鍍膜501a和金-鈦合金鍍膜503a。通過去除操作，獲得部分鍍敷了金-鈦合金鍍膜503而顯示出金黃色調(diào)和部分未鍍敷金-鈦合金鍍膜503和TiN鍍膜而顯示出銀色調(diào)的雙色調(diào)鈦餐具500。
第三步，使用上述第四和第五實(shí)施方式所述的金黃色調(diào)硬質(zhì)鍍膜。但是，硬質(zhì)鍍膜的金黃色調(diào)可通過降低周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物的碳化、氧化或氮化程度，而使其接近于銀白色。結(jié)果可形成的硬質(zhì)鍍膜顯示與未涂布硬質(zhì)鍍膜的鈦或鈦合金餐具的金屬色相同的色調(diào)。在銀白色硬質(zhì)鍍膜上，還可形成了含金量減少而顯示出相同銀白色的金合金鍍膜。
在本發(fā)明中，術(shù)語“鈦”是指包含主要成分純鈦的金屬材料，可以是例如JIS定義的第一類鈦、第二類鈦或第三類鈦。術(shù)語“鈦合金”是指包含主要成分鈦并含鋁、釩、鐵等的金屬材料，可以是例如JIS定義的60類鈦或60E類鈦。其它各種鈦合金和鈦?zhàn)褰饘倩セ镆舶ㄔ阝伜辖鸩牧蟽?nèi)。
雖然上文用匙、刀、叉作為鈦餐具的例子來描述本發(fā)明，但實(shí)施方式并不受其限制，并可適用于許多餐具，如筷子、盤子和杯子。
有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材和該基材的生產(chǎn)方法下面參照下述實(shí)施方式，描述本發(fā)明的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材和該基材的生產(chǎn)方法。
形成內(nèi)硬化層的第一實(shí)施方式首先描述形成在鈦或鈦合金基材(下文稱作“鈦基材”)上的內(nèi)硬化層和該層的形成方法。
內(nèi)硬化層由第一硬化層和第二硬化層組成，第一硬化層從鈦基材的表面朝內(nèi)形成到任意深度，其中擴(kuò)了氮和氧以形成固溶體；而第二硬化層從第一硬化層朝內(nèi)形成到任意深度。參照?qǐng)D16-圖20來描述。
如圖17所示，鈦基材100表面上形成了內(nèi)硬化層101。內(nèi)硬化層從表面延伸到約20微米深度處。內(nèi)硬化層101分為第一硬化層102和第二硬化層103，第一硬化層中擴(kuò)散氮104和氧105以形成固溶體，第二硬化層中擴(kuò)散氧105以形成固溶體。從表面到約1微米的深度區(qū)域可觀察到存在第一硬化層102。在比該區(qū)域更深的區(qū)域中，存在第二硬化層103。擴(kuò)散氮104和氧105以形成固溶體的第一硬化層102有特別高的硬度，并具有防止部件表面擦傷的功能。第二硬化層103使硬化范圍擴(kuò)展到部件的更深部位，并具有增強(qiáng)耐沖擊性的功能。
通過如上所述在鈦基材表面上形成由第一硬化層和第二硬化層組成的內(nèi)硬化層，其中第一硬化層中擴(kuò)散氮和氧以形成固溶體，而第二硬化層中擴(kuò)散氧以形成固溶體，使基材的表面不會(huì)變粗糙，并使基材具有優(yōu)良的外觀質(zhì)量和足夠的硬度。
在第一硬化層中，能擴(kuò)散以形成固溶體的氮含量為0.6-8.0重量％，能擴(kuò)散以形成固溶體的氧含量為1.0-14.0重量％。在第二硬化層中，能擴(kuò)散以形成固溶體的氧含量為0.5-14.0重量％。因此，擴(kuò)散以形成固溶體的氮和氧含量要在上述范圍內(nèi)盡可能大。但從保持鈦基材的優(yōu)良外觀質(zhì)量來看，擴(kuò)散以形成固溶體的氮或氧濃度應(yīng)選自不會(huì)導(dǎo)致表面變粗糙的范圍。
擴(kuò)散氮和氧以形成固溶體的第一硬化層優(yōu)選從部件表面形成到約1.0微米的深度處。通過形成該深度的第一硬化層，可抑制由于大晶粒生長(zhǎng)而表面變粗糙，并獲得足夠的硬度。
另一方面，擴(kuò)散氧以形成固溶體的第二硬化層優(yōu)選形成在比第一硬化層更深的區(qū)域內(nèi)，達(dá)到約20微米的深度處。通過形成該深度的第二硬化層，可進(jìn)一步增加表面硬度。
接著描述用于本實(shí)施方式的表面處理裝置的方案。
圖18所示的表面處理裝置中部包括真空室1。在真空室1中，安裝了上置鈦基材100的乇盤2和作為加熱裝置的加熱器3。進(jìn)氣管4和排氣管5連到真空室1。進(jìn)氣管4連到氣體供應(yīng)源(未示出)。在進(jìn)氣管4的中點(diǎn)裝有進(jìn)氣閥6，通過進(jìn)氣閥6的開-關(guān)操作，就可將所需的氣體通入真空室1。另一方面，排氣管5連到真空泵7，通過真空泵7的抽吸力，可吸入和排出真空室中的氣體。排氣管5的中點(diǎn)裝有電磁閥8，提供對(duì)真空抽吸的進(jìn)行/停止的控制。真空室1還連有大氣排放管9，開啟安裝在大氣排放管9中點(diǎn)的排氣閥10，可將真空室1中的壓力調(diào)節(jié)為大氣壓。
隨后描述本發(fā)明鈦基材的表面處理方法。
本實(shí)施方式中鈦基材的表面處理方法包括下列步驟(1)加熱步驟，即將鈦基材100置于真空室中，并加熱使該基材退火。
(2)硬化處理步驟，即在加熱步驟之后，將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室，在給定減壓下以700-800℃對(duì)真空室1加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦基材100表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體，(3)冷卻步驟，即在硬化處理步驟之后，將鈦餐具100冷卻到室溫。
加熱步驟步驟中對(duì)鈦基材100進(jìn)行加熱和退火，是為了使由熱煅操作或隨后的拋光操作而在鈦基材100上形成的工作應(yīng)變層松馳。由拋光操作形成的工作應(yīng)變層中的應(yīng)力是由于拋光操作保持晶格應(yīng)變狀態(tài)而產(chǎn)生的，并且該層是非晶相或低晶態(tài)的。如果在拋光操作之后對(duì)鈦基材100進(jìn)行硬化處理步驟，而不加熱來退火，會(huì)在硬化步驟中促進(jìn)氮和氧的擴(kuò)散以形成固溶體，并使工作應(yīng)變層松馳。
結(jié)果，促進(jìn)了氮和氧在鈦基材100表面的反應(yīng)，從而減少了氮和氧在基材內(nèi)部形成固溶體的擴(kuò)散量，此外表面附近還形成了氮化物和氧化物有色物質(zhì)。有色物質(zhì)的形成是不適宜的，因?yàn)闀?huì)降低外觀質(zhì)量。因此在本實(shí)施方式中，在硬化處理步驟之前要進(jìn)行加熱步驟，先除去工作應(yīng)變，并在硬化處理步驟中促進(jìn)氮和氧的擴(kuò)散以形成固溶體。
在加熱步驟中，優(yōu)選對(duì)真空室抽真空和在減壓下加熱，或者優(yōu)選先對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室，并在減壓下加熱。如果在這種氣氛下進(jìn)行加熱步驟，就能防止鈦基材和除氮?dú)夂脱鯕獬煞忠酝獾碾s質(zhì)(硬化處理步驟時(shí)通入)反應(yīng)。
在隨后的硬化處理步驟中，將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室，使氮和氧從鈦基材的表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體。通過硬化處理步驟，不僅在基材表面附近形成了擴(kuò)散氮和氧以形成固溶體的第一硬化層，而且還在基材100的深度方向上形成了擴(kuò)散氧以形成固溶體的的第二硬化層。
作為混合氣體中以少量存在的氧氣成分，可采用各種含氧氣體。氧氣成分的例子包括氧氣、氫氣、水蒸汽、乙醇和甲醇。此外，還有含水蒸氣的二氧化碳?xì)怏w或一氧化碳?xì)怏w。
在硬化處理步驟中，氮?dú)夂蜕倭垦鯕獬煞直仨殧U(kuò)散到鈦基材100內(nèi)部以形成固溶體，不能由氮?dú)夂脱鯕獬煞峙c鈦基材100反應(yīng)而形成化合物。為達(dá)該目的，該步驟中的處理溫度是重要的。
為確定最佳處理溫度，進(jìn)行了基于本發(fā)明帶有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材生產(chǎn)方法的表面處理。在該表面處理中，將帶有鏡面表面外觀的JIS定義的第二類鈦用作要處理的部件，并且處理溫度在630-830℃的范圍內(nèi)變化。
作為含氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，可采用在99.4％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.2％)氧氣和4000ppm(0.4％)氫氣而形成的混合氣體。真空室的內(nèi)部設(shè)置在減壓下，并且加熱進(jìn)行5小時(shí)。
測(cè)量要硬化的部件的維克爾斯硬度(負(fù)荷100克)。結(jié)果示于圖1。
由圖1可知，當(dāng)處理溫度低于700℃時(shí)，維克爾斯硬度Hv變得不大于750，不能獲得足夠的硬化。從觀察得出的結(jié)果是，如果處理溫度低于700℃，氮和氧未充分?jǐn)U散以形成固溶體，不能完全形成第一和第二硬化層。如果處理溫度大于800℃，氮和氧形成固溶體的擴(kuò)散速率高，并能獲得到達(dá)深層區(qū)域的硬化層。所以，維克爾斯硬度Hv變成不小于1100。
但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果處理溫度超過800℃，部件的晶粒會(huì)變大，并且表面變粗糙。因此，在處理溫度高于800℃的情況下，基材不能保持良好的外觀質(zhì)量。在這種情況下，由于表面變粗糙，后面步驟需要表面拋光。
從上述結(jié)果來看，硬化處理步驟在700-800℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。雖然含氮?dú)鉃橹饕煞值幕旌蠚怏w中氧氣成分的濃度是任意的，但優(yōu)選調(diào)節(jié)到100-30000ppm的范圍內(nèi)。如果氧氣成分的濃度低于100ppm(0.01％)，氧不能充分?jǐn)U散以形成固溶體。如果氧氣成分的濃度大于30000ppm(3％)，鈦基材表面易形成氧化層，導(dǎo)致表面變粗糙。
雖然硬化處理步驟中的減壓力程度是任意的，但優(yōu)選將真空室中的壓力調(diào)節(jié)到0.01-10乇。
作為硬化處理步驟所用的混合氣體中以少量存在的氧氣成分，可采用各種含氧的氣體。氧氣成分的例子包括氧氣、氫氣、水蒸氣、如乙醇和甲醇這樣的醇類氣體。此外，還有含水蒸氣的二氧化碳?xì)怏w或一氧化碳?xì)怏w。
接著描述冷卻步驟。
冷卻步驟的目的在于將硬化處理完畢的鈦基材100迅速冷卻到室溫。冷卻步驟優(yōu)選在和硬化處理步驟不同的氣氛下進(jìn)行。否則鈦基材100表面容易形成氮化物和氧化物，以使外觀質(zhì)量變差。
因此，冷卻步驟優(yōu)選在惰性氣體如氬氣或氦氣的氣氛下進(jìn)行。也就是說，在冷卻步驟中，真空室優(yōu)選高度抽真空，來除去含氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，并在減壓下將基材冷卻到室溫。冷卻步驟也可在真空下進(jìn)行。
下面說明在本實(shí)施方式中表面處理方法的具體處理?xiàng)l件。
先對(duì)JIS定義的第二類鈦進(jìn)行熱煅，冷煅或它們的結(jié)合，以制備具有鈦基材所需形狀的鈦基材(要處理的部件)。如果通過鍛造難以獲得具有所需形狀的鈦基材100，可對(duì)基材進(jìn)行切割。
隨后，用磨輪拋光基材100，對(duì)基材表面進(jìn)行鏡面精加工。
然后，用圖18所示的表面處理裝置對(duì)基材100進(jìn)行表面硬化處理。
首先通過排氣管5使表面處理裝置的真空室1內(nèi)部高度抽真空，直到壓力不超過1×10-5乇，該壓力下殘余氣體氣氛的影響被消除，然后在650-830℃的溫度下用加熱器3對(duì)鈦基材100進(jìn)行加熱。該加熱過程持續(xù)30分鐘，使基材100退火(加熱步驟)。
然后，通過進(jìn)氣管4通入在99.5％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.5％)氧氣而制成的混合氣體，作為反應(yīng)氣體。真空室1中的內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)到0.2乇，并對(duì)基材加熱5小時(shí)，同時(shí)保持和退火相同的溫度(650-830℃)。
通過硬化處理步驟，氮104和氧105在基材100的表面上被吸收，從表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體，從而形成由第一硬化層102和第二硬化層103組成的表面硬化層101(見圖17)(硬化處理步驟)。
在此之后，停止通入混合氣體，并將基材冷卻到室溫，同時(shí)進(jìn)行抽真空(冷卻步驟)。
接著，比較通過改變加熱步驟和硬化處理步驟而獲得的多個(gè)結(jié)果。
作為基材，采用的是具有鏡面表面外觀并由JIS定義的第二類鈦制成的基材(要處理的部件)。用在650-830℃范圍內(nèi)變化的處理溫度進(jìn)行加熱步驟和硬化處理步驟。此后，測(cè)量和評(píng)價(jià)硬度、氮和氧的擴(kuò)散深度和濃度、表面粗糙度和表面結(jié)構(gòu)中的晶粒大小。
硬度用維克爾斯硬度儀(負(fù)荷100克)測(cè)量，離表面1.0微米深度處的維克爾斯硬度Hv不小于750的基材是合格的。
氮和氧的擴(kuò)散深度和濃度用二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測(cè)量。
表面粗糙度通過用表面粗糙度計(jì)測(cè)量平均表面粗糙度Ra來評(píng)價(jià)，平均表面粗糙度Ra不大于0.4微米的基材是合格的。
晶粒大小Rc通過用電子顯微鏡觀察表面晶體結(jié)構(gòu)來測(cè)量，晶粒大小為20-65微米的基材是合格的。
結(jié)果示于表8。
表8

表8中，試樣編號(hào)S1-S4是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制得鈦基材。試樣編號(hào)Sc是未經(jīng)處理的純鈦基材。如表8所示，在表面處理之后，試樣編號(hào)S1(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦基材(試樣編號(hào)Sc)相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。然而，它在離表面1.0微米深度處顯示出380的低維克爾斯硬度Hv。測(cè)量并發(fā)現(xiàn)該試樣在該深度處的氮含量為0.05重量％，這說明圖17所示的第一硬化層102未形成。離表面20微米深度處的氧含量為0.01重量％，這說明第二硬化層103也未形成。
雖然試樣編號(hào)S4(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1320的高維克爾斯硬度Hv，但它具有1.0微米的大平均表面粗糙度Ra和80-200微米的大晶粒大小Rc，并觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離使用鈦基材用途的公差。
相反地，試樣編號(hào)S2和S3在離表面1.0微米深度處有820-935的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦基材(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S2和S3中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量分別為0.6-8.0重量％(特別是0.8-1.6重量％)和1.0-14.0重量％(特別是1.7-2.6重量)，這說明形成了圖17所示的第一硬化層102。另外，在離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％(特別是0.7-1.0重量％)，這說明形成了圖17所示的第二硬化層103。圖19所示的是在離表面一定深度處的氮含量和氧含量的測(cè)量結(jié)果，使用了試樣編號(hào)S2的基材。
從此圖中可知，在經(jīng)表8所示表面硬化處理的試樣編號(hào)S2的基材中，擴(kuò)散了大量氮和氧，從而在離表面深達(dá)1微米的區(qū)域內(nèi)形成固溶體。在更深的區(qū)域中，擴(kuò)散了大量氧以形成固溶體。因此，可制得有內(nèi)硬化層的基材。試樣編號(hào)S2和S3的基材保持了和表面硬化處理之前的基材相同的鏡面表面外觀質(zhì)量。
然后，通過滾筒拋光對(duì)有內(nèi)硬化層的鈦基材進(jìn)行拋光。下面描述拋光方法。
首先，將基材置于離心滾筒拋光機(jī)的滾筒內(nèi)。
然后，在滾筒中放置胡桃木片和鋁基磨料作為研磨介質(zhì)，約進(jìn)行超過10小時(shí)的滾筒拋光，從鈦基材表面除去部分硬化層，所述部分在表面和0.7微米深度的范圍內(nèi)。通過該操作，可除去基材表面的細(xì)微不平整處，使基材表面更平整。因此，制成了具有散發(fā)均勻銀白色光澤的鏡面表面的鈦基材。因?yàn)槿缟纤龈倪M(jìn)了基材的鏡面表面外觀，并增加了它們裝飾價(jià)值，所以滾筒拋光是重要的。
雖然上述實(shí)施方式中采用的是滾筒拋光，但其它公知的機(jī)械拋光方法也可用，如磨輪拋光以及滾筒拋光和磨輪拋光的結(jié)合。
如果第一硬化層的表面被過度拋光，氮含量和氧含量低的區(qū)域、特別是氮含量低的區(qū)域會(huì)外露。也就是說，由于拋光進(jìn)行得過深，露出了硬度較低的區(qū)域，因此降低了基材的表面硬度。相反地，如果拋光的深度過小，則不能獲得美觀的鏡面表面。因此，從第一硬化層表面拋光的深度在0.1-3.0微米的范圍內(nèi)，優(yōu)選0.2-2.0微米，更優(yōu)選為0.5-1.0微米。如果拋光的深度在上述范圍內(nèi)，就能使基材的表面硬度保持足夠高，以用于實(shí)際使用，并獲得光滑的鏡面表面。具體地說，拋光后的基材只需要在負(fù)荷100克時(shí)具有500-800Hv的維克爾斯硬度即可。
在上述的表面硬化處理中，處理時(shí)間比常規(guī)硬化法如離子注入法、離子氮化法或碳化法短，而生產(chǎn)力比它們高。另外，由于經(jīng)表面硬化的鈦基材有達(dá)到離表面20微米深度的硬化層，即使長(zhǎng)期使用基材也不會(huì)擦傷。具體地說，通過滾筒拋光可獲得具有均勻光澤的鏡面表面，從而進(jìn)一步增加裝飾價(jià)值。
然后，作為硬化處理步驟中通入真空室1的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值姆磻?yīng)氣體，采用的是下列各種混合氣體，并能獲得相同的結(jié)果。下面描述該結(jié)果。
首先是采用在99.7％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.3％)水蒸氣而制得的混合氣體作為混合氣體。結(jié)果示于表9。
表9

表9中，試樣編號(hào)S5-S8是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的基材。
如表9所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S5(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出405的低維克爾斯硬度Hv。測(cè)量并發(fā)現(xiàn)該試樣在該深度處的氮含量為0.06重量％，這說明幾乎不含氮。也就是說，由此可見圖17所示的第一硬化層未形成。在離表面20微米深度處的氧含量為0.01重量％，說明第二硬化層103也未形成。
雖然試樣編號(hào)S8(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1400的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.2微米的大平均表面粗糙度Ra和80-250微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了鈦餐具用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S6和S7在離表面1.0微米深度處有820-940的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦餐具(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S6和S7中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量分別為0.6-8.0重量％(特別是0.9-1.6重量％)和1.0-14.0重量％(特別是2.0-2.5重量)，這說明形成了圖17所示的第一硬化層102。另外，在離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％(特別是0.8-1.2重量％)，這說明形成了圖17所示的第二硬化層103。圖20所示的是在離表面一定深度處的氮含量和氧含量的測(cè)量結(jié)果。作為測(cè)量對(duì)象，采用的是試樣編號(hào)S6的基材。
從該圖中可知，在表9所示的經(jīng)表面硬化的試樣編號(hào)S6的基材，擴(kuò)散了大量氮和氧，從而在離表面深達(dá)1微米的區(qū)域內(nèi)形成固溶體。在更深的區(qū)域中，擴(kuò)散了大量氧以形成固溶體。
然后，采用99.4％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.2％)氧氣和4000ppm(0.4％)氫氣而制得的混合氣體作為混合氣體。結(jié)果示于表10。
表10

表10中，試樣編號(hào)S9-S12是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的基材。
如表10所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S9(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦基材(試樣編號(hào)Sc)相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出370的低維克爾斯硬度Hv。雖然試樣編號(hào)S12(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1300的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.1微米的大平均表面粗糙度Ra和80-200微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了基材用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S10和S11在離表面1.0微米深度處有810-920的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦基材(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S11和S12中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表8的試樣編號(hào)S2和S3的基材，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖17所示的第一硬化層102。由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖17所示的第二硬化層103。
然后，采用在99.7％氮?dú)庵屑尤?500ppm(0.25％)水蒸氣和500ppm(0.05％)二氧化碳而制得的混合氣體作為混合氣體。結(jié)果示于表11。
表11

表11中，試樣編號(hào)S13-S16是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的基材。
如表11所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S13(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦基材Sc相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出340的低維克爾斯硬度Hv。雖然試樣編號(hào)S12(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1240的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.0微米的大平均表面粗糙度Ra和80-200微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了基材用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S14和S15在離表面1.0微米深度處有800-850的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦基材(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S14和S15中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表8的試樣編號(hào)S2和S3的基材，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖17所示的第一硬化層102。由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖17所示的第二硬化層103。
然后，采用在99.3％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.3％)乙醇而制得的混合氣體作為混合氣體。結(jié)果示于表12。
表12

表12中，試樣編號(hào)S17-S20是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的基材。
如表12所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S17(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦基材Sc相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出330的低維克爾斯硬度Hv。
雖然試樣編號(hào)S20(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1200的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.0微米的大平均表面粗糙度Ra和80-180微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了基材用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S18和S19在離表面1.0微米深度處有780-830的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-55微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦基材(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。
在試樣編號(hào)S18和S19中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表8的試樣編號(hào)S2和S3的基材，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖17所示的第一硬化層102。由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖17所示的第二硬化層103。
在上述實(shí)施方式的加熱步驟中，高度抽真空之后在真空下對(duì)基材進(jìn)行加熱以退火。由于氣氛無需限制于真空，加熱步驟可在不會(huì)與基材起反應(yīng)的惰性氣體如氦氣或氬氣的氣氛中進(jìn)行。在該情況下，真空室內(nèi)部還優(yōu)選處在減壓下。
在上述實(shí)施方式中，冷卻步驟和抽真空一起進(jìn)行。由于氣氛無需限制于真空，冷卻可在不會(huì)與鈦基材起反應(yīng)的惰性氣體如氦氣或氬氣的氣氛中進(jìn)行。但在該情況下，真空室內(nèi)部?jī)?yōu)選處在減壓下。
形成內(nèi)硬化層的第二實(shí)施方式下面描述形成內(nèi)硬化層的第二實(shí)施方式第二實(shí)施方式各步驟的目的和基本作用和前述第一實(shí)施方式相同。第二實(shí)施方式不同于第一實(shí)施方式之處在于，加熱步驟和硬化步驟在大氣壓下進(jìn)行。第二實(shí)施方式不同于第一實(shí)施方式之處還在于，在大氣壓下進(jìn)行加熱步驟時(shí)，將惰性氣體通入真空室，以防止基材與氮?dú)夂脱鯕獬煞忠酝獾碾s質(zhì)成分起反應(yīng)，因?yàn)榛氖怯苫钚越饘僦瞥伞?br> 在第二實(shí)施方式的加熱步驟中，優(yōu)選對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室以將壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，加熱在大氣壓下進(jìn)行。但是，也可以對(duì)真空室抽真空并在減壓下進(jìn)行加熱。如果在這種氣氛下進(jìn)行加熱步驟，就能防止鈦基材與氮?dú)夂脱鯕獬煞忠酝獾碾s質(zhì)(硬化處理步驟時(shí)通入)起反應(yīng)。
在加熱步驟之后的硬化處理步驟中，對(duì)真空室高度抽真空，以除去惰性氣體，然后將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室，將真空室的壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，并在700-800℃下加熱真空室1內(nèi)部，從而使氮和氧從基材的表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體。
作為混合氣體中以少量存在的氧氣成分，可采用各種含氧氣體。氧氣成分的例子包括氧氣、氫氣、水蒸汽、醇類氣體如乙醇和甲醇。此外，還有含水蒸氣的二氧化碳?xì)怏w或一氧化碳?xì)怏w。
硬化處理步驟之后，進(jìn)行將基材冷卻到室溫的冷卻步驟，冷卻步驟優(yōu)選相似于第一實(shí)施方式，在不同于硬化處理步驟中的氣氛下進(jìn)行。也就是說，冷卻步驟中優(yōu)選對(duì)真空室高度抽真空，以除去含氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，然后將惰性氣體通入真空室，將其調(diào)節(jié)為大氣壓，并將基材冷卻到室溫。也可在真空中進(jìn)行冷卻步驟。
下面描述本實(shí)施方式中表面處理方法的具體處理?xiàng)l件。
首先，對(duì)JIS定義的第二類鈦進(jìn)行相似于第一實(shí)施方式熱煅、冷煅或它們的結(jié)合，制成具有鈦基材所需形狀的鈦基材(要處理的部件)。
隨后，用磨輪拋光基材100，對(duì)基材表面進(jìn)行鏡面精加工。
然后，用圖18所示的表面處理裝置對(duì)基材100進(jìn)行表面硬化處理。
首先通過排氣管5用真空泵7抽吸真空室1中的氣體，將真空室抽真空到不大于1×10-2乇的壓力，該壓力下殘余氣體氣氛的影響被消除，然后關(guān)閉電磁閥8。接著開啟進(jìn)氣閥6，使氬氣(惰性氣體)經(jīng)進(jìn)氣管4通入真空室1，并開啟大氣排放管9的排氣閥10，將真空室1中的壓力調(diào)節(jié)為大氣壓。在該氣氛下，用加熱器3于650-830℃的溫度下對(duì)基材100加熱30分鐘，以進(jìn)行退火(加熱步驟)。
然后，關(guān)閉大氣排放管9的排氣閥10和進(jìn)氣管4的進(jìn)氣閥6，開啟排氣管5的電磁閥8，用真空泵7抽真空。抽真空持續(xù)到真空室1中的壓力變成小于1×10-2乇。
在此之后，關(guān)閉排氣管5的電磁閥8，開啟進(jìn)氣管4的進(jìn)氣閥6，將在99.7％氮?dú)庵屑尤?000ppm(0.3％)水蒸氣而制成的混合氣體通入真空室1。同時(shí)，開啟大氣排放管9的排氣閥10，將真空室1的內(nèi)壓調(diào)節(jié)為大氣壓，并在保持和退火幾乎相同的溫度(650-830℃)下對(duì)基材加熱5小時(shí)(硬化處理步驟)。通過硬化處理步驟，氮104和氧105被吸收在基材100的表面上，從基材100的表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體，從而形成了有第一硬化層102和第二硬化層103的內(nèi)硬化層101(見圖17)。
在硬化處理步驟之后，關(guān)閉大氣排放管9的排氣閥10和進(jìn)氣管4的進(jìn)氣閥6，并開啟排氣管5的電磁閥8，用真空泵7將真空室1內(nèi)部抽真空到不大于1×10-2乇的壓力，并除去混合氣體。然后，關(guān)閉排氣管5的電磁閥8，開啟進(jìn)氣管4的進(jìn)氣閥6，通入氬氣。同時(shí)，開啟大氣排放管9的排氣閥10，將真空室1的內(nèi)壓調(diào)節(jié)為大氣壓。在該氣氛下，將基材冷卻到室溫(冷卻步驟)。
在第二實(shí)施方式中，采用具有鏡面表面外觀并由JIS定義的第二類鈦制成的基材作為基材(要處理的部件)。用在650-830℃范圍內(nèi)變化的處理溫度進(jìn)行加熱步驟和硬化處理步驟。此后，測(cè)量和評(píng)價(jià)硬度、表面粗糙度和表面結(jié)構(gòu)中的晶粒大小。
硬度用維克爾斯硬度儀(負(fù)荷100克)測(cè)量，離表面1.0微米深度處的維克爾斯硬度Hv不小于750的基材是合格的。
表面粗糙度通過用表面粗糙度計(jì)測(cè)量平均表面粗糙度Ra來評(píng)價(jià)，平均表面粗糙度Ra不大于0.4微米的基材是合格的。
晶粒大小Rc通過用電子顯微鏡觀察表面晶體結(jié)構(gòu)來測(cè)量，晶粒大小為20-65微米的基材是合格的。
結(jié)果示于表13。
表13

表13中，試樣編號(hào)S21-S24是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的基材。
如表13所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S21(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦基材Sc相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出360的低維克爾斯硬度Hv。雖然試樣編號(hào)S24(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1410的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.3微米的大平均表面粗糙度Ra和80-250微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離基材用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S22和S23在離表面1.0微米深度處有840-1050的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦基材(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。在試樣編號(hào)S22和S23中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表8的試樣編號(hào)S2和S3的鈦基材，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖17所示的第一硬化層102。
由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖17所示的第二硬化層103。因此獲得有內(nèi)硬化層的鈦基材。試樣編號(hào)S22和S23的基材保持了和表面硬化處理之前的基材相同的鏡面表面質(zhì)量。然后，將氦氣作為硬化處理步驟中通入真空室1的惰性氣體，獲得相同的結(jié)果。用在650-830℃范圍內(nèi)變化的處理溫度進(jìn)行加熱步驟和硬化處理步驟，相似于第二實(shí)施方式。此后，測(cè)量和評(píng)價(jià)硬度、表面粗糙度、表面結(jié)構(gòu)中的晶粒大小。將氦氣用作惰性氣體時(shí)獲得的結(jié)果示于表14。
表14

表14中，試樣編號(hào)S25-S28是通過改變加熱步驟和硬化處理步驟中的處理溫度而制成的基材。
如表14所示，表面處理之后，試樣編號(hào)S25(處理溫度650℃)的平均表面粗糙度Ra和晶粒大小Rc和未處理的純鈦基材Sc相同，并保持了良好的外觀質(zhì)量。但是，它在離表面1.0微米深度處顯示出330的低維克爾斯硬度Hv。雖然試樣編號(hào)S28(處理溫度830℃)在離表面1.0微米深度處有1220的高維克爾斯硬度Hv，但它有1.0微米的大平均表面粗糙度Ra和80-200微米的大晶粒大小，并可觀察到表面明顯變粗糙。這種表面變粗糙偏離了基材用作裝飾品時(shí)的公差。
相反地，試樣編號(hào)S26和S27在離表面1.0微米深度處有780-840的足夠高的維克爾斯硬度Hv、0.25-0.3微米的平均表面粗糙度Ra和30-60微米的晶粒大小Rc，并保持了和未處理的純鈦基材(試樣編號(hào)Sc)相同的良好外觀質(zhì)量。在試樣編號(hào)S26和S27中，在離表面1.0微米深度處的氮含量和氧含量近似于表8的試樣編號(hào)S2和S3的基材，分別為0.6-8.0重量％和1.0-14.0重量％。估計(jì)形成了圖17所示的第一硬化層102。
由于離表面20微米深度處的氧含量為0.5-14.0重量％，估計(jì)也形成了圖17所示的第二硬化層103。
在本實(shí)施方式中，加熱步驟在氦氣氛中于大氣壓下或在氬氣氛中于大氣壓下進(jìn)行，但是該氣氛無需限制于這些氣體，并且加熱步驟可在真空下進(jìn)行。
在本實(shí)施方式中，冷卻步驟在氦氣氛中于大氣壓下或在氬氣氛中于大氣壓下進(jìn)行，但是該氣氛無需限制于這些氣體，并且冷卻步驟可在真空下進(jìn)行。
本發(fā)明不限制于上述實(shí)施方式，在上述的各實(shí)施方式中，都用加熱器3對(duì)鈦基材加熱，來擴(kuò)散氮和氧以形成固溶體。但也可用等離子體來擴(kuò)散氮和氧，以在鈦基材中形成固溶體。
在硬化處理步驟中通入真空室1的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w，不限制于上述各實(shí)施方式所用的混合氣體。也可用在氮?dú)庵屑尤牒鯕獬煞值母鞣N氣體如一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳或二氧化碳而獲得的混合氣體。還可在混合氣體中加入少量的惰性氣體，如氦氣、氖氣、氬氣或含有氫氣成分、硼成分或碳成分的氣體。
在上述各實(shí)施方式中，加熱步驟的處理時(shí)間為30分鐘，但處理時(shí)間不限于此，它可以是在30分鐘-2小時(shí)范圍內(nèi)任意確定的。
在上述各實(shí)施方式中，硬化處理步驟的處理時(shí)間為5小時(shí)，但處理時(shí)間不限于此，它可以是任意確定的。但是，如果硬化處理步驟的處理時(shí)間短于1小時(shí)，就不能充分?jǐn)U散氮和氧以形成固溶體，恐怕也不能達(dá)到所需的硬度。另一方面，如果硬化處理步驟的處理時(shí)間長(zhǎng)于10小時(shí)，鈦餐具上易產(chǎn)生表面變粗糙。因此，硬化處理步驟的處理時(shí)間優(yōu)選在1-10小時(shí)的范圍內(nèi)。
實(shí)施例實(shí)施例1用金黃色調(diào)的硬質(zhì)裝飾鍍膜涂布有如上述形成的內(nèi)硬化層的鈦基材。下面參照?qǐng)D21描述該操作。
如圖所示，通過離子鍍敷法即干鍍法，在照相機(jī)機(jī)身(基材100)表面上形成的內(nèi)硬化層101上，形成由氮化鈦制成的TiN鍍膜23作為金黃色裝飾鍍膜。
下面描述形成TiN鍍膜23的方法。
首先，用有機(jī)溶劑如清洗有如上形成的內(nèi)硬化層101的照相機(jī)機(jī)身100，并將其放在離子鍍敷裝置(未示出)中。離子鍍敷裝置是常用裝置，所以本文省略對(duì)該裝置的描述。
隨后，將該裝置抽真空到1.0×10-5乇的壓力，并將氬氣(惰性氣體)通入裝置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。
然后，啟動(dòng)裝在該裝置中的熱離子燈絲和等離子電極，產(chǎn)生氬氣等離子體。同時(shí)，對(duì)照相機(jī)機(jī)身100施加-50伏的電勢(shì)，進(jìn)行10分鐘的轟擊清掃。
接著，停止通入氬氣，將氮?dú)馔ㄈ朐撗b置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。
裝在裝置中的等離子槍產(chǎn)生等離子體之后，鈦被氣化10分鐘，在照相機(jī)機(jī)身的內(nèi)硬化層101上形成厚度為0.5微米的TiN鍍膜23。
由此制成的照相機(jī)機(jī)身顯示出均勻的金黃色調(diào)，因?yàn)門iN鍍膜23有相似于金的光學(xué)性能。因?yàn)檫@種緣故，進(jìn)一步增強(qiáng)了照相機(jī)機(jī)身的裝飾價(jià)值。
涂有TiN鍍膜23的照相機(jī)機(jī)身在負(fù)荷100克時(shí)的表面硬度(Hv)高達(dá)800。涂有TiN鍍膜23的照相機(jī)機(jī)身有優(yōu)良的耐磨性、耐腐蝕性和耐擦傷性。另外，即使對(duì)鍍膜表面施加強(qiáng)力，基材表面也幾乎不形成不平整處，并且不會(huì)產(chǎn)生鍍膜脫離。
如上所述，通過形成比內(nèi)硬化層101更硬的TiN鍍膜23，經(jīng)表面硬化處理的照相機(jī)機(jī)身就不易擦傷。
干鍍法不限于上述的離子鍍敷法，還可用各種公知的方法，如噴鍍法和真空沉積法。
作為干鍍法形成的金黃色硬質(zhì)鍍膜，可采用周期表4a、5a或6a族元素(Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W)的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物制成的硬質(zhì)鍍膜。
如果周期表4a、5a或6a族元素用M表示，M的氮化物用MNx表示，隨著表示氮化程度的x值越小于1，元素M的氮化物MNx的硬質(zhì)涂層就由金黃色越接近淡黃色。隨著表示氮化程度的x值越大于1，鍍膜的金黃色就越帶紅色。當(dāng)x值在0.9-1.1范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)形成顯示出接近于金或金合金顏色的金黃色氮化物MNx的鍍膜。特別是當(dāng)指示氮化程度的x值為1時(shí)，元素M的氮化物MNx的鍍膜不僅具有足夠硬度，而且還顯示出最接近金或金合金顏色的金黃色。
和上文相似，通過將周期表中4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物的碳化程度、氧化程度或氮化程度控制在給定范圍中，可獲得最接近金或金合金顏色的金黃色鍍膜。具體地說，TiN鍍膜和ZrN鍍膜是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兌疾粌H具有足夠硬度，而且還顯示出最接近金或金合金顏色的金黃色。
當(dāng)元素M的氮化物MNx的膜厚過小時(shí)，鍍膜沒有足夠的耐磨性、耐腐蝕性、和耐擦傷性。另一方面，當(dāng)鍍膜厚度過大時(shí)，成膜時(shí)間長(zhǎng)，且鍍膜的成本變高。因此，元素M的氮化物MNx的鍍膜的厚度優(yōu)選控制在0.1-10微米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為0.2-5微米。
實(shí)施例2用色調(diào)不同于實(shí)施例1的硬質(zhì)裝飾鍍膜涂布有用和實(shí)施例1相同方法形成的內(nèi)硬化層的移動(dòng)電話機(jī)身(鈦基材100)。下面參照?qǐng)D22描述該操作。
如圖所示，通過干鍍法，在移動(dòng)電話機(jī)身表面的內(nèi)硬化層101上，形成由碳化鈦制成的TiC鍍膜24作為白色調(diào)硬質(zhì)裝飾鍍膜。也就是說，使用離子鍍敷法即干鍍法，使鈦在乙烯氣氛中氣化，以將TiC鍍膜24涂布在移動(dòng)電話機(jī)身表面。其它涂布條件和實(shí)施例1相同。
由此制成的移動(dòng)電話機(jī)身由于涂布了TiC鍍膜24，顯示出均勻的白色調(diào)。由于這種緣故，進(jìn)一步增加了移動(dòng)電話機(jī)身的裝飾價(jià)值。涂有TiC鍍膜24的移動(dòng)電話機(jī)身在負(fù)荷100克下的表面硬度(Hv)高達(dá)800。涂有TiN鍍膜24的移動(dòng)電話機(jī)身有優(yōu)良的耐磨性、耐腐蝕性和耐擦傷性。
如上所述，通過形成比內(nèi)硬化層101更硬的TiC鍍膜24，經(jīng)表面硬化處理的移動(dòng)電話機(jī)身就不易擦傷。
實(shí)施例3在有用和實(shí)施例1相同方法形成的內(nèi)硬化層的便攜式收音機(jī)機(jī)身(鈦基材100)上，形成硬碳鍍膜作為黑色調(diào)硬質(zhì)裝飾鍍膜。由于硬碳鍍膜具有近似于金剛石的優(yōu)良性質(zhì)，該膜被廣泛稱之為“類金剛石碳(diamond-like carbon)”。下面參照?qǐng)D23描述該操作。
如圖所示，通過干鍍法，在便攜式收音機(jī)機(jī)身表面的內(nèi)硬化層101上，形成了黑色調(diào)硬碳鍍膜25。
形成硬碳鍍膜25的方法例如下述。
首先，用有機(jī)溶劑如異丙醇清洗有內(nèi)硬化層101的便攜式收音機(jī)機(jī)身并將其置于真空裝置中。使用高頻率等離子CVD法，于下列條件下在內(nèi)硬化層101表面形成厚度為2微米的硬碳鍍膜(碳硬質(zhì)裝飾鍍膜)25。
硬碳鍍膜的形成條件氣體類型甲烷氣成膜壓力0.1乇高頻率功率300瓦成膜速率0.1微米/分鐘通過上述操作，內(nèi)硬化層101上形成了具有高粘合強(qiáng)度的硬碳鍍膜25。
由此制成的便攜式收音機(jī)機(jī)身由于涂布了硬碳鍍膜鍍膜25，顯示出均勻的黑色調(diào)。由于這種緣故，進(jìn)一步增加了便攜式收音機(jī)機(jī)身的裝飾價(jià)值。
涂有硬碳鍍膜25的便攜式收音機(jī)機(jī)身的表面硬度(Hv)高達(dá)3000-5000。通過形成比內(nèi)硬化層101更硬的鍍膜25，經(jīng)表面硬化處理的便攜式收音機(jī)機(jī)身就不易擦傷。
硬碳鍍膜25的厚度優(yōu)選控制在0.1-3.0微米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為0.5-2.5微米。
為形成硬碳鍍膜25，不僅可采用RFP-CVD法，而且還可采用其它各種氣相成膜法，如DC等離子CVD法和ECR法。另外，還可采用物理沉積法如離子束法、噴鍍法和離子鍍敷法。
優(yōu)選在內(nèi)硬化層101和硬碳鍍膜25之間形成中間層鍍膜26，因?yàn)檫@可使硬碳鍍膜25更強(qiáng)地粘合在基材1表面上。
形成中間層26的方法是例如下述。
通過干鍍法如噴鍍法，在內(nèi)硬化層101上形成厚度為0.1微米的主要由鈦制成的Ti鍍膜26a作為下層。然后，用噴鍍法在Ti鍍膜26a上形成厚度為0.3微米的主要由硅制成的Si鍍膜26b作為上層。
在此之后，于前述條件下，用例如高頻率等離子CVD法，在Si鍍膜26b上形成厚度2微米的硬碳鍍膜25。
Ti鍍膜26a可用鉻(Cr)鍍膜來代替。Si鍍膜26b可用鍺(Ge)鍍膜來代替。
另外，可采用主要由鎢、碳化鎢、碳化硅和碳化鈦中任何一種制成的上層，來代替主要由硅制成的Si鍍膜26b(上層)。
可形成由IVa或Va族金屬的碳化鎢制成的單層作為中間層，來代替這種層合鍍膜。含過量碳的碳化鈦鍍膜是特別優(yōu)選的，因?yàn)樗鼘?duì)碳硬質(zhì)裝飾鍍膜有高度的粘合強(qiáng)度。
實(shí)施例4用金黃色調(diào)硬質(zhì)裝飾鍍膜涂布有用和實(shí)施例1相同方法形成的內(nèi)硬化層的攝像機(jī)機(jī)身(鈦基材100)的部分表面。下面參照?qǐng)D25-圖27描述該操作。
如圖26所示，用離子鍍敷法即干鍍法，在攝像機(jī)機(jī)身的部分表面上形成由氮化鈦制成的TiN鍍膜27作為金黃色調(diào)硬質(zhì)裝飾鍍膜。
下面描述局部形成金黃色TiN鍍膜27的方法。
首先，在上面形成了內(nèi)硬化層101的攝像機(jī)機(jī)身的所需表面區(qū)域上，印刷包含環(huán)氧樹脂或掩蔽油墨的有機(jī)掩蔽劑，形成如圖25所示的掩蔽層28。
然后，用有機(jī)溶劑如異丙醇清洗上面形成了掩蔽層28的攝像機(jī)機(jī)身，并將其放在離子鍍敷裝置中。離子鍍敷裝置是常用裝置，所以本文省略對(duì)其描述。
接著，將該裝置抽真空到1.0×10-5乇的壓力，并將氬氣通入裝置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。
隨后，啟動(dòng)裝在該裝置中的熱離子燈絲和等離子電極，產(chǎn)生氬氣等離子體。同時(shí)，對(duì)攝像機(jī)機(jī)身施加-50伏的電勢(shì)，進(jìn)行10分鐘的轟擊清掃。
然后，停止通入氬氣，將氮?dú)馔ㄈ朐撗b置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。裝在裝置中的等離子槍產(chǎn)生等離子體之后，鈦被氣化10分鐘。通過上述操作，如圖26所示，在攝像機(jī)機(jī)身的硬化層101表面形成厚度為0.5微米的TiN鍍膜27，并在攝像機(jī)機(jī)身的掩蔽層28表面形成厚度為0.5微米的TiN鍍膜27a。
接著，用乙基甲基酮(EMK)或用在乙基甲基酮(EMK)中加入甲酸和過氧化氫而形成的剝離溶液使掩蔽層302溶脹，用除去法除去掩蔽層28和層合于其上的TiN鍍膜。
通過去除操作，獲得部分涂布了TiN鍍膜27而顯示出金黃色調(diào)和部分未涂布TiN鍍膜而顯示出銀白色調(diào)的攝像機(jī)機(jī)身。因此，能增加攝像機(jī)機(jī)身的裝飾價(jià)值。
作為掩蔽方法，不僅可采用本實(shí)施例所述的化學(xué)掩蔽層，而且還可采用機(jī)械掩蔽方法。也就是說，在形成氮化鈦鍍膜之前，用罩子覆蓋攝像機(jī)機(jī)身的所需部位。然后，形成氮化鈦鍍膜，隨后移去罩子。結(jié)果，攝像機(jī)機(jī)身用罩子覆蓋的部位未涂布氮化鈦鍍膜，而未覆蓋罩子的部位為氮化鈦鍍膜所涂布。
在本實(shí)施例中，采用氮化鈦鍍膜作為形成在攝像機(jī)機(jī)身的部分表面上的硬質(zhì)裝飾鍍膜。如實(shí)施例1所述，可采用周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物制成的鍍膜，作為用干鍍法形成的金黃色硬質(zhì)裝飾鍍膜。
具體地說，可用實(shí)施例2所用的碳化鈦鍍膜來局部涂布攝像機(jī)機(jī)身的表面。在這種情況下，獲得部分涂布了碳化鈦鍍膜而顯示出白色調(diào)和部分未涂布碳化鈦鍍膜而顯示出銀白色調(diào)的鈦或鈦合金攝像機(jī)機(jī)身。
也可用實(shí)施例3所用的硬碳鍍膜作為形成在部分表面的硬質(zhì)裝飾鍍膜。在這種情況下，獲得部分涂布了硬碳鍍膜而顯示出黑色調(diào)和部分未涂布硬碳鍍膜而顯示出銀白色調(diào)的鈦或鈦合金攝像機(jī)機(jī)身。
實(shí)施例5
在有用和實(shí)施例1相同方法形成的內(nèi)硬化層的打火機(jī)機(jī)身(鈦或鈦合金鋼基材100)表面上，形成金黃色調(diào)硬質(zhì)裝飾鍍膜。金黃色硬質(zhì)裝飾鍍膜上還形成金合金鍍膜。下面參照?qǐng)D28描述該操作。
如圖所示，用離子鍍敷法即干鍍法，在有內(nèi)硬化層101的打火機(jī)機(jī)身表面上形成由氮化鈦制成的TiN鍍膜29作為金黃色調(diào)硬質(zhì)裝飾鍍膜。然后，在TiN鍍膜29上形成金-鈦合金鍍膜30作為金合金鍍膜。
下面描述本實(shí)施例中形成TiN鍍膜29和金-鈦合金鍍膜30的方法。
首先，用有機(jī)溶劑如異丙醇清洗上面形成了內(nèi)硬化層101的打火機(jī)機(jī)身，并將該其放在離子鍍敷裝置中。離子鍍敷裝置是常用裝置，所以本文省略對(duì)其描述。
接著，將該裝置抽真空到1.0×10-5乇的壓力，并將氬氣(惰性氣體)通入裝置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇。
隨后，啟動(dòng)裝在該裝置中的熱離子燈絲和等離子電極，產(chǎn)生氬氣等離子體。同時(shí)，對(duì)打火機(jī)機(jī)身施加-50伏的電勢(shì)，進(jìn)行10分鐘的轟擊清掃。
裝在裝置中的等離子槍產(chǎn)生等離子體之后，鈦被氣化10分鐘，在打火機(jī)機(jī)身的整個(gè)表面上形成厚度為0.5微米的TiN鍍膜29。
停止氣化鈦和通入氬氣，并將該裝置抽真空到1.0×10-5乇的壓力。
然后將氬氣通入該裝置，直到壓力變?yōu)?.0×10-3乇，以產(chǎn)生等離子體，并氣化由50原子％金和50原子％鈦組成的金-鈦混合物，形成金-鈦合金鍍膜30作為金合金鍍膜。當(dāng)金-鈦合金鍍膜30的厚度變?yōu)?.3微米時(shí)，停止氣化金-鈦混合物。
制成的打火機(jī)機(jī)身具有出均勻的金黃色調(diào)。因此，就能進(jìn)一步增強(qiáng)打火機(jī)機(jī)身的裝飾價(jià)值。通過形成作為最外層的金-鈦合金鍍膜30，獲得了顯示出的金黃色調(diào)比TiN鍍膜29的金黃色更暖的打火機(jī)機(jī)身。因此，能進(jìn)一步改進(jìn)打火機(jī)機(jī)身的外觀。
通常，金合金鍍膜本身沒有有效的耐磨性、耐腐蝕性和耐擦傷性，除非它的厚度超過10微米。金是極為昂貴的金屬。因此，形成高厚度的金合金鍍膜會(huì)大大增加鍍膜的成本。但在本實(shí)施例中，硬質(zhì)TiN鍍膜形成在最外層的金合金鍍膜下面。由于TiN鍍膜具有優(yōu)良的耐磨性、耐腐蝕性和耐擦傷性，作為最外層的金合金鍍膜可以是薄的。因此，可減少昂貴的金的用量，并因而降低鍍膜的成本。
可以局部磨掉薄金合金鍍膜最外層，使TiN鍍膜外露。但最外層上卻沒有任何明顯的局部磨損，這是因?yàn)門iN鍍膜具有相似于金的光學(xué)性能，并顯示出金黃色調(diào)，在顯示金黃色調(diào)的金合金鍍膜最外層磨去部分下面，出現(xiàn)了顯示出相同金黃色的TiN鍍膜。因此，即使將金合金鍍膜最外層變薄，其磨損也不會(huì)明顯可見，并能保持漂亮的外觀和裝飾價(jià)值。
在本實(shí)施例中，采用氮化鈦鍍膜作為硬質(zhì)裝飾鍍膜。而且，采用由周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物制成的鍍膜作為由干鍍法形成的金黃色硬質(zhì)裝飾鍍膜。
除了金-鈦合金鍍膜以外，也可形成由金和至少一種選自下列的金屬的合金制成的鍍膜作為金合金鍍膜，這些金屬有Al、Si、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Hf、Ta、W、Ir和Pt。
但是，如果鍍有選自上述金屬的混合物的金合金鍍膜的打火機(jī)機(jī)身與皮膚接觸，像汗這樣的電解液會(huì)洗脫金屬離子，結(jié)果與打火機(jī)機(jī)身接觸的皮膚會(huì)發(fā)生金屬過敏(metallicallergy)。特別是洗脫的鎳離子，公知這是導(dǎo)致大多數(shù)金屬過敏癥的金屬離子。相反地，鐵是極少導(dǎo)致金屬過敏癥的金屬。尚無鈦金屬引起過敏癥的任何報(bào)道。因此從金屬過敏來看，金-鐵合金鍍膜或金-鈦合金鍍膜是優(yōu)選作為金合金鍍膜，用作最外層鍍膜。
實(shí)施例6僅在實(shí)施例4中所述的形成在部分基材表面的金黃色調(diào)硬質(zhì)裝飾鍍膜上，形成實(shí)施例5中所述的金合金鍍膜。本實(shí)施例示于圖29和圖30。
下面簡(jiǎn)要描述局部形成由氮化鈦制成的TiN鍍膜31作為金黃色調(diào)硬質(zhì)裝飾鍍膜和形成金-鈦合金鍍膜32作為金合金鍍膜的方法。
首先，在有內(nèi)硬化層101的個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼(鈦基材100)的所需表面區(qū)域上，印刷上包含環(huán)氧樹脂或掩蔽油墨的有機(jī)掩蔽劑，以形成掩蔽層33。
然后，用有機(jī)溶劑如異丙醇清洗上面形成了掩蔽層33的個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼，并將其放在離子鍍敷裝置中。
使用離子鍍敷法即干鍍法，在個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼的內(nèi)硬化層101表面和掩蔽層33表面上形成TiN鍍膜31和厚度為0.5微米的31a。
隨后，在TiN鍍膜31、31a上，形成厚度為0.3微米的金-鈦合金鍍膜32、32a。
接著，將個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼浸沒在乙基甲基酮(EMK)或在乙基甲基酮(EMK)中加入甲酸和過氧化氫而形成的剝離溶液中，使掩蔽層33潤(rùn)濕，并用除去法除去掩蔽層33、層合于其上的TiN鍍膜31a和金-鈦合金鍍膜32a。
通過去除操作，獲得部分涂布了TiN鍍膜31和金-鈦合金鍍膜32而顯示出金黃色調(diào)和部分未涂布TiN鍍膜和金-鈦合金鍍膜而顯示出鈦或鈦合金鋼的銀白色調(diào)的個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼。
本實(shí)施例也可采用實(shí)施例5中所述的除氮化鈦鍍膜以外的各種硬質(zhì)裝飾鍍膜。另外，也可采用除金-鈦合金鍍膜以外的各種金合金鍍膜。
實(shí)施例7在有用和實(shí)施例1相同方法形成的內(nèi)硬化層的基材表面，形成第一硬質(zhì)裝飾鍍膜。在第一硬質(zhì)裝飾鍍膜的部分表面，形成顯示出的顏色不同于第一裝飾鍍膜的第二硬質(zhì)裝飾鍍膜。下面參照?qǐng)D31-圖33描述該操作。
如圖31所示，用和實(shí)施例1相同的方法，在有內(nèi)硬化層101的表殼(基材100)表面，形成了由氮化鈦制成的金黃色調(diào)TiN鍍膜23作為第一硬質(zhì)裝飾鍍膜。在TiN鍍膜23的所需表面區(qū)域上，印刷上包含環(huán)氧樹脂或掩蔽油墨的有機(jī)掩蔽劑，以形成掩蔽層33。
然后，如圖32所示，用和實(shí)施例2相同的方法，在TiN鍍膜23表面上形成由碳化鈦制成的白色調(diào)TiC鍍膜34作為第二硬質(zhì)裝飾鍍膜，并用類似方法在掩蔽層33表面上形成TiC鍍膜34a。
隨后，將基材100浸沒在剝離溶液中，使掩蔽層33潤(rùn)濕，用除去法除去掩蔽層33和層合于其上的TiC鍍膜34a。
通過去除操作，如圖33所示，白色TiC鍍膜34層合在金黃色TiN鍍膜23的部分表面上。因此，獲得部分涂布了TiN鍍膜23而顯示出金黃色調(diào)和部分未涂布TiN鍍膜而顯示出白色調(diào)的表殼。
因此，能進(jìn)一步增加表殼的裝飾價(jià)值。通過形成比由內(nèi)硬化層101更硬的TiN鍍膜23和TiC鍍膜34，能使經(jīng)表面硬化處理的表殼不易擦傷。
作為本實(shí)施例中的硬質(zhì)裝飾鍍膜，可采用實(shí)施例5中所述的除氮化鈦和碳化鈦鍍膜以外的各種硬質(zhì)裝飾鍍膜。另外，第一硬質(zhì)裝飾鍍膜和第二硬質(zhì)裝飾鍍膜中任何一種都能用實(shí)施例3中所述的碳硬質(zhì)裝飾鍍膜來代替。掩蔽層13的類型和剝離溶液的類型可根據(jù)所用鍍膜的類型來合理選擇。
如果周期表4a、5a或6a族元素用M表示，M的氮化物用MNx表示，第一硬質(zhì)裝飾鍍膜和第二硬質(zhì)裝飾鍍膜都可制成MNx鍍膜。在這種情況下，如果這些鍍膜是由此形成的，表示第一硬質(zhì)裝飾鍍膜氮化程度的x值不同于表示第二硬質(zhì)裝飾鍍膜氮化程度的x值，可將第一硬質(zhì)裝飾鍍膜和第二硬質(zhì)裝飾鍍膜的色調(diào)制成互不相同。這同樣適用于碳化物、氧化物、氮化-碳化物和氮化-碳化-氧化物。
實(shí)施例8在有用和實(shí)施例1相同方法形成的內(nèi)硬化層的基材的部分表面上，形成第一硬質(zhì)裝飾鍍膜。在基材表面的不同部分上，還形成顯示出的顏色不同與第一裝飾鍍膜的第二硬質(zhì)裝飾鍍膜。下面參照?qǐng)D34-圖36描述該操作。
如圖34所示，用和實(shí)施例4相同的方法，用由氮化鈦制成的金黃色調(diào)TiN鍍膜27涂布有內(nèi)硬化層101的表帶鏈(基材100)部分表面，作為第一硬質(zhì)裝飾鍍膜。在TiN鍍膜27的表面及其表鏈表面的連續(xù)和所需區(qū)域上，形成掩蔽層35。
然后，如圖35所示，用和實(shí)施例2相同的方法，在TiN鍍膜27表面、掩蔽層35和表鏈其余區(qū)域上形成由碳化鈦制成的白色調(diào)TiC鍍膜36，作為第二硬質(zhì)裝飾鍍膜。
隨后，將基材100浸沒在剝離溶液中，使掩蔽層35潤(rùn)濕，用除去法除去掩蔽層35和層合于其上的TiC鍍膜36。
通過去除操作，獲得如圖36所示的部分涂布了TiN鍍膜27而顯示出金黃色調(diào)、部分涂布了TiC鍍膜36而顯示出白色調(diào)和部分露出101的表面的三色表帶。因此，能進(jìn)一步增加表帶的裝飾價(jià)值。
第一硬質(zhì)裝飾鍍膜和第二硬質(zhì)裝飾鍍膜或剝離溶液和掩蔽層可根據(jù)實(shí)施例7的描述來選擇。實(shí)施例5中所述的金合金鍍膜可形成在第一硬質(zhì)裝飾鍍膜和第二硬質(zhì)裝飾鍍膜中的任何一個(gè)或兩者上。
在實(shí)施例2、4-8中，雖然采用離子鍍敷法作為干鍍法，但也可用其它公知的成膜方法，如噴鍍法和真空沉積法。
關(guān)于實(shí)施例2-8中制成的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，和實(shí)施例1中制成的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材相似，即使對(duì)鍍膜表面施加強(qiáng)力，基材表面也幾乎不會(huì)形成不平整，且鍍膜不會(huì)從基材脫離。
刀叉餐具下面參照附圖描述本發(fā)明的刀叉餐具。
圖37和圖38涉及本發(fā)明的實(shí)施方式。圖37是匙的前剖視圖，圖38是圖37匙的俯視圖。
參見圖37和圖38，編號(hào)41是匙的操作部分(刀叉餐具主體)，用該部分來舀起食物以進(jìn)食。操作部分41由較為輕質(zhì)的金屬元件如鈦材料制成，并有形成于從表面到所需深度的硬化層。(硬化層中擴(kuò)散了氮和氧以形成固溶體。)編號(hào)42是手柄，它包含例如Mitsubishi Chemical Corp.制造的彈性樹脂，“烯烴基專用共聚物軟質(zhì)樹脂”。手柄42由手柄主體42a和手柄末端42b組成，它們?cè)谶B接點(diǎn)45處通過粘合劑、焊接(超聲波焊接)等互相連接。手柄42包括形成在其手柄區(qū)域中的中空部分43，并因此具有漂浮功能。匙的操作部分41(刀叉餐具主體)和手柄主體42a在接點(diǎn)44處通過將熱塑性樹脂鑲嵌模塑到匙50中來互相連接。
在鑲嵌模塑之后，手柄主體42a和手柄末端42b使用粘合劑或焊接這樣的連接方法來連為一體。
彈性樹脂的比重低，能生產(chǎn)出輕質(zhì)物品，并具有耐熱性和柔性，所以廣泛用于藥瓶、食品、日用雜貨等的領(lǐng)域中。因此，當(dāng)采用彈性樹脂作為匙的手柄時(shí)，手柄表現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)。例如，它的份量輕，并易于握住而不會(huì)打滑。
另外，通過用所需顏色對(duì)彈性樹脂上色，或在樹脂模塑時(shí)制出記號(hào)或各種裝飾花紋，可改進(jìn)手柄42的裝飾質(zhì)量，使人們更樂意使用該匙。
下面描述上述結(jié)構(gòu)的作用和效果。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，通過在手柄中提供中空部分作為漂浮裝置，當(dāng)匙處于水中時(shí)，手柄部分起漂浮體的作用，并且匙不會(huì)沉到水中。另外，手柄通過樹脂的鑲嵌模塑而形成，當(dāng)然是連接可靠的。此外，匙的份量輕，易于握住而不會(huì)打滑，所以該匙對(duì)嬰兒和老人來說容易使用。還有，通過對(duì)樹脂上色或在樹脂上制出記號(hào)或裝飾花紋，能增加裝飾質(zhì)量，當(dāng)嬰兒和兒童使用這種匙吃校餐時(shí)能給予他們雙份的快樂。另外，可以低成本生產(chǎn)這種匙。
作為手柄的漂浮裝置，雖然在手柄部分形成了中空部分，但是漂浮裝置不限于中空部分。當(dāng)然，還可用比重比水輕的部件來填充中空部分，例如泡沫制品。
雖然上面是參照匙來描述本發(fā)明實(shí)施方式的，但可用叉部分、刀部分等來代替它的刀叉餐具主體(操作部分)，使使用范圍擴(kuò)展到所有刀叉餐具。
作為匙操作部分的材料，雖然上面描述了鈦為最佳實(shí)施方式，但材料不限于鈦，還可用其它金屬，如鈦合金、SUS、銀和銀合金。在上述實(shí)施方式中，雖然所提供的硬化層處于匙操作部分鈦材料內(nèi)，但可在鈦材料表面上提供TiN、TiC等的硬質(zhì)薄膜，或鈦材料可按原來形式而不提供硬化層。
由于上述實(shí)施方式的刀叉餐具能漂浮在清洗盆的水中，所以能進(jìn)行衛(wèi)生和省力的清洗和干燥，如將刀叉餐具經(jīng)分段安裝的裝置來自動(dòng)清洗和自動(dòng)干燥。例如，先將刀叉餐具投入水蒸氣，然后在第一清洗盆，用超聲波或來自盆底表面的氣泡來清洗(預(yù)清洗)刀叉餐具。在第一清洗盆的另一端旋轉(zhuǎn)滾子。然后將刀叉餐具放在滾子上，傳送到下一個(gè)盆子(第二清洗盆)。在第二清洗盆中清洗(精洗)刀叉餐具，接著傳送到干燥盆。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，通過形成從表面深達(dá)一定深度區(qū)域的硬化層，可獲得具有優(yōu)良外觀質(zhì)量、不易擦傷、并且即使長(zhǎng)期使用仍能保持美觀鏡面表面的鈦或鈦合金餐具。特別是將本發(fā)明用于刀時(shí)，刀刃不會(huì)變鈍，因此切割質(zhì)量不會(huì)變差。
另外，根據(jù)本發(fā)明，不僅能獲得具有優(yōu)良長(zhǎng)期耐擦傷性和外觀質(zhì)量的鈦餐具，而且還能獲得部分涂布了TiN鍍膜而顯示出金黃色調(diào)和部分未涂布TiN鍍膜而顯示出銀白色調(diào)的雙色調(diào)鈦餐具。因此，能進(jìn)一步改進(jìn)鈦餐具的外觀，并增加裝飾價(jià)值。
此外，根據(jù)本發(fā)明，能提供以高生產(chǎn)能力獲得具有優(yōu)良外觀質(zhì)量和耐擦傷性的鈦餐具的表面處理方法。
根據(jù)本發(fā)明，還能提供有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，即使對(duì)其鍍膜表面施加強(qiáng)力，其裝飾鍍膜上也不會(huì)出現(xiàn)擦傷，基材表面也不會(huì)出現(xiàn)不平整，并能最大地降低鍍膜從基材脫離，即能提供具有優(yōu)良耐擦傷性和高表面硬度的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材、以及該基材的生產(chǎn)方法。另外，還能提供具有優(yōu)良外觀質(zhì)量、并且即使長(zhǎng)期使用仍能保持美觀表面的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的鈦或鈦合金基材、以及該基材的生產(chǎn)方法。
由于本發(fā)明的刀叉餐具有漂浮在水中的特點(diǎn)，刀叉餐具幾乎不會(huì)互相接觸，因此刀叉餐具不易擦傷。特別是在使用大量刀叉餐具的場(chǎng)合如校餐廚房、公司食堂和飯店中，能增加刀叉餐具清洗工作的效率。
本發(fā)明的刀叉餐具份量輕而容易握住。另外，由于其樹脂手柄，刀叉餐具不打滑而容易握住，因此為使用它的嬰兒和老人帶來樂趣。另外，可以低成本生產(chǎn)該刀叉餐具。
通過對(duì)本發(fā)明刀叉餐具的手柄上色或在手柄上制出記號(hào)或裝飾花紋，可增強(qiáng)刀叉餐具(餐具)的裝飾質(zhì)量，并增加它的使用樂趣。
由于本發(fā)明的刀叉餐具不會(huì)沉到清洗盆底部，所以它是衛(wèi)生的。
本發(fā)明的刀叉餐具還有其它各種效果，例如，在戶外水邊刀叉使用刀叉餐具時(shí)不用擔(dān)心它會(huì)丟失和不小心掉進(jìn)水底。
權(quán)利要求
1.具有形成于從表面到任意深度的表面硬化層的鈦或鈦合金餐具，其特征在于所述的表面硬化層包含第一硬化層和第二硬化層，所述的第一硬化層形成于從表面到任意深度的區(qū)域內(nèi)，氮和氧在其中擴(kuò)散以形成固溶體；所述的第二硬化層形成于比第一硬化層更深的任意區(qū)域內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的餐具，其特征在于所述的第一硬化層中擴(kuò)散0.6-8.0重量％的氮和1.0-14.0重量％的氧以形成固溶體，所述的第二硬化層中擴(kuò)散0.5-14.0重量％的氧以形成固溶體。
3.如權(quán)利要求1所述的餐具，其特征在于所述的第一硬化層形成于從表面到一定深度的區(qū)域內(nèi)，而所述的第二硬化層形成于比所述第一硬化層更深的區(qū)域內(nèi)，并形成于從表面到任意深度。
4.餐具的表面處理方法，它包括加熱步驟，即將所述的鈦或鈦合金餐具置于真空室中，并加熱使餐具退火，硬化處理步驟，即在所述的加熱步驟之后，將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室，在給定減壓下以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從所述的鈦和鈦合金餐具表面擴(kuò)散到內(nèi)部以形成固溶體，冷卻步驟，即在所述的硬化處理步驟之后，將所述的鈦或鈦合金餐具冷卻到室溫，和拋光步驟，即在所述的冷卻步驟之后拋光所述的餐具。
5.如權(quán)利要求4所述的表面處理方法，其特征在于在所述的加熱步驟中，對(duì)真空室抽真空，并在減壓下進(jìn)行加熱。
6.如權(quán)利要求4所述的表面處理方法，其特征在于在所述的加熱步驟中，先對(duì)真空室高度抽真空，然后將惰性氣體通入真空室，并在減壓下進(jìn)行加熱。
7.如權(quán)利要求4所述的表面處理方法，其特征在于在所述的冷卻步驟中，對(duì)真空室高度抽真空，以除去所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w，并在真空下進(jìn)行冷卻。
8.如權(quán)利要求4所述的表面處理方法，其特征在于在所述的冷卻步驟中，先對(duì)真空室高度抽真空，以除去所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w，然后將惰性氣體通入真空室，并在減壓下進(jìn)行冷卻。
9.如權(quán)利要求8所述的表面處理方法，其特征在于所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w是包含含氧氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
10.如權(quán)利要求9所述的表面處理方法，其特征在于所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w是包含含氫氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
11.如權(quán)利要求4所述的表面處理方法，其特征在于所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w是包含含水蒸氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
12.如權(quán)利要求11所述的表面處理方法，其特征在于所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w是包含含有二氧化碳?xì)怏w或一氧化碳?xì)怏w的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
13.如權(quán)利要求4所述的表面處理方法，其特征在于所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w是包含含有醇類氣體的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
14.餐具的表面處理方法，它包括加熱步驟，即將所述的鈦或鈦合金餐具置于真空室中，對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室中，在減壓下加熱餐具，以使餐具退火，硬化處理步驟，即在所述的加熱步驟之后對(duì)真空室抽真空，以除去惰性氣體，然后將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室中，將真空室中的壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦或鈦合金表面擴(kuò)散入內(nèi)部以形成固溶體，冷卻步驟，即在所述的硬化處理步驟之后將所述的鈦或鈦合金冷卻到室溫，和拋光步驟，即在冷卻步驟之后拋光所述的餐具。
15.如權(quán)利要求14所述的表面處理方法，其特征在于在所述的加熱步驟中，對(duì)真空室抽真空，并在減壓下進(jìn)行加熱。
16.如權(quán)利要求14所述的表面處理方法，其特征在于在所述的加熱步驟中，先對(duì)真空室抽真空，然后將惰性氣體通入真空室，以將壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，并在大氣壓下進(jìn)行加熱。
17.如權(quán)利要求14所述的表面處理方法，其特征在于在所述的冷卻步驟中，對(duì)真空室高度抽真空，以除去所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w，并在真空下進(jìn)行冷卻。
18.如權(quán)利要求14所述的表面處理方法，其特征在于在所述的冷卻步驟中，先對(duì)真空室高度抽真空，以除去所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w，然后將惰性氣體通入真空室，以將壓力調(diào)節(jié)為大氣壓，并在大氣壓下進(jìn)行冷卻。
19.如權(quán)利要求14所述的表面處理方法，其特征在于所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w是包含含有氧氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
20.如權(quán)利要求14所述的表面處理方法，其特征在于所述的含有氮?dú)鉃橹饕煞趾脱鯕獬煞值幕旌蠚怏w是包含含有水蒸氣的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
21.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的餐具，其特征在于所述的第一硬化層鍍有硬質(zhì)鍍膜。
22.如權(quán)利要求21所述的餐具，其特征在于所述的硬質(zhì)鍍膜是周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物。
23.如權(quán)利要求21或22所述的餐具，其特征在于所述的硬質(zhì)鍍膜顯示出金黃色調(diào)。
24.如權(quán)利要求23所述的餐具，其特征在于所述的硬質(zhì)鍍膜鍍有金合金鍍膜。
25.如權(quán)利要求24所述的餐具，其特征在于所述的金合金鍍膜由金和至少一種選自下述的金屬的合金制成；Al、Si、V、Cr、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Hf、Ta、W、Ir和Pt。
26.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的餐具，其特征在于所述的第一硬化層的表面已拋光過。
27.表面上有硬質(zhì)裝飾鍍膜基材，它包含鈦或鈦合金，并有內(nèi)硬化層，所述的內(nèi)硬化層包含從表面朝內(nèi)形成到任意深度的第一硬化層和從第一硬化層朝內(nèi)形成到任意深度的第二硬化層，在所述的第一硬化層中氮和氧擴(kuò)散形成固熔體，其中硬質(zhì)裝飾鍍膜形成在內(nèi)硬化層表面上。
28.如權(quán)利要求27所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其特征在于所述的內(nèi)硬化層中，所述的第一硬化層中擴(kuò)散0.6-8.0重量％的氮和1.0-14.0重量％的氧以形成固溶體，所述的第二硬化層中擴(kuò)散0.5-14.0重量％的氧以形成固溶體。
29.如權(quán)利要求27所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其特征在于在形成于基材中的所述內(nèi)硬化層中，所述的第一硬化層形成于從表面朝內(nèi)1.4微米的區(qū)域內(nèi)，所述的第二硬化層形成于比所述第一硬化層更深的區(qū)域內(nèi)，并形成于從表面朝內(nèi)20.4微米的區(qū)域內(nèi)。
30.如權(quán)利要求27所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其特征在于所述的硬質(zhì)裝飾鍍膜由周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物制成。
31.如權(quán)利要求27所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其特征在于所述的硬質(zhì)裝飾鍍膜是硬碳鍍膜。
32.如權(quán)利要求31所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其特征在于所述的內(nèi)硬化層和所述的硬質(zhì)裝飾鍍膜之間有兩層結(jié)構(gòu)的中間層，所述的中間層由主要用鉻或鈦制成的下層和主要用硅或鍺制成的上層組成。
33.如權(quán)利要求31所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，所述的內(nèi)硬化層和所述的硬質(zhì)裝飾鍍膜之間有兩層結(jié)構(gòu)中間層，所述中間層由主要用鈦制成的下層和主要用鎢、碳化鎢、碳化硅和碳化鈦中任何一種制成的上層組成。
34.如權(quán)利要求27、30和31中任何一項(xiàng)所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其特征在于所述的硬質(zhì)裝飾鍍膜的厚度為0.1-3.0微米。
35.如權(quán)利要求27、30和34中任何一項(xiàng)所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其特征在于所述的硬質(zhì)裝飾鍍膜的表面顯示出金黃色調(diào)。
36.如權(quán)利要求35所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，其特征在于所述的硬質(zhì)裝飾鍍膜的表面上，形成包含金或金合金的鍍膜。
37.如權(quán)利要求27、28和29中任何一項(xiàng)所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材，它是照相機(jī)機(jī)身、移動(dòng)電話機(jī)身、便攜式收音機(jī)機(jī)身、攝像機(jī)機(jī)身、打火機(jī)機(jī)身或個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)殼。
38.有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的生產(chǎn)方法，它包括加熱步驟，即將包含鈦或鈦合金的基材置于真空室中并退火，硬化處理步驟，即將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室中，在給定減壓下以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦或鈦合金基材表面擴(kuò)散入內(nèi)部以形成固溶體，冷卻步驟，即將所述的鈦或鈦合金基材冷卻到室溫，拋光步驟，即拋光所述的基材表面，清洗步驟，即清洗所述的基材，抽真空步驟，即將所述的基材置于真空室中，并對(duì)真空室抽真空，離子轟擊步驟，即將氬氣通入真空室，并進(jìn)行電離，以對(duì)所述的基材表面進(jìn)行離子轟擊，通過噴鍍法使包含金屬或金屬碳化物的中間層形成在所述基材表面上的步驟從真空室中排出氬氣、并將含有碳的氣體通入真空室的步驟，和通過等離子化學(xué)蒸汽沉積處理法在真空室中產(chǎn)生等離子體、并在所述的中間層表面形成類金剛石碳鍍膜的步驟。
39.如權(quán)利要求38所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的生產(chǎn)方法，其特征在于在所述的形成中間層的步驟中，將氬氣通入真空室并電離，并以硅、鎢、碳化鈦、碳化硅和碳化鉻中的任何一種為目標(biāo)，形成主要由硅、鎢、碳化鈦、碳化硅和碳化鉻中任何一種制成的中間層。
40.如權(quán)利要求38所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的形成中間層的步驟包括第一中間層形成步驟，即將氬氣通入真空室并電離，并以鉻或鈦為目標(biāo)，形成主要由鉻或鈦制成的下層，和第二中間層形成步驟，即以硅或鍺為目標(biāo)，形成主要由硅或鍺制成的上層。
41.如權(quán)利要求38所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的形成中間層的步驟包括第一中間層形成步驟，即將氬氣通入真空室并電離，并以鈦為目標(biāo)，形成主要由鈦制成的下層，和第二中間層形成步驟，即以鎢為目標(biāo)，形成主要由鎢制成的上層。
42.如權(quán)利要求38所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的形成中間層的步驟包括第一中間層形成步驟，即將氬氣通入真空室并電離，并以鈦為目標(biāo)，形成主要由鈦制成的下層，和第二中間層形成步驟，即將含有碳的氣體通入真空室，并以鎢或硅為目標(biāo)，形成主要由碳化鎢或碳化硅制成的上層。
43.有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的生產(chǎn)方法，它包括加熱步驟，即將包含鈦或鈦合金的基材置于真空室中并退火，硬化處理步驟，即將含有氮?dú)鉃橹饕煞趾蜕倭垦鯕獬煞值幕旌蠚怏w通入真空室中，在給定減壓下以700-800℃對(duì)真空室加熱一段給定時(shí)間，使氮和氧從鈦或鈦合金基材表面擴(kuò)散入內(nèi)部以形成固溶體，冷卻步驟，即將所述的鈦或鈦合金基材冷卻到室溫，拋光步驟，即拋光所述的基材表面，清洗步驟，即清洗所述的基材，抽真空空步驟，即將所述的基材置于真空室中，并對(duì)真空室抽真空，離子轟擊步驟，即將氬氣通入真空室，并進(jìn)行電離，以對(duì)所述基材表面進(jìn)行離子轟擊，和通過離子鍍敷法或噴鍍法，在所述的基材表面形成包含周期表4a、5a或6a族元素的氮化物、碳化物、氧化物、氮化-碳化物或氮化-碳化-氧化物的硬質(zhì)裝飾鍍膜的步驟。
44.如權(quán)利要求43所述的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材的生產(chǎn)方法，其特征在于在所述的形成硬質(zhì)裝飾鍍膜的步驟之后還有通過離子鍍敷法或噴鍍法在硬質(zhì)裝飾鍍膜表面形成金或金合金鍍膜的步驟。
45.包括操作部分即刀叉餐具主體和手柄的刀叉餐具即金屬西式餐具，其特征在于所述的手柄具有漂浮裝置。
46.如權(quán)利要求45所述的刀叉餐具，其特征在于所述的手柄中形成中空部分作為漂浮裝置。
47.如權(quán)利要求46所述的刀叉餐具，其特征在于所述的形成在手柄中的中空部分可用比重小于1的部件填充。
48.如權(quán)利要求47所述的刀叉餐具，其特征在于所述的填充在手柄中所形成的中空部分的部件是泡沫制品。
49.包括操作部分即刀叉餐具主體和手柄的刀叉餐具即金屬西式餐具，其特征在于在所述的刀叉餐具主體包含鈦材料，所述的手柄包含具有中空部分的熱塑性樹脂，和所述的操作部分是用熱塑性樹脂通過鑲嵌模塑形成的整體組成部分。
50.如權(quán)利要求45-49中任何一項(xiàng)所述的刀叉餐具，其特征在于在它是匙、叉或刀。
全文摘要
本發(fā)明的餐具包含Ti或Ti合金,并有包含第一和第二硬化層的表面硬化層,第一硬化層形成于從表面到任意深度區(qū)域內(nèi),其中擴(kuò)散氮和氧以形成固溶體,第二硬化層形成于比第一硬化層更深的任意區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明餐具表面處理方法是為了形成表面硬化層。本發(fā)明有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材含Ti或Ti合金,其表面有包含第一和第二硬化層的內(nèi)硬化層,其中內(nèi)硬化層表面上形成硬質(zhì)裝飾鍍膜。本發(fā)明的刀叉餐具包括操作部分和有漂浮裝置如中空部分的手柄。本發(fā)明可獲得長(zhǎng)期耐擦傷性佳和外觀質(zhì)量好的鈦餐具,并增加餐具的裝飾價(jià)值。還提供了以高生產(chǎn)力獲得鈦餐具的表面處理方法。本發(fā)明可提供耐擦傷性佳和表面硬度高的有硬質(zhì)裝飾鍍膜的基材及其生產(chǎn)方法。由于本發(fā)明刀叉餐具能浮在水中,刀叉餐具不太會(huì)互相接觸。因此,該刀叉餐具不易擦傷。此外,該餐具輕質(zhì)而且易握住。
文檔編號(hào)B44C5/04GK1380856SQ01801433
公開日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2001年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月19日
發(fā)明者串田八郎, 福村豐, 宮行男 申請(qǐng)人:西鐵城鐘表股份有限公司