專利名稱：具有高鏡面反射率的鋁－鈦合金、含有此合金的反射層和包括此反射層的鏡子和零件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有高鏡面反射率的新型鋁-鈦合金、含有此合金的反射層以及包括此反射層的鏡子和零件。
更具體地，本發(fā)明涉及特殊鏡面的設計和制造。特殊鏡面一詞是指這樣一種鏡面，其光學特性應該處在很好確定的范圍中，而且即使當受到苛刻的制約條件下這些特性也應該完整地得到保存，上述制約條件的非限定性實例有如發(fā)生或未發(fā)生凝聚的在如氯化鈉等化學品存在下的特別有腐蝕性的氣氛如潮濕的氣氛。再具體一些，但不是限定性地，本發(fā)明涉及到通過在塑料或復合材料的基體上沉積一層金屬而制造的鏡面，實際上在使用復合材料基體時，反射層和一般是聚合物的基底之間的界面對環(huán)境特別敏感，是發(fā)生不可逆損壞的部位。
為了制造這種可以耐受腐蝕性環(huán)境的特殊鏡面，經(jīng)常把一層金屬層沉積到用作適當結構的基體上。然后用一層透明的保護膜保護此金屬層不受機械的、化學的和其它侵蝕。作為一個非限定性的例子，此保護膜可以是金屬氧化物或氧氮化物，但是出于經(jīng)濟的原因，這經(jīng)常是一種聚合物。
因此，一種這樣的鏡面包括兩個界面，即基底/反射涂層界面和反射涂層/保護膜界面，它們都是此系統(tǒng)的薄弱點，因為它們可能是發(fā)生脫層的部位，從而導致失去光澤而變暗、起泡，無論如何都導致鏡面嚴重劣化。
按照先有技術，一般是借助于沉積一種所謂鉑礦的金屬，即門捷列夫周期表的Ⅷ族金屬，更具體地銠、釕或鈀來制造上述特殊鏡面。實際上這些金屬具有接近60％的可接受的反射率，它們對變暗不敏感，具有良好的耐機械侵蝕特性，因為它們的硬度很高。然而此技術具有的主要缺點是用這些材料難以制造涂層，而且其價格高昂。
某些制造者用在金屬、聚合物或陶瓷基底上沉積純鋁或銀的方法制造鏡面，上面再用透明的聚合物加以保護。這樣的鏡面具有優(yōu)異的光學性能，但在侵蝕性氣氛下不能使用，由于涂層變暗、起泡和剝落導致鏡面非常迅速劣化。
如在FR2,768,096中所述，還可以舉出采用結合或不結合鉻層的鈦層制造鏡面的方法，但是在侵蝕性環(huán)境下這樣的制造迅速地劣化以致FR-2,768,096建議在透明基體的后表面上沉積一層，指出“如此特別可以防護該后表面受到機械和化學影響”。
另外，鈦和鋁的合金是已知的，它們用來賦予鈦以機械性能，這涉及低鋁含量的通常含銅的合金。
本發(fā)明的一個目的是提供一種金屬合金，它同時具有良好的反射性能并且能夠與基底特別是聚合物基底形成很牢固化學結合，致使上述兩個界面能夠耐受大部分氣候，無論是工業(yè)性質(zhì)還是含鹽氣候的侵蝕。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種其本性能夠耐受腐蝕，因而耐受失去光澤而變暗的金屬合金。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可以和基底，特別是聚合物基底形成在很寬的應用領域不因溫度變化而改變的化學結合的金屬合金。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種成本低廉的反射涂層。
這些目的和其他目的在下面的敘述中是顯而易見的，本發(fā)明滿足了這些目的，本發(fā)明提供了一種基于鋁和鈦的金屬合金，其中鋁的含量是80～90mol％，鈦的含量是10～20mol％，該合金的特征在于，它是微結晶的，而且是處于熱力學平衡以外的，因此所述合金耐受氧化和腐蝕，同時具有優(yōu)異的與聚合物材料粘接的能力。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，“微結晶”一詞指的是一種尺寸小于大約1μm的晶體。因此，按照本發(fā)明一種微晶合金由其尺寸小于約1μm的晶體組成。
本發(fā)明金屬合金的性能，特別是反射率，將是合金越純就越好。但是，能夠允許直至約2mol％雜質(zhì)，而不會明顯地影響合金的性能。
因此，按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施模式，此金屬合金含有的雜質(zhì)量最多為大約2mol％。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施模式，一種金屬合金的鋁含量為84～87mol％，而鈦含量為13～16mol％。
為了實現(xiàn)本發(fā)明，應該克服一個嚴重偏見，因為在該技術領域都知道，在鋁中加入元素添加物將大大降低其反射率。
另外，鈦和鋁的合金是已知的，但只涉及低鋁含量和一般含銅的用來賦予鈦以機械性能的合金。
低鈦含量的鋁合金也被敘述過，其鈦含量不超過1mol％，一般還結合有等量的錳和鎂。用來制造耐壓中空制品時，這種合金完全脫離了本發(fā)明所覆蓋的應用和領域。
在T.B.Massalski的《二元合金相圖》(Binary Alloy PhaseDiagrams)第1卷，p.175～176出版以后我們知道了鋁含量為80～90mol％，鈦含量為10～20mol％的鋁鈦合金。不在本發(fā)明范圍內(nèi)的此合金是在熱力學平衡內(nèi)的，它也不是微晶的。它不具有所需的耐氧化和耐腐蝕性能，它也不具備明顯的對聚合物材料的粘接能力。
本發(fā)明還提供一種反射涂層，它由一層覆蓋有保護膜的上述本發(fā)明金屬合金層構成。
由覆蓋一層保護膜的金屬合金層構成的這種反射涂層的特征在于，所述金屬合金是一種處于熱力學平衡外的微晶鋁鈦基合金，其鋁含量為80～90mol％，而鈦含量為10～20mol％。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施模式，由覆蓋了透明保護膜的金屬合金層構成的反射涂層的特征在于，所述金屬合金是一種鋁鈦基合金，其鋁含量為80～90mol％，其鈦含量為10～20mol％，還含有最多為大約2mol％的雜質(zhì)。
在本發(fā)明的反射涂層中，保護膜一般是聚合物材料。
金屬合金層的厚度一般是0.01～5μm。
在0.01μm以內(nèi)，該涂層幾乎是透明的，而超過5μm，反射率變差，而其他性能則未受影響。
該金屬合金層的厚度優(yōu)選為0.01～3μm，更好是0.01～0.5μm。
本發(fā)明還提供一種包括載有一個反射涂層的基底的鏡面，其特征在于所述反射涂層如上所述。
基底一般是聚合物材料。
為了得到其鏡面反射率至少等于大約65％，充分耐受腐蝕和氧化的特殊鏡面，應該選擇由覆蓋有透明保護膜的金屬合金層構成的反射涂層，其特征在于，所述金屬合金是一種處于熱力學平衡外的鋁鈦基微晶合金，其鋁含量為80～90mol％，鈦含量為10～20mol％，其雜質(zhì)含量不高于大約2％，其合金層厚度為0.01～3μm。
當本發(fā)明的反射涂層沉積在本身被透明保護膜保護的聚合物基底上時，在不影響其反射率且其界面也沒出現(xiàn)任何缺陷的條件下，其整體可以曝露在腐蝕性氣氛下，比如按照標準ISO 9227的所謂鹽霧測試氣氛下。
可以各種適當?shù)氖侄纬练e本發(fā)明的鋁鈦合金，然而真空沉積技術，比如陰極磁控管霧化、蒸發(fā)和在一定條件下的共蒸發(fā)(為了得到微晶，本領域的專業(yè)人員很容易確定這些條件)是為了制造這種薄層形式的材料而特別指出的方法。
本發(fā)明的鏡面，特別是特殊鏡面可以制成如汽車后視鏡或廣告標識那樣制品的零件。
本發(fā)明合金對聚合物的親和力和粘接性都很強。
耐腐蝕性也很重要，因為鏡子的反射面直接和大氣中的各種物質(zhì)接觸，未受到使其不被氧化的保護作用。
Jidosha的日本專利JP 61/133902敘述了由玻璃基底構成的鏡子，在此基底上依次沉積了透明TiO2層和鋁與例如鈦的合金反射層。這涉及到制造彩色鏡子，該顏色是由于TiO2層中光干涉現(xiàn)象而得到的。二氧化鈦是此彩色鏡子的最重要組分。應該注意到，相對于光線來說，鋁合金反射層位于玻璃的后部，因此其反射面受到保護不被氧化。再有，與本發(fā)明相反，此專利中的鋁合金與陶瓷接觸，它與聚合物粘接或親和，在物理一化學性能方面陶瓷和聚合物是完全不同的。
下面參見非限定性的實施例更詳細地敘述本發(fā)明。
實施例1此實施例涉及在外界環(huán)境下使用的鏡面的制造。
此鏡面的結構用聚碳酸酯(基底)制造。
它應該是耐風所夾帶的顆粒磨損的，也是耐雨水和工業(yè)氣氛腐蝕的。為此，在真空下經(jīng)陰極磁控管霧化沉積一層厚度為0.1μm的本發(fā)明鋁鈦合金，該合金含有85mol％鋁，其余是鈦，然后將其用聚硅氧烷基的耐磨透明涂料(保護膜)保護。
鏡面的反射率是67±1％，按照標準ISO 2409測試涂層的粘接性，結果是0級。在符合標準ISO9227的鹽氣氛下曝露400hr進行鏡面的人工老化。然后經(jīng)洗滌、干燥后重新測試粘接性，結果是0級，沒有出現(xiàn)任何剝離或起皮。測試后的反射率是66±1％，與初始值之差屬于測量誤差范圍內(nèi)。
為了進行比較，將一個通過在聚碳酸酯基底上沉積相同厚度的純鋁，然后再涂布同樣的聚硅氧烷涂料而制造的傳統(tǒng)鏡面置于同樣的外力作用下，在鹽霧中曝露400hr以后，鏡面上約30％涂層剝離，這時鏡面已經(jīng)不能使用了。
實施例2制造紅外線加熱用的鏡面。此鏡面應該能夠經(jīng)受200℃的工作溫度而不影響其性能。為此，使用了聚醚酰亞胺結構，在其上面真空沉積一層本發(fā)明的鋁鈦合金層。合金的組成是含87mol％鋁，含13mol％鈦，厚度為5μm。
此鏡面的固有反射率是70％。按照在實施例1中敘述的方法檢驗涂層的粘接性，給出結果是0級。讓此鏡面經(jīng)受在200℃保持1hr和在環(huán)境溫度下保持2hr的一系列交替測試。在10次循環(huán)以后終止實驗，重新測量各種性能。粘接性測試結果定為0級，反射率沒有改變。
為了進行比較，用兩個相當于先有技術的鏡面進行同樣的測試，其中一個通過在聚醚酰亞胺基底上涂布1mμ厚的金涂層而得到，另一個是在同樣基底上涂布純鋁涂層而得到。在10次循環(huán)以后，金涂層部分剝離，鏡面無法使用，反射率曾是95％的鋁涂層由于表面氧化層的增加使反射率變成52％。
實施例3制造用于曝露在戶外的廣告標識。這個用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制造的標識應該具有光亮的金屬外觀。在現(xiàn)場的使用壽命應該超過5年。
為此，用本發(fā)明的鋁鈦合金在標識表面涂布金屬薄膜，此合金的組成是含82mol％鋁，含18mol％鈦，其厚度為0.3μm。然后在合金膜上涂布20μm厚的透明保護清漆。按照在實施例1中所引用的測試方法評價涂層的粘接性，結果是0級，反射率是68％。
按照實施例1中所敘述的測試標準，通過在鹽霧中曝露100hr進行模擬老化。在測試結束時，將此標識洗滌、干燥并重新測試其性能。粘接性仍然沒有改變，反射率是65％，變化如此之小與保護漆膜對表面提供防護作用致使鹽蒸汽只產(chǎn)生輕微侵蝕有關。
為了進行比較，對通過傳統(tǒng)電鍍技術沉積了厚度0.1μm的鉻涂層并用同樣的清漆保護的標識進行同樣的測試。反射率是70％，粘接性是0級。曝露在鹽霧中以后，出于同樣的原因，反射率變到66％，但粘接性僅僅為1級。
實施例4非微晶合金(非本發(fā)明)為了在塑料輕質(zhì)基底上制造高性能鏡面，澆鑄出含13％鈦的鋁鈦合金錠，將其壓延得到厚度為10μm的箔。在X光下檢驗此箔的結晶學結構符合鋁鈦合金相圖所預期的結構。
此合金不是微晶的，且處于熱力學平衡中。
然后將此合金箔用共壓延的方法壓到一層聚合物膜上，使金屬層的厚度減少到0.2μm。
然后將此金屬化的塑料膜附著到聚碳酸酯基底上，構成鏡子的骨架。再在整體上覆蓋一層透明防劃痕清漆層，防止反射面受到侵蝕，此技術使得能夠容易工業(yè)化并以低成本成批制造。
這種鏡面的反射率是75％。
為了檢驗其隨時間變化的性能，讓此鏡面經(jīng)受如前面實施例1中所述的鹽霧實驗。在實驗24hr以后(當然這是明顯不足的)，清漆保護層特別受到損壞。顯微鏡檢驗顯示，此損壞的來源是聚合物清漆與如此制造的鋁鈦合金的粘接性不夠。
權利要求
1．基于鋁和鈦的金屬合金，其中鋁含量為80～90mol％，鈦含量為10～20mol％，該合金的特征在于，它是微晶的，并處于熱力學平衡之外，因此所述合金耐氧化和耐腐蝕，同時與聚合物材料有明顯的粘接能力。
2．權利要求1的合金，其特征在于其中雜質(zhì)含量最多等于大約2mol％。
3．權利要求1的合金，其特征在于其鋁含量為84～87mol％，鈦含量為13～16mol％。
4．由覆蓋有保護膜的金屬合金層組成的反射涂層，其特征在于所述金屬合金是一種基于權利要求1的鋁和鈦的合金。
5．由覆蓋有透明保護膜的金屬合金層組成的反射涂層，其特征在于所述金屬合金是一種基于權利要求2的鋁和鈦的合金。
6．權利要求4的反射涂層，其特征在于該保護膜是一種聚合物材料。
7．權利要求4～6中任一項的反射涂層，其特征在于該金屬合金層的厚度為0.01～5μm。
8．權利要求7的反射涂層，其特征在于該金屬合金層的厚度為0.01～3μm。
9．權利要求8的反射涂層，其特征在于該金屬合金層的厚度為0.01～0.5μm。
10．包括支撐反射涂層的基底的鏡面，其特征在于所述反射涂層是權利要求4～9中任一項的涂層。
11．權利要求10的鏡面，其特征在于該基底是聚合物材料。
12．鏡面反射率至少等于約65％，具有良好的耐腐蝕性和耐氧化性，包含一個支撐著反射涂層的基底的特殊鏡面，其特征在于所述反射涂層是如權利要求5、6、8和9中任一項的涂層。
13．包括一個鏡面的制品，其特征在于所述鏡面是權利要求12的特殊鏡面。
14．權利要求13的制品，其特征在于它由汽車后視鏡構成。
15．權利要求13的制品，其特征在于它由廣告標識構成。
全文摘要
基于鋁和鈦的金屬合金,其中鋁含量為80～90mol%,鈦含量為10～20mol%,該合金的特征在于,它是微晶的,并處于熱力學平衡之外,因此所述合金耐氧化和耐腐蝕,同時與聚合物材料有明顯的粘接能力。由一層優(yōu)選厚度為0.01～3μm的這種金屬合金層構成的反射涂層,覆蓋有一層優(yōu)選是聚合物材料的保護膜。鏡面反射率至少等于約65%、具有良好的耐腐蝕性和耐氧化性并包含基底的特殊鏡面優(yōu)選是支撐著本發(fā)明反射涂層的聚合物材料。包括這種鏡面的制品,比如汽車后視鏡。
文檔編號C22C21/00GK1321201SQ0080167
公開日2001年11月7日 申請日期2000年7月19日 優(yōu)先權日1999年7月19日
發(fā)明者M·馬丁, F·菲沃隆, J·默里奧, J－M·伯伊爾森, J－P·提拉特 申請人:斯蒂芬流體力學與摩擦研究中心