[发明专利]多层膜结构

说明书

本发明公开一种多层膜结构，由一高熵材料膜层与一非高熵材料膜层交互堆栈而成；该多层膜结构至少包含两层高熵材料膜层，且该多层膜结构的一总纳米压痕硬度至少为10GPa。由于现有多层镀膜系统所包含的膜层都属于非高熵材料，导致多层镀膜系统的材料组成设计上受到限制；有鉴于此，本发明特别将至少两个高熵材料膜层与其它非高熵材料膜层相互堆栈，或者至少两个高熵材料膜层相互堆栈，借此方式形成可被镀于一工件基材表面的一种多层膜结构。由于此多层膜结构具有能够阻碍裂缝扩张与应变变形的层间界面，因此能够提升工件基材表面的硬度与韧性。另外，利用膜层间光学的干涉，此多层膜结构可以产生不同的色彩，借以改善或改变工件基材表面的外观颜色。

技术领域

本发明关于表面改质(surface modification)的技术领域，尤指用以镀覆于材料表面以改善材料的物理性质与机械特性的一种多层膜结构。

背景技术

表面处理技术通常被应用在改善材料的表面性质，例如外观、物理性质以及耐蚀、硬度、耐摩擦等机械特性。表面处理技术包括机械式表面处理、气相沉积法(chemicalvapor deposition,CVD)、真空蒸镀法(vacuum evaporation deposition)、溅镀法(sputter deposition)、电弧气相沉积法(arc vapor deposition)、与离子镀覆法(ionplating)。

举例而言，氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、氮碳化钛(TiCN)、与氧化铝(Al₂O₃)等硬膜已被应用为刀具的表面镀膜，用以提高刀具的寿命。另一方面，由铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、前述任两者或以上的合金所制成的金属镀膜因为具有光泽、高耐蚀性、良导电性、以及电磁波屏蔽等特性，是故常被应用作为装饰性或功能性的表面镀膜。目前，材料表面性能的改良技术已被先进工业化国家列为科技发展的重点项目，原因在于表面处理技术除了可以增加材料的美观外，更同时能防锈、防蚀，及提高机械性质，使材料寿命延长。

然而，随着科技的高度发展，机械、模具、汽车、航天、核能等工业的零组件全部被要求高质量化以及高机能化，因此对材料的表面改质、硬化技术的要求于是日益升高，导致单层镀膜越来越难满足对抗高应力的磨耗及剧烈化学腐蚀的高耐蚀性；同时，传统单层镀膜常见的银白、银灰、黑、蓝灰、黑紫、古铜、浅金、黄金色等也无法满足更多元的色彩需求。有鉴于此，由不同材料的交替堆栈而成的多层膜结构于是被开发并提出。多层膜具有能够阻碍裂缝扩张与应变变形的层间界面，因此相较于传统单层镀膜显示出高硬度与高韧性的优势。另外，利用膜层间光学的干涉，多层膜还可以产生不同的色彩。常用以制备多层膜的材料包括：合金膜以及例如氮化物膜、碳化物膜、碳氮化物膜、与氧化物膜等化合物膜。

即使多层膜相较于传统单层镀膜显示出高硬度与高韧性的优势，多层膜于材料组成的设计上仍受到许多限制。传统合金膜的组成上通常包括一种主要金属元素成分，例如：中国台湾专利号I451965揭示一种锆基金属玻璃作为一钛合金的表面镀膜，以提升该钛合金的疲劳性质，其中所述锆基金属玻璃可以是Zr₅₀Cu₂₇Al₁₆Ni₇。另一方面，传统化合物膜为由1-3个金属或类金属元素与碳(C)、硼(B)、氮(N)、或氧(O)化合而成的碳化物、硼化物、氮化物、或氧化物。典型的化合物膜包括TiC、TiCN、(Ti,Al)N、TiAlCN、(Ti,Zr)N、(Ti,Al,V)N、(Ti,Nb)N、(Ti,Al,Zr)N、Al₂O₃等。

有鉴于此，为了进一步地增进镀膜的组成方式、功能性、机械特性、以及使用寿命，本申请凭借长期研究合金材料的经验而极力地加以研究发明，目的在于开发出不同于现有多层膜材料的表面镀膜，即为本发明一种多层膜结构。

发明内容