帶有黑膜的基質的生產方法和帶有黑膜的基質的制作方法

專利名稱：帶有黑膜的基質的生產方法和帶有黑膜的基質的制作方法
技術領域：
本發明涉及帶有黑膜的基質的生產方法，所述基質在基質如金屬、塑料或陶瓷的表面上帶有具有優異散熱性能的黑膜，同時也是涉及到帶有黑膜的基質。
更特別地，本發明涉及在用于設備中的基質表面上構成發射率為0.8或更大的、具有優異散熱性能的黑膜的方法，所述設備由于滑動或摩擦產生熱或由于化學反應而產生/積累熱，例如半導體設備、真空設備、旋轉設備和熱交換器，本發明也涉及到帶有黑膜并表現出優異的散熱性能的具有黑膜的基質。
背景技術：
隨著近來高性能電子設備如半導體設備和顯示器或高性能家庭用個人計算機或家用電器的發展，IC或安裝在這些設備上的半導體設備的發熱量增加了，而如何處理熱成為很重要的問題。特別是在精密元件的情形中，為此通常要采取措施，例如，使用風扇或在設備本身中提供空氣流動通道以強制排出熱以及通過所謂的熱傳導自然散發內部的熱。
在這種方式中，期待通過增強精密設備的散熱性能以降低設備的內部溫度并保護易受到熱的影響的元件或通過抑制發熱單元本身如IC的溫升來獲得穩定的運行或延長元件壽命。
一般來說，熱傳遞機理有三種途徑，就是，“熱傳導”、“對流熱傳遞”和“熱輻射”。在“熱傳導”中，熱從固體內的高溫部分向低溫部分傳遞。在“對流熱傳遞”中，熱在流動的流體與固體表面之間傳遞。在“熱輻射”中，熱利用電磁波從物質的表面輻射出來(這取決于其溫度)。因此，考慮到散熱性能，就必須研究這三種途徑。
為了增強通過熱傳導的散熱性能，一般需要縮短熱傳導路線，增大面積以及使用具有高熱傳導率的材料。高熱傳導特性是金屬的特征，并且例如通過無電電鍍在樹脂表面形成金屬膜以提高熱傳導特性，由此元件的散熱性能得以增強。JP-A-2003-46022描述了一種用具有高導熱特性的金屬銅在含有環氧樹脂或聚酰亞胺材料的樹酯材料基質上形成鍍膜來提高散熱性能的技術。
至于對流熱傳遞，最有效是增加將要接觸的空氣的量，而這一般可通過增加開孔的面積或開孔的數量來獲得。
至于熱輻射，目前正采取幾種嘗試來賦予高發射率給元件并通過熱輻射增加放熱值。在一個具有黑表面的物質中，高發射率得到增強，而在實踐中正被使用的是黑色樹脂涂層和黑陽極電鍍(陽極氧化物膜)。
然而，在黑色樹脂涂層的情形中，與金屬相比，作為涂層材料基底的樹脂材料本身在熱傳導特性上非常差，而且在考慮到設備的散熱性能效率時，黑色樹脂涂層也不是優異的方法。
另一方面，黑陽極電鍍的問題在于這是通過鋁基質的黑陽極電鍍來形成的，而基質材料被限于某些鋁合金，或者涂層具有帶有微孔的特殊形式，因此氣體排放性能低下。
至于金屬黑涂層，已經提出了幾種技術，例如鍍黑鎳和鍍黑鉻。這些都是電解電鍍處理，存在的問題是由于引起著色的步驟是電極反應，僅能在具有非常簡單形狀如板狀材料的基質上形成均勻的金屬黑涂層。
此外，據報道，當通過等離子涂層形成時，金屬黑膜發射率為0.63，通過鍍黑鉻形成時，金屬黑膜發射率為0.50，通過鍍黑鎳形成時，金屬黑膜發射率為0.42。因此，與黑樹脂涂層或黑陽極電鍍相比，在發射率上，金屬黑膜差得多。另外，這種膜在反射率(光澤)上存在很大的問題，因為膜是金屬涂層，因此具有金屬特有的金屬光澤。
同時，由于它優異的紅外線吸收能力，黑膜也被用來吸收能量。JP-A-10-319381公開了一種光閥，其中光作為熱能被吸收到黑樹脂體中，熱被轉移到散熱板，隨后被釋放到空氣中。類似地，JP-A-10-184541公開了利用這樣的系統的排空設備，在該系統中，黑表面處理部件作為熱吸收散熱材料提供并將熱轉移，然后被釋放到容器外面。
在真空設備中，構成部件是由金屬如不銹鋼、鋁或鈦所組成的，在最近幾年里，為了減少氣體的釋放量和降低最終壓力，甚至屬于精密水平的表面粗糙度有時被降低以提供一種幾乎是鏡面的狀態。如果情況是這樣的話，反射率將變大而散熱由于紅外線在壁表面反復經過鏡面反射而將很大一部分熱負荷施加到其他部分。
散熱性能很大程度上是受發射率所支配的，并且例如在箱體(cagebody)的情形中，當箱體溫度和外部空間的溫度沒有變化時，由于箱體材料的發射率大，散熱量也會相應的增加。因此，金屬黑膜的發射率要求至少為0.6或更大。

發明內容
本發明的目的是提供一種帶有具有優異導熱性能的黑膜并且表面發射率提高到0.8或更大的基質。本發明的另一個目的是提供使用這種帶有黑膜的基質并且在散熱性能得到提高的產品，如半導體設備、電子設備和真空設備。
本發明概述如下1、一種生產帶有黑膜的基質的方法，包括在基質表面上形成無光鍍膜，在無光鍍膜表面上形成含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在無電電鍍膜表面上形成黑膜。
2、項目1的生產方法，其中無光鍍膜是無光鎳鍍膜或無光鎳合金鍍膜。
3、項目2的生產方法，其中無光鎳鍍膜或無光鎳合金鍍膜通過電解電鍍或無電電鍍的方法形成。
4、項目2或3的生產方法，其中用于形成無光鎳合金鍍膜的鎳合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
5、項目1的生產方法，其中無電電鍍膜是鎳無電電鍍膜或鎳合金無電電鍍膜。
6、項目5的生產方法，其中用于形成鎳合金無電電鍍膜的鎳合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
7、項目1的生產方法，其中黑膜是主要含有氧化鎳的黑膜。
8、一種生產帶有黑膜的基質的方法，包括在其至少一部分表面具有粗糙度的基質的表面上形成含有作為添加劑的硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在無電電鍍膜的表面上形成黑膜。
9、項目8的生產方法，其中基質表面的粗糙度通過噴丸處理或蝕刻表面形成。
10、項目8的生產方法，其中無電電鍍膜是鎳無電電鍍膜或鎳合金無電電鍍膜。
11、項目10的生產方法，其中鎳合金無電電鍍膜是至少一種選自鎳-磷合金膜、鎳-硼合金膜和鎳-磷-硼合金膜的鍍膜。
12、項目8的生產方法，其中黑膜是主要含有氧化鎳的黑膜。
13、一種生產帶有黑膜的基質的方法，包括在基質的表面上形成無光復合鍍膜，在無光復合鍍膜的表面上形成含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在無電電鍍膜的表面上形成黑膜。
14、項目13的生產方法，其中無光復合鍍膜是通過不導電顆粒的共沉積獲得的無光鍍膜。
15、項目14的生產方法，其中無光復合鍍膜是無光復合鎳鍍膜或無光復合鎳合金鍍膜。
16、項目15的生產方法，其中無光復合鎳鍍膜或無光復合鎳合金鍍膜通過電解電鍍或無電電鍍方法形成。
17、項目15或16的生產方法，其中用于形成無光復合鎳合金鍍膜的合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
18、一種帶有黑膜的基質，包括在其表面上具有無光鍍膜的基質，在光鍍膜的表面上形成含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在無電電鍍膜的表面上形成黑膜的基質。
19、項目18的帶有黑膜的基質，其中無光鍍膜是無光鎳鍍膜或無光鎳合金鍍膜。
20、項目18的帶有黑膜的基質，其中無光鎳鍍膜或無光鎳合金鍍膜通過電解電鍍或無電電鍍方法形成。
21、項目19或20的帶有黑膜的基質，其中用于形成無光鎳合金鍍膜的鎳合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
22、項目18的帶有黑膜的基質，其中無電電鍍膜是鎳無電電鍍膜或鎳合金無電電鍍膜。
23、項目22的帶有黑膜的基質，其中用于形成鎳合金無電電鍍膜的鎳合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
24、項目18的帶有黑膜的基質，其中黑膜是主要含有氧化鎳的黑膜。
25、帶有黑膜的基質，包括在其至少一部分表面上形成粗糙度并且在其表面上具有含有硫或氮化合物作為添加劑的無電電鍍膜的基質，以及在無電電鍍膜的表面上形成的黑膜。
26、項目25的帶有黑膜的基質，其中基質表面的粗糙度通過噴丸處理或蝕刻表面形成。
27、項目25的帶有黑膜的基質，其中無電電鍍膜是鎳無電電鍍膜或鎳合金無電電鍍膜。
28、項目27的帶有黑膜的基質，其中鎳合金無電電鍍膜至少是至少一種選自鎳-磷合金膜、鎳-硼合金膜和鎳-磷-硼合金膜的鍍膜。
29、項目25的帶有黑膜的基質，其中黑膜是主要含有氧化鎳的黑膜。
30、帶有黑膜的基質，包括在其表面上具有無光復合鍍膜的基質，在無光復合鍍膜表面上形成的含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在無電電鍍膜表面上形成的黑膜。
31、項目30的帶有黑膜的基質，其中無光復合鍍膜是含有不導電顆粒的無光鍍膜。
32、項目30的帶有黑膜的基質，其中無光復合鍍膜是無光復合鎳鍍膜或無光復合鎳合金鍍膜。
33、項目32的帶有黑膜的基質，其中無光復合鎳鍍膜或無光復合鎳合金鍍膜通過電解電鍍或無電電鍍方法形成。
34、項目32或33的帶有黑膜的基質，其中用于形成無光復合鎳合金鍍膜的合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
35、項目18到34中任一項的帶有黑膜的基質，其中在黑膜的表面上具有氟化鈍化膜。
36、項目18到35中任一項的帶有黑膜的基質，其中基質是鋁、鋁合金、銅、不銹鋼、塑料或陶瓷。
37、一種熱交換器元件，在其表面上具有項目18到36中任一項的帶有黑膜的基質。
38、一種光學設備，在其表面上具有項目18到36中任一項的帶有黑膜的基質。
39、一種轉動設備或滑動部件，在其表面上具有權利要求18到36中任一項的帶有黑膜的基質。
發明的效果按照本發明，可獲得一種帶有具有優秀的散熱性能并且發射率為0.8或更大的黑膜的用于半導體設備或真空設備的基質。使用這種帶有黑膜的基質的設備具有高散熱性能并且設備的壽命得到大大的延長。同樣，熱交換器的效能也得到了增強。
與常規的黑膜相比，帶有黑膜的本發明基質具有優異的性能，例如高耐鹵素類腐蝕性氣體腐蝕性和更少的氣體釋放。
實施發明的最好方式下面將詳細闡述本發明。
對于用于本發明的帶有具有優異散熱性能的黑膜的基質中的基質，可用的有，例如金屬、塑料或陶瓷。
在這些當中，金屬的例子包括鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、鐵、不銹鋼、銅、銅合金、鎂、鎂合金、鎳和鎳合金。
塑料的例子包括ABS、聚酰亞胺、聚丙烯酸酯、尼龍、聚乙烯和聚丙烯。
基質的表面優選經過清潔處理以便在其上形成金屬鍍膜。例如，可如所需使用已知的基質預處理辦法，例如酸洗、噴丸處理、使用溶劑或堿液脫脂、氧化膜的去除、鋅置換、鎳觸擊電鍍(strike)和氰化物觸擊電鍍電，如果需要均可被應用到基質表面。
通過在基質表面實施噴丸處理或酸-堿蝕刻，就可以在基質表面上形成一定的粗糙度，這樣表面的光澤度可被降低從而可形成具有低反射率的鍍膜。
隨后表面經過處理的基質表面經過電解或無電電鍍以形成無光鍍膜。無光鍍膜優選是例如銅、錫、鎳、鈷或其合金的鍍膜。當鍍膜的金屬是鎳時，優選鎳-磷合金膜、鎳-硼合金膜和鎳-磷-硼合金膜。
在通過電解電鍍形成鎳膜的情形中，可以使用已知的技術如使用氨基磺酸鎳作為鎳鹽的“氨基磺酸鎳浴”或使用氯化鎳和硫酸鎳的“瓦茨浴”。特別地，當使用“瓦茨浴”時，通過添加的表面活性劑可以輕微改變鍍膜的粗糙度并可得到有光澤的、半光澤的或無光鎳膜。必須謹慎地控制表面的粗糙度因為這些將帶來表面光澤度的變化，反射度的差異，并最終會極大地影響到散熱特性。
同樣，通過將不導電的微粒懸浮在鎳電鍍浴中并將其與鎳共沉積就可獲得緞紋狀無光鎳涂層。微粒的顆粒度適宜在0.02到10微米之間。顆粒越大，所獲得的鎳涂層越暗淡。特別地，為了獲得暗淡的表面，優選顆粒度在0.5到3微米的稍大的顆粒。但是，如果顆粒大，顆粒的粘附和共沉積將不均勻(歸咎于要被電鍍的材料的形狀)并可導致不均勻光澤的外觀。通過選擇適當的顆粒度和添加劑如分散劑和增亮劑，可在表面上得到最優的粗糙度。
對于不導電的微粒，可用的是例如氧化物如Al2O3、TiO2和ZrO2，碳化物如SiC、WC和TiC，或氮化物如BN、AlN和Si3N4。除了無機顆粒之外，也可以使用樹脂顆粒如聚四氟乙烯。
在無光鍍膜上形成無電電鍍膜。當這種無電電鍍膜的金屬是鎳時，除了使用鎳鹽之外還使用含有磷或硼化合物作為還原劑的鎳無電電鍍浴來實施電鍍。
鎳鹽的例子包括硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳和碳酸鎳。磷化合物的例子包括次磷酸鈉和次磷酸鉀。硼化合物的例子包括包括二甲氨基硼、二乙氨基硼和氫化鈉硼。
在電鍍浴中鎳鹽對磷化合物的比例可以根據鎳膜的組成作適當的調整。同樣，每種成分的濃度要考慮到電鍍浴的穩定性或沉積速度而定，但通常鎳鹽的濃度優選從5到50g/L，更優選約為20g/L。
在電鍍浴中，通過考慮到穩定性和pH緩沖作用，可添加有機酸如醋酸、蘋果酸和檸檬酸，以及絡合劑如乙二胺四乙酸。
為了例如防止鎳化合物在電鍍浴中自分解和沉積，優選添加微量的硫或氮化合物。
具體的硫化合物例子包括金屬硫代硫酸鹽、硫化鉛、硫酸鉛、巰基乙酸、硫脲和2-巰基苯甲酰噻唑。具體的氮化合物例子包括金屬硝酸鹽如硝酸鉛和硝酸鉍、以甘氨酸為代表的氨基酸，以及胺類如吡啶、苯胺和二乙醇胺。在這些當中，優選金屬鹽類如硫化鉛和硝酸鉛。
優選添加硫或氮化合物的原因不僅在于被添加的化合物防止了鎳化合物的自分解而且在于形成沉積的含有這樣化合物的、作為耐氧化性稍差的膜的無電電鍍膜，這個特性可被有利地用在將鍍膜形成黑膜的化學轉化處理中。
從電鍍浴的穩定性和沉積速率的角度出發，電鍍浴的pH值經常需要被調整到從弱酸性到弱堿性的范圍里，也就是，約從4到9。電鍍浴的溫度通過考慮到電鍍浴的穩定性和沉積速度而定，但通常溫度優選從50到90℃。無電電鍍膜的厚度可通過控制浸入電鍍液的時間來做適當的調整。
無電電鍍膜的厚度從1到20微米，但為了保持基質的無光表面和防止金屬光澤，厚度優選從1到10微米。
為了在這樣所形成的無電電鍍膜的表面上形成黑膜，所沉積的無電電鍍膜可經化學轉化以使鍍膜表面黑化，或可通過無電電鍍在無光無電電鍍膜表面上形成黑鍍膜如黑鉻鍍膜和黑鎳鍍膜。
至于所形成鍍膜的表面的黑化方法，可以利用通過使用氧化劑(化學轉化過程)的鍍膜氧化方法。關于化學轉化方法，JP-A-57-174442闡述了一種將鍍膜浸入到高錳酸鉀水溶液從而將鍍膜氧化的方法。同樣，JP-A-61-253383闡述了一種將硫化合物如糖精添加到鎳電鍍液中，以將一部分硫結合到NiP膜中從而加速氧化反應以形成黑膜。然而在這些方法中，不能產生均勻和完美的硫化鎳而形成不均勻的黑電鍍效果，而且鍍膜的附著強度將降低。
另外，日本專利2023576闡述了一種將氮化合物添加到鎳無電電鍍液中，形成鎳無電電鍍膜，并通過使用氯化鐵來氧化這個鎳鍍膜來獲得相似的黑鎳無電電鍍膜。在日本專利2023576中所形成的黑膜的發射率約為0.45，而且幾乎不能避免具有特定金屬膜的光澤。
在本發明中，可以利用上述方法作為黑化步驟，但是優選使用具有強氧化性的金屬鹽水溶液，如金屬硝酸鹽，對無電電鍍膜進行表面處理。特別是可以使用被溶解于稀硝酸中的硝酸鎳水溶液。
在本發明中，將基質表面粗糙化，在其上形成無光鍍膜，在無光鍍膜上進一步形成無電電鍍膜并使所得到的無電電鍍膜經過化學轉化以進行表面黑化，從而，與常規已知的黑膜相比，黑金屬鎳膜的反射率可被大大降低，甚至在復雜形狀上也可形成穩定的、發射率為0.8或更大的金屬膜。
通過這樣的方法所獲得的黑膜是在液相中形成的，并且在形成的膜中，水被吸附到黑膜最靠外的表面，而大量的水則被留在鍍膜里。所含的這些水有時會影響到鍍膜的耐候性、耐蝕性和反射性能從而使散熱性能惡化。因此優選除去所含的水。
在這個意義上，黑膜優選經過氣體處理以提高黑膜的性能。
黑膜的氣體處理可以例如如下進行。將黑膜的表面脫脂并脫水，然后優選通過將其保持在真空中或在100到250℃，優選180到220℃的惰性氣體氛圍中預定的時間以清潔黑膜。當實施這樣的氣體處理時，黑膜將大大降低含水量和污染并顯著改善耐候性、耐蝕性和發射特性。
為了更加提高主要含有鎳的黑膜的耐候性和耐蝕性，除了用惰性氣體進行熱處理外，隨后可用氟氣體對黑膜做鈍化處理，并且在清潔黑膜的同時形成氟化鈍化膜，耐蝕性就得到提高。用氟氣體鈍化黑膜的處理可以通過一般的鈍化方法來實施，但它優選通過在日本專利3094000中所描述的方法來實施。
在下面提到黑膜是黑鎳膜的情形中時將闡明這個方法。
為了在黑鎳膜上形成氟化的鈍化膜，首先對黑鎳膜施加強制氧化處理。通過將黑鎳膜與氧化性氣體如氧、一氧化二氮、過氧化氮或臭氧，在高溫下在反應爐中接觸來進行強制氧化處理。可以使用氧化性氣體與中性氣體或惰性氣體混合的混合氣。通常在250到500℃的溫度下進行氧化反應的。反應時間是從6到48小時。經過按這種方式的黑鎳層的強制氧化，黑鎳膜的表面側被氧化，形成含有氧化鎳的黑鎳層。這個時候，在膜表面上的碳、烴類等通過與氧燃燒而被除去，而與此同時，在膜中的大部分水從膜中被排出，結果得到不含這些的高等級狀態。
然后將表面被氧化的黑鎳膜氟化以形成一層氟化鎳層。
更具體而言，例如通過鎳無電電鍍在其上形成鎳合金膜的基質被裝在通過常壓氧化性氣體的反應爐中，將反應爐加熱到預定的溫度并維持這個狀態一段預定的時間，供給預定溫度下的氟化氣體并進行反應預定的時間，從而氟化氧化鎳膜。
使用100％氣體如氟、三氟化氯和三氟化氮、通過用惰性氣體如氮、氦和氬稀釋上述提及的氣體而得到的氣體，或氟的等離子氣體等進行氟化處理。氟化處理的溫度通常是常壓下的200到400℃。反應時間通常是從1到24小時。
經由這種氟化處理，在鎳合金膜表面上所形成的氧化鎳膜中的氧與氟反應并在一部分表面側上形成一層氟化鎳。這個氟化鎳層通常是形成一NiF2層(在表面層側中通過鎳和氟之間的幾乎合乎化學計量的反應形成)。氧化鎳不需要完全被氟化，另外，鎳可以以元素狀態存在，但在除了與氧化鎳層分界線區域的部分，氧優選被氟所取代并將變得低于檢測水平。
在本發明中，如上所述，呈黑色的黑鎳膜不是完全被氟化鎳層所取代但允許通過例如適當調整氟化處理條件如反應時間和溫度來保持黑鎳膜而沒有導致色調上的任何變化。
對于在這樣所獲得的基質-無光鍍膜-無電電鍍膜-黑膜或基質-無光鍍膜-無電電鍍膜-黑膜-氟化鎳膜中每層膜的厚度，從涂層的耐久性、產生的應力等角度考慮，無光鍍膜厚度優選從5到30微米，無電電鍍膜和黑膜的總厚度優選從2到10微米，而作為氟化鈍化膜，從耐候性和耐蝕性的角度考慮，氟化鎳膜的厚度優選從0.05到0.3微米。
實施例下面通過提及的實施例對本發明進行闡述，但本發明不限于這些實施例。
用酸洗對不銹鋼基質(SUS316L)進行表面預處理，然后在陰極電流密度為4A/dm2下在無光電解電鍍浴(組成硫酸鎳(30g/L)，氯化鎳(45g/L)，硼酸(45g/L)，穩定劑(最佳)，乳化劑(最佳)，pH4.5，溫度55℃)中反應預定的時間，以便在不銹鋼表面上形成厚度為10微米的無光鎳膜。
將其上形成了無光鎳膜的基質浸入到鎳無電電鍍浴中(硫酸鎳(25g/L)，次磷酸(20g/L)，絡合劑(最佳)，硫化鉛(5mg/L)，pH4.5，溫度90℃)并反應預定的時間，以便形成厚度為10微米的鎳無電電鍍膜。
通過將其浸入到化學轉化溶液中并反應30秒，將在其上形成有鎳無電電鍍膜的基質進行后處理，然后將基質徹底洗滌并干燥以形成黑鎳膜。通過使用在日本專利2023576中所闡述的氯化鐵水溶液進行化學轉化處理。
按這種方式通過濕處理形成黑鎳膜后，將在其上形成有黑鎳合金膜的基質裝入到常壓氣相流動控制系統的反應爐中，并在將其在減壓和200℃的溫度下預處理2小時后，將溫度升高到250℃，同時通入氮氣(99.999％)。在這個溫度下，進行12小時的鎳合金黑膜的穩定化。其后，引入20％F2氣體(氮稀釋)到反應爐中的氮氣中，以便用F2氣體完全置換反應爐的內部并保持這種狀態12小時，鎳合金黑膜的表面被氟化成氟化的鈍化膜。經過一段預定的時間之后，用氮氣置換氟氣并保持這種狀態1小時。然后，將溫度降低。
用堿蝕刻劑將鋁基質(A5083材料)的表面粗糙化(NaOH50g/L，50℃，3分鐘)，然后浸入到鎳無電電鍍浴(組成硫酸鎳(25g/L)，次磷酸(20g/L)，絡合劑(最佳)，pH4.5，溫度90℃)中并反應預定的時間，以便通過通用鋅酸鹽復鹽法(general double zincate process)形成厚度為10微米的無光鎳-磷合金膜。
將其上形成了無光鎳-磷合金膜的基質浸入到鎳無電電鍍浴中(硫酸鎳(25g/L)，次磷酸(20g/L)，絡合劑(最佳)，穩定劑(最佳)，硫化鉛(5mg/L)，pH4.5，溫度90℃)并電鍍預定的時間，以便形成厚度為10微米的鎳無電電鍍膜。
然后，通過將其浸入到化學轉化溶液中并反應30秒對該基質進行化學轉化處理，然后將基質徹底洗滌并干燥以形成黑鎳膜。化學轉化處理是在40℃下通過使用60g/L的硝酸鎳作為化學轉化溶液來實現的。
按這種方式通過濕處理形成黑鎳膜后，將在其上形成有黑鎳合金膜的基質裝入到常壓氣相流動控制系統的反應爐中，并在將其在減壓和200℃的溫度下預處理2小時后，將溫度升高到250℃，同時通入氮氣(99.999％)。在這個溫度下，進行12小時的黑鎳合金膜的穩定化。其后，通過引入20％F2氣體(氮稀釋)到反應爐中的氮氣中將氮氣置換掉，置換完成后，保持這種狀態12小時，從而鎳合金黑膜的表面被氟化成氟化的鈍化膜。經過一段預定的時間之后，用氮氣置換氟氣并保持這種狀態1小時。然后，將溫度降低。
用酸洗對不銹鋼基質(SUS316L)進行表面預處理，然后在陰極電流密度為4A/dm2下在無光電解電鍍浴(組成硫酸鎳(300g/L)，氯化鎳(45g/L)，硼酸(45g/L)，穩定劑(最佳)，乳化劑(最佳)，pH4.5，溫度55℃)中反應預定的時間，以便在不銹鋼表面上形成厚度為10微米的無光鎳膜。
將在其上形成有無光鎳膜的基質浸入到鎳無電電鍍浴中(硫酸鎳(25g/L)，次磷酸(20g/L)，絡合劑(最佳)，穩定劑(最佳)，硫化鉛(最佳)，pH4.5，溫度90℃)并電鍍預定的時間，以便形成厚度為10微米的鎳無電電鍍膜。
其后，通過將其浸入到化學轉化溶液中并反應30秒對基質進行后處理，然后將基質徹底洗滌并干燥以形成黑鎳膜。通過使用在日本專利2023576中所闡述的氯化鐵水溶液進行化學轉化處理。
按這種方式通過濕處理形成黑鎳膜后，將在其上形成有黑鎳合金膜的基質裝入到常壓氣相流動控制系統的反應爐中，在200℃下在空氣流中干燥2小時。
用酸洗對不銹鋼基質(SUS316L)進行表面預處理，然后浸入到復合無電電鍍浴(硫酸鎳(25g/L)，次磷酸(20g/L)，絡合劑(最佳)，穩定劑(最佳)，添加劑(最佳)，3微米的SiC顆粒(10g/L)，pH4.5，溫度90℃)中并反應預定的時間，以便在不銹鋼表面上形成厚度為10微米的無光復合鎳-磷合金膜。
將其上形成了無光復合鎳-磷合金膜的基質浸入到鎳無電電鍍浴中(硫酸鎳(25g/L)，次磷酸(20g/L)，絡合劑(最佳)，穩定劑(最佳)，硫化鉛(5mg/L)，pH4.5，溫度90℃)并反應預定的時間，以便形成厚度為10微米的鎳無電電鍍涂層。其后，通過將其浸入到化學轉化溶液中并反應30秒對基質進行后處理，然后將基質徹底洗滌并干燥以形成黑鎳膜。在40℃下通過使用60g/L的硝酸鎳來實現化學轉化處理。
以這種方式通過濕處理形成黑鎳膜后，將在其上形成有黑鎳膜的基質裝入到常壓氣相流動控制系統的反應爐中，并在200℃下在空氣流中干燥2小時。
用酸洗對不銹鋼基質(SUS316L)進行表面預處理，然后浸入到鎳無電電鍍浴中(組成硫酸鎳(25g/L)，次磷酸(20g/L)，絡合劑(最佳)，穩定劑(最佳)，pH4.5，溫度90℃)并反應預定的時間，以便在不銹鋼表面上形成厚度為10微米的鎳-磷合金膜。
為了黑化，將在其上形成有鎳-磷合金膜的基質浸入到鎳無電電鍍浴中(硫酸鎳(25g/L)，次磷酸(20g/L)，絡合劑(最佳)，穩定劑(最佳)，硫化鉛(5mg/L)，pH4.5，溫度90℃)并反應預定的時間，以便形成厚度為10微米的鎳無電電鍍涂層。其后，通過將其浸入到化學轉化溶液中并反應30秒對基質進行后處理，然后將基質徹底洗滌并在200℃下在空氣流中干燥2小時以形成黑鎳膜。所形成的膜的總厚度為20微米。
不銹鋼基質(SUS316L)經過表面預處理如酸洗，然后在陰極電流密度為4A/dm2下在電鍍浴(組成硫酸鎳(300g/L)，氯化鎳(45g/L)，硼酸(45g/L)，穩定劑(最佳)，pH4.5，溫度55℃)中反應預定的時間，以便在不銹鋼表面上形成厚度為15微米的光亮鎳膜。
將在其上形成有光亮鎳膜的基質浸入到黑鎳電解電鍍浴(硫酸鎳(70g/L)，硫酸銨(40g/L)，硫酸鋅(30g/L)，硫氰酸鈉(20g/L)，pH5，溫度50℃)中，在陰極電流密度為1A/dm2下反應預定的時間，徹底洗滌并在200℃下在空氣流中干燥2小時以形成5微米厚的黑鎳涂層。所形成的膜的總厚度為20微米。
不銹鋼基質(SUS316L)經過表面預處理如酸洗，然后在陰極電流密度為4A/dm2下在電鍍浴(組成硫酸鎳(300g/L)，氯化鎳(45g/L)，硼酸(45g/L)，穩定劑(最佳)，pH4.5，溫度55℃)中反應預定的時間，以便在不銹鋼表面上形成厚度為15微米的無光鎳膜。
將在其上形成有無光鎳膜的基質浸入到黑鉻電解電鍍浴(三氧化鉻(250g/L)，氟化鋇(4g/L)，溫度30℃)中，在陰極電流密度為30A/dm2下反應預定的時間，徹底洗滌并在200℃下在空氣流中干燥2小時以形成1到2微米厚的黑鉻涂層。所形成的膜的總厚度為17微米。
發射率通過傅立葉變換紅外分光光度計(JIR-100，JEOL Ltd.制造)來測定在實施例1到4和對比實施例1到3中被生產出來的帶有黑膜的基質的發射率。結果如表1所示。
所用的標準光源為80℃或160℃，測量2200到700cm-1的平均發射率。
表1發射率

參比

顯然，在本發明所有的實施例1到4中，發射率表現出80％或更大的高數值，與常規通過濕法所獲得的黑鎳鍍膜或黑鉻鍍膜相比，性能得到很大的提高。
散熱性能的評價試驗為了評估散熱性能，通過使用如

圖1所示的評價測試儀器評價每個樣品的散熱性能。將帶有黑膜的基質放在加熱板上，使黑膜面朝上。用電加熱將這個加熱板的下部加熱到100℃，通過紅外輻射溫度計測量黑膜的表面溫度。分別測量實施例1到4和對比實施例1到3的基質的黑膜溫度。結果如表2所示。
表2散熱性能

參比

在具有高發射率的實施例1到4中，所輻射的紅外射線的量表現出大的數值，顯示了優異的散熱性能。
氣體釋放特性測量每一個帶有黑膜的基質的氣體釋放特性。結果如表3所示。在將帶有黑膜的基質用于真空設備的情形中，要求帶有黑膜的基質釋放出的氣體量越少越好。
在真空裝置中將實施例1到3和對比實施例1到3的基質分別加熱，此時，測量從基質上的涂層中所產生的氣體并用質譜(四極質譜儀M-QA200TS，由Anelva Corp.制造)分析。加熱溫度從室溫升高到400℃，分析在這個加熱過程中釋放出來的氣體。
表3氣體釋放特性


(單位質量ppm)檢測到的總量(質量ppm)在實施例1和2(在這兩種情形中均進行了氟化鈍化處理)中展示出了優異的值。特別是起源于碳的污染顯著降低了，另外，水的含量同樣也顯示出小的數值。此外，在對比實施例3中，揭示出在內部存在大量的氫。
耐蝕性能檢驗帶有黑膜的基質的耐蝕性。結果如表4所示。黑膜被要求起到耐腐蝕涂層的作用而在它的使用過程中不發生變色。
在耐蝕性的評價試驗中，在室溫下(25℃)，黑膜被暴露到一個封入35％氯化氫水溶液作為腐蝕性水溶液的容器中24小時，此時測量黑膜重量的減少并評估。同樣，使用一種形成了20微米厚的鎳無電電鍍層的市售樣品作為對比材料并評估。
表4耐蝕性

參比

從表4中可明顯看出，實施例1到3的黑膜是一種與對比實施例2和3的市售常規黑膜相比在耐蝕性上得到很大改進的涂層。此外，在實施例1和2中，實施了氟化處理，由于形成了氟化的鈍化膜，重量的減少被減半了。這揭示了黑膜具有更佳的耐蝕性。
附圖的簡要說明圖1是一個用于測量帶有黑膜的基質(樣品)散熱性能的設備。
權利要求
1.一種生產帶有黑膜的基質的方法，包括在基質表面上形成無光鍍膜，在上述無光鍍膜表面上形成含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在上述無電電鍍膜表面上形成黑膜。
2.權利要求1的生產方法，其中無光鍍膜是無光鎳鍍膜或無光鎳合金鍍膜。
3.權利要求2的生產方法，其中無光鎳鍍膜或無光鎳合金鍍膜通過電解電鍍或無電電鍍的方法形成。
4.權利要求2或3的生產方法，其中用于形成無光鎳合金鍍膜的鎳合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
5.權利要求1的生產方法，其中無電電鍍膜是鎳無電電鍍膜或鎳合金無電電鍍膜。
6.權利要求5的生產方法，其中用于形成鎳合金無電電鍍膜的鎳合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
7.權利要求1的生產方法，其中黑膜是主要含有氧化鎳的黑膜。
8.一種生產帶有黑膜的基質的方法，包括在其至少一部分表面具有粗糙度的基質的表面上形成含有作為添加劑的硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在上述無電電鍍膜的表面上形成黑膜。
9.權利要求8的生產方法，其中基質表面的粗糙度通過噴丸處理或蝕刻表面形成。
10.權利要求8的生產方法，其中無電電鍍膜是鎳無電電鍍膜或鎳合金無電電鍍膜。
11.權利要求10的生產方法，其中鎳合金無電電鍍膜是至少一種選自鎳-磷合金膜、鎳-硼合金膜和鎳-磷-硼合金膜的鍍膜。
12.權利要求8的生產方法，其中黑膜是主要含有氧化鎳的黑膜。
13.一種生產帶有黑膜的基質的方法，包括在基質的表面上形成無光復合鍍膜，在上述無光復合鍍膜的表面上形成含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在上述無電電鍍膜的表面上形成黑膜。
14.權利要求13的生產方法，其中無光復合鍍膜是通過不導電顆粒的共沉積獲得的無光鍍膜。
15.權利要求14的生產方法，其中無光復合鍍膜是無光復合鎳鍍膜或無光復合鎳合金鍍膜。
16.權利要求15的生產方法，其中無光復合鎳鍍膜或無光復合鎳合金鍍膜通過電解電鍍或無電電鍍方法形成。
17.權利要求15或16的生產方法，其中用于形成無光復合鎳合金鍍膜的合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
18.一種帶有黑膜的基質，包括在其表面上具有無光鍍膜的基質，在上述無光鍍膜的表面上形成含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在上述無電電鍍膜的表面上形成黑膜的基質。
19.權利要求18的帶有黑膜的基質，其中無光鍍膜是無光鎳鍍膜或無光鎳合金鍍膜。
20.權利要求18的帶有黑膜的基質，其中無光鎳鍍膜或無光鎳合金鍍膜通過電解電鍍或無電電鍍方法形成。
21.權利要求19或20的帶有黑膜的基質，其中用于形成無光鎳合金鍍膜的鎳合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
22.權利要求18的帶有黑膜的基質，其中無電電鍍膜是鎳無電電鍍膜或鎳合金無電電鍍膜。
23.權利要求22的帶有黑膜的基質，其中用于形成鎳合金無電電鍍膜的鎳合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
24.權利要求18的帶有黑膜的基質，其中黑膜是主要含有氧化鎳的黑膜。
25.帶有黑膜的基質，包括在其至少一部分表面上形成粗糙度并且在其表面上具有含有硫或氮化合物作為添加劑的無電電鍍膜的基質，以及在上述無電電鍍膜的表面上形成的黑膜。
26.權利要求25的帶有黑膜的基質，其中基質表面的粗糙度通過噴丸處理或蝕刻表面形成。
27.權利要求25的帶有黑膜的基質，其中無電電鍍膜是鎳無電電鍍膜或鎳合金無電電鍍膜。
28.權利要求27的帶有黑膜的基質，其中鎳合金無電電鍍膜至少是至少一種選自鎳-磷合金膜、鎳-硼合金膜和鎳-磷-硼合金膜的鍍膜。
29.權利要求25的帶有黑膜的基質，其中黑膜是主要含有氧化鎳的黑膜。
30.帶有黑膜的基質，包括在其表面上具有無光復合鍍膜的基質，在上述無光復合鍍膜表面上形成的含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在上述無電電鍍膜表面上形成的黑膜。
31.權利要求30的帶有黑膜的基質，其中無光復合鍍膜是含有不導電顆粒的無光鍍膜。
32.權利要求30的帶有黑膜的基質，其中無光復合鍍膜是無光復合鎳鍍膜或無光復合鎳合金鍍膜。
33.權利要求32的帶有黑膜的基質，其中無光復合鎳鍍膜或無光復合鎳合金鍍膜通過電解電鍍或無電電鍍方法形成。
34.權利要求32或33的帶有黑膜的基質，其中用于形成無光復合鎳合金鍍膜的合金是鎳-磷合金、鎳-硼合金或鎳-磷-硼合金。
35.權利要求18到34中任一項的帶有黑膜的基質，其中在黑膜的表面上具有氟化鈍化膜。
36.權利要求18到35中任一項的帶有黑膜的基質，其中基質是鋁、鋁合金、銅、不銹鋼、塑料或陶瓷。
37.一種熱交換器元件，在其表面上具有權利要求18到36中任一項的帶有黑膜的基質。
38.一種光學設備，在其表面上具有權利要求18到36中任一項的帶有黑膜的基質。
39.一種轉動設備或滑動部件，在其表面上具有權利要求18到36中任一項的帶有黑膜的基質。
全文摘要
本文提供了一種生產帶有黑膜的基質的方法，包括在基質表面上形成無光鍍膜，在上述無光鍍膜表面上形成含有硫或氮化合物的無電電鍍膜，以及在上述無電電鍍膜表面上形成黑膜。該帶有黑膜的基質用于由于滑動或摩擦產生熱或由于化學反應而產生/積累熱的設備，例如半導體設備、真空設備、旋轉設備和熱交換器，并且黑膜具有優異的散熱性能，其發射率為0.8或更大。該帶有黑膜的基質對于鹵素類腐蝕性氣體具有耐蝕性并表現出優于得氣體釋放性能和在真空設備中的耐蝕性。
文檔編號C25D5/48GK1833052SQ200480022790
公開日2006年9月13日 申請日期2004年8月6日 優先權日2003年8月8日
發明者小島忠昭, 田口裕康 申請人:昭和電工株式會社