PVD(Physical Vapor Deposition)---物理氣相沉積：指利用物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將原子或分子由源轉(zhuǎn)移到基材表面上的過(guò)程。它的作用是可以使某些有特殊性能（強(qiáng)度高、耐磨性、散熱性、耐腐性等）的微粒噴涂在性能較低的母體上，使得母體具有更好的性能。

這就使得某些簡(jiǎn)單易得的材料通過(guò)PVD處理之后，具有材料改性難以達(dá)到的性能，從而在一定程度上滿足了人們對(duì)美觀、質(zhì)感、耐候等的需求，下面介紹PVD的基本知識(shí)，希望對(duì)剛?cè)胄械呐笥延兴鶐椭?

一裝飾件材料（底材）

1.金屬：不銹鋼、鋼基合金、鋅基合金等。

2.玻璃、陶瓷。

3.塑料：abs、pvc、pc、尼龍等。

4.柔性材料：滌綸膜、pc、紙張、布、泡沫塑料、鋼帶等。

二裝飾膜種類

1.金屬基材裝飾膜層：TiN、ZrN、TiC、CrNx、TiCN、CrCN、TiO2、Al等。

2.玻璃、陶瓷裝飾膜層：TiO2、Cr2O3、MgF2、ZnS等。

3.塑料基材裝飾膜層：Cu、Ni、SiO2、TiO2、MgF2。

4.柔性材料裝飾膜層：Al、TiO2、ZnS等。

三部分金屬基材裝飾膜顏色

金屬基材裝飾膜的種類和色調(diào)很多。表1為部分金屬基材裝飾膜的種類及顏色。

表1 部分金屬基材裝飾膜的種類及顏色膜層種類

裝飾膜種類

色調(diào)

TiNx

淺黃、金黃、棕黃、黑色

TiC

淺灰色、深灰色

TiCxNy

赤金黃色、玫瑰金色、棕色、紫色

TiN+ Au

金色

ZrN

金黃色

ZrCxNy

金色、銀色

TiO2

紫青藍(lán)、綠、黃、橙紅色

CrNx

紫青藍(lán)、綠、黃、橙紅色

TixAl-Nx

金黃色、棕色、黑色

TixZrAl-Nx

金黃色

圖：真空離子鍍制土豪金膜層，來(lái)源于黃金屋科技

四裝飾膜的鍍制工藝

1．金屬件裝飾膜鍍制工藝

比較成熟的鍍膜技術(shù)有電弧離子鍍、磁控濺射離子鍍和復(fù)合離子鍍。下面分別從各類鍍膜技術(shù)中選取一種具有代表性的典型鍍制工藝進(jìn)行介紹。

1.1用電弧離子鍍的方法為黃銅電鍍亮鉻或鎳手表殼鍍制ticn膜。

采用小弧源鍍膜機(jī)和脈沖偏壓電源；

(1)工件清洗、上架、入爐

工件在入爐之前要經(jīng)過(guò)超聲波清洗、酸洗和漂洗三道工序。

首先是在超聲波清洗槽中放入按使用要求配制的金屬清洗劑，利用超聲波進(jìn)行脫脂、清洗。清洗之后，進(jìn)行酸洗，它可以中和超聲波清洗時(shí)殘余的堿液，還能起到活化處理的作用。然后進(jìn)行漂洗以徹底除去酸液，漂洗時(shí)必須采用去離子純凈水或蒸餾水。經(jīng)過(guò)三洗后，即時(shí)進(jìn)行烘干，溫度一般控制在100℃左右，時(shí)間為1h左右。也可以風(fēng)吹干后馬上人爐。

(2)鍍膜前的準(zhǔn)備工作

①清潔真空鍍膜室。用吸塵器將真空鍍膜室清潔一遍。當(dāng)經(jīng)過(guò)多次鍍膜時(shí)，真空鍍膜室的內(nèi)襯板還需作定期清洗，一般是半個(gè)月清洗一次。

②檢查電弧蒸發(fā)源。工作前，要確保電弧蒸發(fā)源發(fā)源安裝正確，絕緣良好，引弧針控制靈活,程合適，恰好能觸及陰極表面。

③檢查工件架的絕緣情況。工件架與地之間的絕緣必須須良好，負(fù)偏壓電源與工件架的接觸點(diǎn)點(diǎn)必須接觸良好。

以上幾項(xiàng)工作確保沒(méi)有問(wèn)題后，才可以關(guān)閉真空鍍膜室的門，進(jìn)行抽氣和鍍膜。

(3)抽真空

真空抽至6.6 x 10-3pa。開始是粗抽，從大氣抽至5pa左右，用油擴(kuò)散泵進(jìn)行細(xì)抽。在粗抽時(shí)，可以烘烤加熱至150℃。伴隨鍍膜室溫度的升高，器壁放氣會(huì)使真空度降低，然后又回升，等到溫度回升到6.6 x 10-3pa時(shí)方可進(jìn)行鍍膜工作。

(4)轟擊清洗

①氬離子轟擊清洗

真空度：通人高純度氬氣(99.999%)真空度保持在2～3pa。轟擊電壓：800～1000v。轟擊時(shí)間：10min.

此刻在真空鍍膜室內(nèi)發(fā)生輝光放電，放電產(chǎn)生的氬離子以較高的能量撞擊工件表面，將工件表面吸附的氣體、雜質(zhì)和工件表面層原子濺射下來(lái)，露出材料的新鮮表面。

②鈦轟擊

真空度：通人高純度氬氣使真空度保持在2 x 10-2pa。脈沖偏壓：400～500v，占空比20%。電弧電流：60～80a，輪換引燃電弧蒸發(fā)源，每個(gè)電弧蒸發(fā)源引燃1～2min。

(5)鍍膜

①鍍鈦

真空度：通人高純度氬氣，真空度保持在2 x 10-2pa。脈沖偏壓：200～300v，占空比50 %。電弧電流：60～80a，引燃全部弧源，時(shí)間2～3min.

②鍍ticn

真空度：通人高純度氮?dú)馐拐婵斩缺３衷?3～8) x 10-1pa，然后再逐漸加大c2h2氣體，隨著c2h2氣體量增大，色澤由金黃一赤金黃一玫瑰金一黑色變化。控制n2與c2h2兩種氣體的比例可以達(dá)到預(yù)定的色度。

電弧電流：50～70a。脈沖偏壓：100～150v，占空比60 %～80 %。沉積溫度：200℃左右。鍍膜時(shí)間：10～20min，膜層厚度0.2～0.5μm。

(6)冷卻

鍍膜工序結(jié)束后，首先關(guān)閉電弧電源和偏壓電源，然后關(guān)閉氣源、停轉(zhuǎn)架。工件在真空鍍膜室內(nèi)冷卻至80～100℃時(shí)，向鍍膜室內(nèi)充大氣，取出工件。

圖：手機(jī)五金件PVD鍍膜，來(lái)源于黃金屋科技

1.2用磁控濺射離子鍍技術(shù)為黃銅電鍍亮鉻的衛(wèi)生潔具鍍制zrn膜。采用基材為鋯的非平衡磁控濺射靶和中頻電源，以及脈沖偏壓電源。

(1)抽真空

5 x 10-3～6.6 x 10-13pa本底真空。加熱溫度應(yīng)在真空室器壁放氣后又回升到100～150℃。

2)轟擊清洗

真空度：通人氬氣真空度保持在2～3pa。轟擊電壓：800～1000v，脈沖占空比20%。轟擊時(shí)間：10min。

(3)鍍膜

①沉積鋯底層

真空度：通入氬氣，真空度保持在s x lo-1pa。靶電壓：400—550v，靶功率15 n 30w/crrr2。脈沖偏壓：450～500v，占空比20 %。鍍膜時(shí)間：5～10min。

②鍍zrn膜

真空度：通入氮?dú)?，真空度保持?3～5) x 10-1pa。靶電壓：400～550v，靶電流隨靶的面積增大而加大。脈沖偏壓：150～200v，占空比80 %。鍍膜時(shí)間：20～30min。

由于磁控濺射技術(shù)中金屬離化率低，不容易進(jìn)行反應(yīng)沉積，獲得化合物膜層的工藝范圍比較窄?？刹捎脷怏w離子源將反應(yīng)氣體離化，擴(kuò)大反應(yīng)沉積的工藝范圍。也可以采用柱狀弧源產(chǎn)生的弧等離子體作為離化源，柱狀弧源還是輔助鍍膜源。

(4)冷卻

鍍膜結(jié)束后，首先關(guān)閉磁控濺射靶電源、偏壓電源，然后關(guān)閉氣源、停轉(zhuǎn)架。工佇件在真空鍍膜室中冷卻到100℃時(shí)，向鍍膜室充大氣，取出工件。

1.3用復(fù)合涂層離子鍍方法為黃銅電鍍亮鎳的手表殼鍍制tin十a(chǎn)u+ si02膜。

采用電弧、磁控濺射、中頻或射頻濺射離子鍍多功能鍍膜機(jī)，在真空鍍膜室壁上安裝6個(gè)小平面弧源鈦靶鍍tin，中心安裝柱狀磁控濺射黃金靶鍍金，壁上安裝2個(gè)矩形平面磁控濺射si02靶或si靶鍍si02。采用直流偏壓電源。

(1)工件清洗、上架、入爐。方法同前。

(2)抽真空：本底真空最好達(dá)到6.6 x 10-3pa，烘烤加熱溫度為150℃左右。

(3)轟擊清洗。方法同前，包括氬轟擊和鈦轟擊兩種方法。

(4)鍍膜

①沉積鈦底層

真空度：通入高純氬氣，真空度保持在5 x 10-2pa。電弧電流：50～70a，引燃全部弧源，時(shí)間為2～3min。偏壓：400～500v。

②沉積tin膜

真空度：通入高純氮?dú)?，真空度保持在s x lo-1pa。偏壓：100～200vo電弧電流：60～80a。沉積時(shí)間：10～20min，膜層厚度0.1～0.5μm。

③摻金鍍

真空度：通入高純氮?dú)?，真空度保持? x 10-2pa。偏壓：100～150v。電弧電流：60a(真空鍍膜室上、中、下各點(diǎn)燃1個(gè)源)。磁控濺射金靶電壓：400—500v，電流3～5a;時(shí)間：1min。

④鍍金

真空度：通入氬氣，真空度保持在3 x 10-1pa。偏壓：100～150v。濺射靶電壓：400～550v。時(shí)間：5-10min。

⑤沉積si02

真空度：通入高純氬氣，真空度8 x 10-2pa或5x 10-1pa。中頻（射頻）電源功率：200～500w。時(shí)間：10～20min。

4)冷卻：首先關(guān)閉中頻（或射頻）電源，然后關(guān)氣源，停轉(zhuǎn)架。工件在真空室內(nèi)冷卻到80-100℃時(shí)，向真空室充空氣，取出工件。該工藝也叫摻金鍍或ipg，最后一層si02是透明的，是保持金膜的，它可以延長(zhǎng)金膜的磨損時(shí)間，根據(jù)客戶的要求可有可無(wú)。

2．塑料件裝飾膜的鍍制工藝

塑料制品鍍金屬膜的工藝也稱塑料金屬化。為了填充塑料制品毛坯上的缺陷，提高表面光亮度和塑料與金屬膜的結(jié)合力，在鍍膜之前需要上底漆。為保護(hù)膜層還需上面漆。底漆、面漆由溶劑、樹脂、助劑組成，按比例、順序加入，混合攪拌。底漆、面漆一般采用溶劑型涂料，近幾年出現(xiàn)了紫外線硬化涂料，它可以擴(kuò)展塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域。

塑料制品裝飾膜的pvd技術(shù)有兩種：真空蒸發(fā)鍍和磁控濺射鍍。真空蒸發(fā)鍍?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便并且生產(chǎn)效率高，是目前廣泛采用的塑料件的鍍膜技術(shù)。

圖：塑料門牌金色PVD鍍膜

2.1塑料制品裝飾膜的真空蒸發(fā)鍍工藝

一般塑料制品的真空蒸發(fā)鍍膜機(jī)有臥式和立式雙室（蚌形）兩種。鍍膜的工藝流程是：清洗脫脂——上架——涂底漆一固化——蒸發(fā)鍍膜一涂面漆一固化——下架一染色——檢驗(yàn)。

下面具體介紹鍍膜的流程。

(1)來(lái)料檢驗(yàn)。

(2)干燥。待鍍件來(lái)料時(shí)含較多水分，需進(jìn)行干燥處理3～5h，溫度為50～60℃。

3)上架。一般注塑時(shí)基本按真空鍍膜要求生產(chǎn)，因此待鍍件表面一般油污較少，經(jīng)過(guò)一般的擦拭就可上架，但是來(lái)料油污多時(shí)需進(jìn)行去污處理。方法是用市售洗潔劑逐件刷洗、漂洗、烘干。油污嚴(yán)重時(shí)還需用清洗劑在50～60℃，浸泡15～20min進(jìn)行脫脂處理。

(4)除塵。這道工序是保證鍍膜質(zhì)量的關(guān)鍵之一，方法有兩種：一種是用吸塵器對(duì)準(zhǔn)上好架的待鍍件仔細(xì)地除塵，能取得較理想的效果；另一種是用高壓氣“吹塵”的方法，這種方法必須裝有油水分離器，但在實(shí)際工作中這種方法并不是很理想；還有一種方法是用靜電除塵的方法，對(duì)質(zhì)量要求較高時(shí)采用。

(5)涂底漆。涂底漆是保證鍍膜質(zhì)量的關(guān)鍵之二，涂底漆的目的是提高鍍件表面的光潔度和光亮度；提高膜層結(jié)合力。

(6)烘干。涂漆流平后需進(jìn)行干固處理，方法有紅外線加熱法、電熱加熱法及紫外線(uv)固化法等。固化溫度為60～70℃，固化時(shí)間為1.5～2.5h。

(7)鍍膜。鍍膜是保證鍍膜質(zhì)量的關(guān)鍵。

鍍膜前的準(zhǔn)備工作：①鎢絲的處理：一般采用φ0.75mm的3根絞合鎢絲，用金屬清洗劑將鎢絲浸泡20～30min，60～90℃進(jìn)行脫脂之后，徹底地漂洗烘干備用；②鋁絲的處理：用純度為99.9%～99.99%的鋁絲或鋁箔制成的蒸發(fā)舟進(jìn)行堿處理，將鋁絲浸泡在10%～15%的naoh溶液中2～3min，進(jìn)行水汝洗3-5次，烘干2h備用。

鍍膜操作：待鍍件上架，并裝上鎢絲，然后入爐，檢查接觸是否良好，轉(zhuǎn)動(dòng)正常，關(guān)真空室。抽真空：油擴(kuò)散泵已預(yù)熱1h;開機(jī)械泵，開粗抽閥、進(jìn)行粗抽3—5min;開羅茨泵，開真空計(jì)測(cè)量真空達(dá)2～2.5pa；關(guān)粗抽閥，開前置閥，開高閥，進(jìn)行細(xì)抽至(1～2) x 10-2pa即可蒸鍍。真空度越高，膜層質(zhì)量越好。

蒸鍍：預(yù)熔的目的是除去鋁絲、鎢絲上的殘余氣體。此時(shí)，從真空計(jì)上可以看見真空度是下跌的，當(dāng)真空由下跌轉(zhuǎn)為上升，并回到本底真空時(shí)，可進(jìn)行蒸發(fā)。蒸鋁：作為裝飾膜蒸鋁時(shí)的真空控制在(1～2) x 10-2pa，蒸發(fā)采用快速蒸發(fā)可減少氧化概率，又不會(huì)使膜層的組織結(jié)構(gòu)變粗；因而，可減少散射損失，提高反射率。

冷卻充氣：蒸鋁以后，即可充氣出爐。

(8)涂面漆。保護(hù)金屬膜層，為著色工序做準(zhǔn)備。

(9)著色。面漆徹底固化后可進(jìn)行染色處理。根據(jù)客戶要求，將不同顏色按按一定的比例進(jìn)行配制，常用的配制24k金可用黃粉、金粉和紅粉；配制黑色用黑粉、綠粉和藍(lán)粉。為加強(qiáng)鍍件的濕潤(rùn)性可加入1 %的冰乙酸，變色溫度控制在60～70℃，不要超過(guò)80℃。

圖：塑料鍍膜，金色

2.2塑料件裝飾膜的磁控濺射鍍膜工藝：

塑料制品磁控濺射鍍工藝流程及鍍前、鍍后處理與蒸發(fā)鍍相同。

(1)前處理。工件去油污，烘干去水。

(2)上底漆。烘干固化，固化溫度為60—65℃。

(3)鍍鋁，也叫塑料表面金屬化。采用柱狀磁控濺射工藝鍍鋁。

(4)上面漆。

(5)著色——冷染或熱染。

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