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PVD底材、裝飾膜及鍍膜工藝介紹!

2018-12-06 點(diǎn)擊數:1700
PVD(Physical Vapor Deposition)---物理氣相沉積:指利用物理過(guò)程實(shí)現物質(zhì)轉移,將原子或分子由源轉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到的性能,從而在一定程度上滿(mǎn)足了人們對美觀(guān)、質(zhì)感、耐候等的需求,下面介紹PVD的基本知識,希望對剛入行的朋友有所幫助:



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

表1 部分金屬基材裝飾膜的種類(lèi)及顏色膜層種類(lèi)

裝飾膜種類(lèi)
色調
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、綠、黃、橙紅色
CrNx
紫青藍、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合離子鍍。下面分別從各類(lèi)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。當經(jīng)過(guò)多次鍍膜時(shí),真空鍍膜室的內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。

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

(3)抽真空

真空抽至6.6 x 10-3pa。開(kāi)始是粗抽,從大氣抽至5pa左右,用油擴散泵進(jìn)行細抽。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:通人高純度氮氣使真空度保持在(3~8) x 10-1pa,然后再逐漸加大c2h2氣體,隨著(zhù)c2h2氣體量增大,色澤由金黃一赤金黃一玫瑰金一黑色變化??刂苙2與c2h2兩種氣體的比例可以達到預定的色度。

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、停轉架。工件在真空鍍膜室內冷卻至80~100℃時(shí),向鍍膜室內充大氣,取出工件。



圖:手機五金件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:通入氮氣,真空度保持在(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離子源將反應氣體離化,擴大反應沉積的工藝范圍。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,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:通入高純氮氣,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:通入高純氮氣,真空度保持在5 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,停轉架。工件在真空室內冷卻到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(cháng)金膜的磨損時(shí)間,根據客戶(hù)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(chēng)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合力,在鍍膜之前需要上底漆。為保護膜層還需上面漆。底漆、面漆由溶劑、樹(shù)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,近幾年出現了紫外線(xiàn)硬化涂料,它可以擴展塑料制品的應用領(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)鍍設備結構簡(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(mén)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。

下面具體介紹鍍膜的流程。

(1)來(lái)料檢驗。

(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:一種是用吸塵器對準上好架的待鍍件仔細地除塵,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;提高膜層結合力。

(6)烘干。涂漆流平后需進(jìn)行干固處理,方法有紅外線(xiàn)加熱法、電熱加熱法及紫外線(xiàn)(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,轉動(dòng)正常,關(guān)真空室。抽真空:油擴散泵已預熱1h;開(kāi)機械泵,開(kāi)粗抽閥、進(jìn)行粗抽3—5min;開(kāi)羅茨泵,開(kāi)真空計測量真空達2~2.5pa;關(guān)粗抽閥,開(kāi)前置閥,開(kāi)高閥,進(jìn)行細抽至(1~2) x 10-2pa即可蒸鍍。真空度越高,膜層質(zhì)量越好。

蒸鍍:預熔的目的是除去鋁絲、鎢絲上的殘余氣體。此時(shí),從真空計上可以看見(jiàn)真空度是下跌的,當真空由下跌轉為上升,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 )使膜層的組織結構變粗;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。保護金屬膜層,為著(zhù)色工序做準備。

(9)著(zhù)色。面漆徹底固化后可進(jìn)行染色處理。根據客戶(hù)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、綠粉和藍粉。為加強鍍件的濕潤性可加入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(zhù)色——冷染或熱染。

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