三、PVD真空鍍膜技術(shù)歷史起源

真空涂層技術(shù)在上世紀(jì)六十年代オ出現(xiàn)，將CVD(化學(xué)氣相沉積)技術(shù)應(yīng)用于使硬質(zhì)合金刀具上。由于該技術(shù)需在高溫下進(jìn)行。到了上世紀(jì)七十年代末，開始出現(xiàn)因：

(1)其在真空密封的腔體內(nèi)成膜，幾乎無任何環(huán)境污染問題，有利于環(huán)保；

(2)其能得到光亮、華貴的表面，在顏色上，成熟的有七彩色、銀色、透明色、金黃色、黑色、以及由金黃色到黑色之間的任何一種顏色，能夠滿足裝飾性的各種需要；

(3)可以輕松得到其他方法難以獲得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂層、復(fù)合涂層，應(yīng)用在工裝、模具上面，可以使壽命成倍提高，較好地實(shí)現(xiàn)了低成本、高收益的效果；

(4)此外，PVD涂層技術(shù)具有低溫、高能兩個(gè)特點(diǎn)，幾乎可以在任何基材上成膜，因此，應(yīng)用范圍十分廣闊，其發(fā)展神速也就不足為奇。

真空涂層技術(shù)發(fā)展到了今天還出現(xiàn)了PCVD(物理化學(xué)氣相沉積)、MI-CVD(中溫化學(xué)氣相沉積)等新技術(shù)，各種涂層設(shè)備、各種涂層工藝層出不窮。目前較為成熟的PVD方法主要有多弧鍍與磁控濺射鍍兩種方式。多弧鍍設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，容易操作。多弧鍍的不足之處是，在用傳統(tǒng)的DC電源做低溫涂層條件下，當(dāng)涂層厚度達(dá)到0.3μm時(shí)，沉積率與反射率接近，成膜變得非常困難。而且，薄膜表面開始變朦。多弧鍍另一個(gè)不足之處是，由于金屬是熔后蒸發(fā)，因此沉積顆粒較大，致密度低，耐磨性比磁控濺射法成膜差?？梢?，多弧鍍膜與磁控濺射法鍍膜各有優(yōu)劣，為了盡可能地發(fā)揮它們各自的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，將多弧技術(shù)與磁控技術(shù)合而為一的涂層機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。在工藝上出現(xiàn)了多弧鍍打底，然后利用磁控濺射法増厚涂層，再利用多弧鍍達(dá)到穩(wěn)定的表面涂層顏色的新方法。

四、PVD真空鍍膜技術(shù)原理

PVD( Physical Vapor Deposition)即物理氣相沉積，分為：真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。我們通常所說的PVD鍍膜，指的就是真空離子鍍膜和真空濺射鍍;通常說的NCVM鍍膜，就是指真空蒸發(fā)鍍膜。

真空蒸鍍基本原理：在真空條件下，使金屬、金屬合金等蒸發(fā)，然后沉積在基體表面上，蒸發(fā)的方法常用電阻加熱，電子?xùn)|轟擊鍍料，使蒸發(fā)成氣相，然后沉積在基體表面，歷史上，真空蒸鍍是PVD法中使用較早的技術(shù)。

濺射鍍膜基本原理：充(Ar)氣的真空條件下，使氣進(jìn)行輝光放電，這時(shí)氬(Ar)原子電離成氮離子(Ar)，離子在電場力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會被濺射出來而沉積到工件表面。濺射鍍膜中的入射離子，一般采用輝光放電獲得，在10-2pa~10Pa范圍，所以濺射出來的粒子在飛向基體過程中，易和真空室中的氣體分子發(fā)生碰撞，使運(yùn)動方向隨機(jī)，沉積的膜易于均勻。

離子鍍基本原理：在真空條件下，采用某種等離子體電離技術(shù)，使鍍料原子部分電離成離子，同時(shí)產(chǎn)生許多高能量的中性原子，在被鍍基體上加負(fù)偏壓。這樣在深度負(fù)偏壓的作用下，離子沉積于基體表面形成薄膜。

五、PVD操作工藝步驟

1、清洗工件：接通直流電源，氬氣進(jìn)行輝光放電為離子，離子轟擊工件表面，工件表層粒子和臟物被轟濺拋出；

2、鍍料的氣化：即通入交流電后，使鍍料蒸發(fā)氣化；

3、 鍍料離子的遷移：由氣化源供出原子、分子或離子經(jīng)過碰撞以及高壓電場后，高速沖向工件；

4、鍍料原子、分子或離子在基體上沉積：工件表面上的蒸發(fā)料離子超過濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。

離子鍍時(shí)，蒸發(fā)料粒子電離后具有三千到五千電子伏特的動能，高速轟擊工件時(shí)，不但沉積速度快，而且能夠穿透工件表面，形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層，離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米，也就是說比普通真空鍍膜的擴(kuò)散深度要深幾十倍，甚至上百倍，因而彼此粘附得特別牢。

六、PVD鍍膜技術(shù)優(yōu)勢

1.PVD鍍膜技術(shù)特點(diǎn)

1）、PVD膜層能直接鍍在不銹鋼以及硬質(zhì)合金上，對比較的鋅合金、銅、鐵等壓鑄件應(yīng)先進(jìn)行化學(xué)電鍍鉻，然后才適合鍍PVD，但是水鍍后做PVD容易起泡，不良率較高；

2）、典型的PVD涂層加工溫度在250℃-450℃之間；

3）、涂層種類和厚度決定工藝時(shí)間，一般工藝時(shí)間為3-6小時(shí)；

4）、PVD鍍膜膜層的厚度為微米級，厚度較薄，一般為0.3μm-5μm，其中裝飾鍍膜膜層的厚度一般為0.3μm-1μm，因此可以在幾乎不影響工件原來尺寸的情況下提高工件表面的各種物理性能和化學(xué)性能，并能夠維持工件尺寸基本不變，鍍后不須再加工；

5）、PVD技術(shù)不僅提高了 鍍膜與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度，涂層耗材種類繁多，還有多元復(fù)合涂層，形成不同的顏色的表面效果。

6）、目前能夠做出的膜層的顏色有深金黃色，淺金黃色，咖啡色、古銅色、灰色、黑色、灰黑色，七彩色等。通過控制鍍膜過程中的相關(guān)參數(shù)，可以控制鍍出的顏色；鍍膜結(jié)束后可以用相關(guān)的儀器對顏色值進(jìn)行測量，使顏色得以量化，以確定所鍍出的顏色是否滿足要求。

七、PVD鍍膜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1）鍍層附著性能好

普通真空鍍膜時(shí)，在工件表面與鍍層之間幾乎沒有連接的過渡層，好似截然分開。而離子鍍時(shí)，離子高速轟擊工件時(shí)，能夠穿透工件表面，形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層，離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米，對離子鍍后的試件作拉伸試驗(yàn)表明，一直拉到快要斷裂時(shí)，鍍層仍隨基體金屬一起塑性延伸，無起皮或剝落現(xiàn)象發(fā)生，可見附著多么牢固，膜層均勻，致密。

2）繞鍍能力強(qiáng)

離子鍍時(shí)，蒸發(fā)料粒子是以帶電離子的形式在電場中沿著電力線方向運(yùn)動，因而凡是有電場存在的部位，均能獲得良好鍍層，這比普通真空鍍膜只能在直射方向上獲得鍍層優(yōu)越得多。因此，這種方法非常適合鍍復(fù)零件上的內(nèi)孔、凹槽和窄縫。等其他方法難鍍的部位。用普通真空鍍膜只能鍍直射表面，蒸發(fā)料粒子尤如攀登云梯一樣，只能順梯而上；而離子鍍則能均勻地鍍到零件的背面和內(nèi)孔中，帶電離子則好比坐上了直升飛機(jī)，能夠沿著規(guī)定的航線飛抵其活動半徑范圍內(nèi)的任何地方。

3）鍍層質(zhì)量好

離子鍍的鍍層組織致密、無針孔、無氣泡、厚度均勻。甚至棱面和凹槽都可均勻鍍復(fù)，不致形成金屬瘤。像螺紋一類的零件也能鍍復(fù)，有高硬度、高耐磨性（低摩擦系數(shù)）、很好的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，膜層的壽命更長；同時(shí)膜層能夠大幅度提高工件的外觀裝飾性能。

4）清洗過程簡化

現(xiàn)有鍍膜工藝，多數(shù)均要求事先對工件進(jìn)行嚴(yán)格清洗，既復(fù)雜又費(fèi)事。然而，離子鍍工藝自身就有一種離子轟擊清洗作用，并且這一作用還一直延續(xù)整個(gè)鍍膜過程。清洗效果極好，能使鍍層直接貼近基體，有效地增強(qiáng)了附著力，簡化了大量的鍍前清洗工作。

5）可鍍材料廣泛

離子鍍由于是利用高能離子轟擊工件表面，使大量的電能在工件表面轉(zhuǎn)換成熱能，從而促進(jìn)了表層組織的擴(kuò)散作用和化學(xué)反應(yīng)。然而，整個(gè)工件，特別是工件心部并未受到高溫的影響。因此這種鍍膜工藝的應(yīng)用范圍較廣，受到的局限性則較小。通常，各種金屬、合金以及某些合成材料、絕緣材料、熱敏材料和高熔點(diǎn)材料等均可鍍復(fù)。即可在金屬工件上鍍非金屬或金屬，也可在非金屬上鍍金屬或非金屬，甚至可鍍塑料、橡膠、石英、陶瓷等。

PVD鍍膜技術(shù)其功應(yīng)用，主要是裝飾鍍膜和工具鍍膜。對于幫助企業(yè)產(chǎn)品提升產(chǎn)品的耐磨性、耐腐蝕性和保持化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可謂功不可沒。