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                                    PVD 離子鍍裝飾膜

                                    發布時間:2019-09-04瀏覽次數:8

                                    PVD 裝飾鍍膜技術的發展突飛猛進﹐離子鍍裝飾膜己廣泛應用于表殼、表帶、手機殼、眼鏡框、高爾夫球具、飾物、建筑五金、日用五金等產品。離子鍍裝飾膜賦予產品表面金屬質感和豐富的色彩,并改善耐磨、耐腐蝕性,延長使用壽命。隨著離子鍍裝飾膜市場日益擴大,膜層性能要求越來越高,制造工藝出現了許多新問題、新挑戰。


                                    一.工件表面美飾處理對離子鍍裝飾膜鍍制工藝的新挑戰

                                    不銹鋼基材通常會用拋光、拉絲、噴砂、化學蝕刻、激光雕刻、數控機床雕刻等作表面美工處理,有的還用激光焊接,水法電鍍鎳鉻層等。

                                    拋光作業會在工件上殘留難以去除的硬化了的拋光蠟;尼龍輪拉絲在拉絲溝上會殘留透明的不易發現的高分子化合物;砂輪拉絲可能殘留磨粒和粘結劑,或因摩擦過熱產生氧化皮;噴砂會有陶瓷砂粒﹑玻璃砂粒、氧化鋁砂粒殘留鑲嵌在表面上;化學蝕刻會有腐蝕產物殘留在腐蝕坑內,或在其它非腐蝕表面上殘留用于防腐蝕的保護物質;激光雕刻處理會產生高溫氧化皮和燒蝕基體碎片殘留;數控機床雕刻會有高溫氧化皮和切削油殘留,還會有基材碎片被壓入基體上;激光焊接也會導致高溫氧化等;水法電鍍鉻層會生成難以去除的復雜氧化物,這些處理引起的污染不徹底清除會導致離子鍍過程打火、鍍層假附著、掉膜、顏色不均等不良。

                                    在離子鍍產品中美工處理方式往往不是單一的,而是多種作業組合,這更增加了鍍前清洗的困難。采用傳統的超聲去油除蠟的方法是不能勝任的,必須調整清洗工藝,對不同的污染,可選擇機械清除、氣相清洗﹑真空加熱后再清洗、陰極電解﹑陽極電解、或采用針對性的高效清洗劑等等。這些綜合措施可取得較好的效果,但對有些污染仍未找到理想的解決辦法。新近等離子體拋光方法應用到鍍前清洗是值得關注的技術,該技術在某些鍍層的褪鍍取得良好效果。


                                    二.離子鍍裝飾膜產品如何邁過局部腐蝕的坎

                                    離子鍍裝飾膜大多采用過渡族金屬(如Ti、Zr、Cr)或其合金的氮、碳、氧的化合物,還有用非晶碳(類金剛石)膜的。一般來說,這些化合物本身的化學惰性比較高,耐腐蝕性能很好。但近年來一些裝飾鍍層產品包括表件、手機殼、高爾夫球頭等,卻未能 通過人工汗腐蝕試驗或中性鹽霧腐蝕試驗,因而引起了人們的關注!

                                    其實這一問題存在已久,只不過沒引起注意而己。裝飾鍍層產品的腐蝕不單是鍍層本身的耐蝕性問題,還包括裝飾鍍層+基體的系統腐蝕問題。許多研究工作都表明離子鍍裝飾鍍層自身耐蝕性好,它鍍在金屬(如不銹鋼)基體上,對基體整體均勻抗腐蝕能力有提高,但裝飾鍍層很薄,不可避免地存在表面缺陷﹐如微裂紋、微孔、針孔、柱狀晶界、電弧沉積的宏觀顆粒等。腐蝕介質可通過這些缺陷所形成的通道,穿過鍍層到達基體。

                                    鍍層→腐蝕介質→基體組成腐蝕電池,鍍層與基體成為電極隅,于是產生電化學腐蝕。一般鍍層化學惰性高于基體,鍍層電極電位高于基體,基體被氧化腐蝕。出現在鍍層產品上局部腐蝕或針孔腐蝕,甚至比無鍍層產品嚴重得多。局部腐蝕也成為判定鍍層產品是否合格的依據。市場評價鍍層產品的耐蝕性,一般是隨機抽樣進行人工汗腐蝕試驗和鹽霧腐蝕試驗,若出現局部腐蝕超標就判成批產品不合格。鑒于目前裝飾鍍層如此?。?微米左右)和現有離子鍍膜技術水平,鍍層針孔率較高,因此鍍層產品腐蝕試驗不通過的風險始終存在。

                                    提高系統耐局部腐蝕性的關鍵措施是:提高鍍層致密性,消除直通到基體的表面缺陷。研究過多種工藝方法:增厚鍍層,采用高耐蝕基體材料,沉積耐蝕致密過渡層,鍍層中間附加等離子刻蝕,多層結構,基體等離子氮化預處理等,以上PVD方法目前可改善系統耐局部腐蝕性。水法電鍍過渡層,較可靠但不環保。最后是涂敷UV油的非PVD方法,此法雖存在爭議﹐但有效。


                                    三.離子鍍裝飾膜均勻性的影響因素﹑對策及等離子體鞘層效應探討

                                    膜層的均勻性主要包括成分均勻、組織結構均勻和膜厚均勻。離子鍍膜均勻性的工藝條件是沉積在工件單位面積上的沉積粒子的成分(物種和比例)、能量(包括入射角和基體溫度)和數量相同。鍍膜設備結構和工藝條件是通過影響鍍室內等離子體與布氣的不均勻性影響離子鍍膜的不均勻性,再加上工件的裝掛不合理及裝夾具與工件或工件間互相遮擋,最終導致被鍍工件各部位單位面積上沉積量不均等而產生鍍膜的不均勻。

                                    要保證均勻性﹐沉積條件應考慮以下幾方面因素:

                                    (1)鍍膜空間等離子體要均勻;

                                    (2)空間電場和磁場對等離子體均勻性影響;

                                    (3)反應氣體布氣要均勻;

                                    (4)工件運動對均勻性的補償;

                                    (5)避免遮擋;

                                    (6)反濺射率與膜生長應力的影響;

                                    (7)等離子體鞘層的影響等。

                                    等離子體鞘層效應與工件的幾何形狀相關,不規則的幾何形狀引起鞘層“畸変”,因而改變了荷電粒子對相應表面的入射角和沉積量,這必然影響沉積的不均勻性﹕

                                    (1)二維直角平面鞘層在棱角處產生離子聚集效應;

                                    (2)凹拐角附近鞘層則相反,產生離子發散效應;

                                    (3)楔形刃口處,等離子鞘隨著楔形邊沿彎曲,鞘層朝刃尖方向收窄,鞘彎曲導致離子從較大的范圍被吸引向刃尖,離子沉積量增加;等離子體鞘厚度不均勻,讓鞘邊界變形,引起離子入射角度連續変化,入射角沿著刃尖(夾角)對稱的機會越來越??;

                                    (4)小孔和窄縫的鞘產生屏蔽效應;

                                    (5)盲孔內的等離子體鞘層邊界相當于發散透鏡的作用。離子鍍這種特殊效應﹐有待技朮人員的進一步研究。


                                    四. 離子鍍獲得新色系的可能性

                                    經過二十多年的努力,離子鍍裝飾膜可以生產出仿金黃色、銀白色、玫瑰紅、槍黑色、深黑色、咖啡色、棕色、藍色等系列顏色。當前用于批量生產的,主要以Ti、Zr、Cr、TiAl、石墨靶材和氮、乙炔(碳)、氧合成的產物﹐也有人用硅和硅烷。市場不斷提出新的顏色要求,但用有限幾種元素合成物要獲得更多穩定的顏色鍍層,總有局限性。有人在試驗鈮、鉿、各種稀土元素,還未有重大突破。

                                    物質的顏色是物質對可見光選擇性吸收后反射到人眼的刺激。選擇性吸收取決于物質的電子結構和相應的電子能級躍遷。復雜化合物的電子結構過于復雜﹐影響電子結構的因素又太多,對指定的顏色至今還不能做到計算或設計出相應電子結構的物質,自然也不能期望輕易找到相應的靶材和反應氣體﹔同時,現在對離子鍍工藝過程中等離子體的物理化學行為認識還不深入,對多元素物質在離子鍍過程中的分解、電離,產生的多樣中間產物形態、價態,各類粒子的數量、比例、能量及其在空間的分布如何,它們又如何與等離子體放電的電氣參數、發射源(靶)和供入反應氣體的狀況相聯系,都不甚了解﹐因此要把顏色色差進行高精度控制現在還有困難﹐只能將色差控制在一定范圍內。

                                    當然﹐對大部分目視外觀的電子產品而言﹐目前的工藝技朮還是有相當市場接受度的。正因為影響因素太多又認識不深入,有些顏色的生產極不穩定,有待積累經驗和認識深入后才能走出困境。有人走另一條路,借用光學干涉膜的方法,通過干涉膜系計算和設計,用折射率高、低兩種材料交替鍍多層膜系,從而獲得所需要的干涉色。用鍍光學膜的方法來做裝飾膜,最后頂層鍍耐磨的透明保護膜,使之不影響獲得的干涉色﹐這樣也許原來難以獲得的紅色、綠色問題就解決了。


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