PVD流程圖

1PVD原理

      PVD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；通常說的NCVM鍍膜，就是指真空蒸發(fā)鍍膜和真空濺射鍍。

   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，電子束轟擊鍍料，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：充氬(Ar)氣的真空條件下，使氬氣進(jìn)行輝光放電，這時(shí)氬(Ar)原子電離成氬離子(Ar+)，氬離子在電場(chǎng)力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會(huì)被濺射出來(lái)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l0-2Pa～10Pa范圍，所以濺射出來(lái)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(dòng)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。
    離子鍍的工藝過程：蒸發(fā)料的粒子作為帶正電荷的高能離子在高壓陰極（即工件）的吸引下，以很高的速度注入到工件表面。

     離子鍍的作用過程如下：
    蒸發(fā)源接陽(yáng)極，工件接陰極，當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生輝光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣，在放電電場(chǎng)作用下部分氬氣被電離，從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰

極負(fù)高壓的吸引，猛烈地轟擊工件表面，致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后，接通蒸發(fā)源交流電源，蒸發(fā)料粒子熔化蒸發(fā)，進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當(dāng)拋鍍于工件表面上的蒸發(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。這就是離子鍍的簡(jiǎn)單作用過程。

三種鍍膜方式的比較：

2PVD技術(shù)四個(gè)工藝步驟

(1)清洗工件：接通直流電源，氬氣進(jìn)行輝光放電為氬離子，氬離子轟擊工件表面，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(chǎng)后，高速?zèng)_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(dòng)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。

3PVD流程圖

4PVD加工特點(diǎn)

1).PVD膜層能直接鍍?cè)诓讳P鋼以及硬質(zhì)合金上，對(duì)比較軟的鋅合金、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(jí)，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(lái)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，涂層成分也由一代的TiN發(fā)展為TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta－C等多元復(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(duì)顏色值進(jìn)行測(cè)量，使顏色得以量化，以確定所鍍出的顏色是否滿足要求。

PVD鍍膜技術(shù)的應(yīng)用主要分為兩大類：裝飾鍍和工具鍍：
裝飾鍍的目的：主要是為了改善工件的外觀裝飾性能和色澤，同時(shí)使工件更耐磨耐腐蝕延長(zhǎng)其使用壽命；這方面主要應(yīng)用五金行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，如門窗五金、鎖具、衛(wèi)浴五金等行業(yè)。
工具鍍的目的：主要是為了提高工件的表面硬度和耐磨性，降低表面的摩擦系數(shù)，提高工件的使用壽命；這方面主要應(yīng)用在各種刀剪、車削刀具（如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等等）等產(chǎn)品中。
雖然使用PVD鍍膜技術(shù)能夠鍍出品質(zhì)高的膜層，但是PVD鍍膜過程的成本其實(shí)并不高，它是一種性價(jià)比非常高的表面處理方式，所以近年來(lái)PVD鍍膜技術(shù)發(fā)展得非?？臁VD鍍膜已經(jīng)成為五金行業(yè)表面處理的發(fā)展方向。

5PVD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(duì)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(wú)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(chǎng)中沿著電力線方向運(yùn)動(dòng)，因而凡是有電場(chǎng)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，這種方法非常適合于鍍復(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繞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(dòng)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(wú)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。象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(zhǎng)
；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(jiǎn)化
      現(xiàn)有鍍膜工藝，多數(shù)均要求事先對(duì)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)于整個(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(jiǎn)化了大量的鍍前清洗工作。

5.可鍍材料廣
  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。

6雙色PVD技術(shù)的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

其應(yīng)用范圍是： 
    1）碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等金屬材料； 
    2）金屬材料的表面硬度至少需要在HV170以上。
    其優(yōu)點(diǎn)是： 
    與傳統(tǒng)磁控濺射單色PVD技術(shù)相比，雙色PVD工藝更為復(fù)雜，流程更為繁雜，生產(chǎn)難度高，但外觀效果較好，兩種顏色的表面硬度都在HV600以上。
    傳統(tǒng)磁控濺射單色PVD技術(shù)要在實(shí)現(xiàn)雙色效果，采取的工藝措施是在整體PVD單色的基礎(chǔ)上把需要實(shí)現(xiàn)另一種顏色的區(qū)域激光鐳雕掉或者磨掉。新加工出來(lái)的區(qū)域就只能表現(xiàn)金屬的本色，表面硬度也就是金屬本身的表面硬度---
HV200左右（而PVD后的表面硬度為HV600以上）。 
    其缺點(diǎn)是： 
    1）工藝比傳統(tǒng)單色PVD的更為復(fù)雜，流程更為繁雜，生產(chǎn)難度高； 
    2）生產(chǎn)良率低，大約為65～70% （傳統(tǒng)單色PVD的生產(chǎn)良率一般為85～90%； 
    3）價(jià)格會(huì)比傳統(tǒng)單色PVD的高50～60%； 
    4）因工藝和流程的影響，雙色PVD生產(chǎn)限制較多，受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響較大，而傳統(tǒng)單色PVD則幾乎不受限制

7主要技術(shù)要求規(guī)范
    1、在黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色等傳統(tǒng)常規(guī)顏色之間進(jìn)行雙色PVD配對(duì)選擇； 
    2、不允許在3D面上或者3D面之間進(jìn)行雙色PVD配對(duì)處理； 
    3、可以在2D平面結(jié)構(gòu)上進(jìn)行雙色PVD設(shè)計(jì)； 
    4、就目前的技術(shù)條件而言，限于普通常規(guī)顏色，比如黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色。在黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色等傳統(tǒng)常規(guī)顏色之間進(jìn)行雙色PVD配對(duì)選擇；
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