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产品设计领域PVD真空镀膜的表面处理工艺

发布时间:2017-05-09

设计师在设计方案时,常常会考虑运用各种表面处理工艺来做设计实现,目的是满足产品装饰性或高性能等要求。

表面处理工艺种类实在太多,特别是技术快速发展的现在,不断有更优秀的工艺推出,今天聊聊咱们产品类CMF设计师常用的一些表面处理工艺。

先从PVD工艺开始吧!

PVD

是英文 Physical Vapor Deposition 即物理气象沉积的缩写。

PVD的工艺过程是物理过程实现物质转移,将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。

具体来说,是指在真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术,利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离,利用电场的加速作用,使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。

实际上我们设计师,接触到的并不需要这么专业的理论。

通俗易懂的讲,PVD是一种工业制造上的工艺,即真空镀膜,让产品拥有美观的金属质感和优良的性能,多用在钣金件、挤压件、MIM(金属射出成型)、PIM(粉末射出成型)、蚀刻件、机加件和焊接件等零件的工艺上... ...

PVD可以用在不少材质上,包括:塑料、不锈钢、铜、铁、银、陶瓷、玻璃、铝、钛合金、锌合金、粉末冶金、液态金属等,但最多的还是用在金属上。

有些厂家直接只做金属PVD,所以从厂家的叫法来说,有时候PVD被专指金属类PVD

PVD镀膜的颜色种类

PVD镀膜目前能够做出的膜层的颜色有深金黄色、浅金黄色、啡色、古铜色、灰色、黑色、灰黑色、七彩色、紫色、红色、绿色、蓝色等不少颜色,但最多的还是金色系,棕色系和黑色灰色系。

通过不同的靶材来镀不同的颜色,金色、蓝色、紫色等彩色用氮化钛、钛化物、硅化物,蓝色用铟锡合金,亮银色用铟锡合金,黑色用钨,灰色用锡镍铬之类的金属。

虽然PVD可以镀非常对的颜色,只是这个配方的研发成本非常高,还有专利保护的原因,所以目前可调的颜色也就十几种,很难去微调颜色。

通过控制镀膜过程中的相关参数,可以控制镀出的颜色;镀膜结束后可以用相关的仪器对颜色进行测量,使颜色得以量化,以确定镀出的颜色是否满足要求。

PVD镀膜的优点

1、高硬度——硬度是衡量产品材料抗压变形程度的一个重要性能指标。

我们先看一组数据:

a-镀镍层厚度0.005硬度——约180HV

b-含磷化学镀镍层的硬度——约300HV

c-铝材基体的硬度——约100HV

经阳极氧化后膜的硬度——约300HV

硬质阳极氧化膜的硬度——约500HV

d-湿式硬质铬电镀时维氏的硬度——约800HV

e-采用PVD工艺产生的镀膜的硬度——约1600HV

2、卓越的附着力——可以折弯90度以上不发生裂化或者剥落(PVD镀膜持有很高附着力和耐久力),其它的技术,包括电镀,喷涂都不能与其相比。

3、美观——膜层颜色种类繁多,上色均匀一致,表面细腻光滑,富有金属光泽,永不褪色。

4、耐久的表面

高度耐磨损——耐刮擦、不易划伤、不易脱落和开裂。

化学性能稳定——耐腐蚀、抗酸、抗氧化。在烈日、潮湿等恶劣环境中不易变色、脱落性、破损等,性能稳定。

好清洁——容易清除油漆和笔迹,并不留下痕迹。

5、经济——可减少清洗和擦亮电镀黄铜或金色所必须的时间和成本。

6、加工方便——可镀材料广泛,与基体结合力强。可以蚀刻出任何能够想象出的设计图案。

7、环保——对环境无害,避免化学中毒,不虽然生产过程有废气排放,需要后期过滤,但基本属于绿色制造的范畴,对人体和生态环境无害。

PVD镀膜膜层的厚度

PVD镀膜膜层的厚度较薄,为微米级,一般为0.3μm~5μm,其中装饰镀膜膜层的厚度一般为0.3μm~1μm,因此可以在几乎不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能,镀后不须再加工。

PVD镀膜与传统的化学电镀比较

相同点

两者都属于表面处理的范畴,都是通过一定的方式使一种材料覆盖在另一种材料的表面。

不同点

PVD镀膜膜层与工件表面的结合力更大,膜层的硬度更高,耐磨性和耐腐蚀性更好,膜层的性能也更稳定;PVD镀膜不会产生有毒或有污染的物质。

PVD镀膜会取代传统的化学电镀吗?

现阶段不能!

除了在不锈钢材料表面可直接进行PVD镀膜外,在很多其他材料(如锌合金、铜、铁、塑料等)的工件上进行PVD镀膜前,都需要水镀,包括先对它们进行化学电镀Cr铬。

使用铬酐毒性大对人体伤害大,国际上也对六价铬进行限制,再有化学镀铬走位极差,低电位镀不上成为最大难题。

PVD镀膜主要应用在一些比较高档的五金制品上,对那些价格较低的五金制品通常也只是进行化学电镀而不做PVD镀膜。

PVD镀膜技术目前主要应用的行业

LV Arc en Ciel 雨伞

 

LV 的 Malletage Blossom 包饰与钥匙扣

Gucci2017春夏大秀Broadway真皮手拿包

 

VERTU黑色PVD钛金属与玫瑰金混合款售价高达16万人民币

 

Dior 香水瓶

数控刀具

水龙头

梵克雅天文主题宝腕表

PVD镀膜技术的应用主要分为两大类:装饰镀膜和工具镀膜。

装饰镀的目的主要是为了改善工件的外观装饰性能和色泽同时使工件更耐磨耐腐蚀延长其使用寿命;这方面主要应用五金行业的各个领域,如门窗五金、锁具、卫浴五金、3C产品、腕表等行业。

工具镀的目的主要是为了提高工件的表面硬度和耐磨性,降低表面的摩擦系数,提高工件的使用寿命;这方面主要应用在各种刀剪、车削刀具(如车刀、刨刀、铣刀、钻头等等)、各种五金工具(如螺丝刀、钳子等)、各种模具等产品中。

技术发展

PVD技术最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视,人们在开发高性能,高可靠性涂层设备的同时,也在多个领域进行了更加深入的涂层应用研究。

与CVD工艺相比,PVD工艺处理温度低,在600C以下时对材料的抗弯强度无影响,薄膜内部应力状态为压应力,更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层。

PVD是一种能够真正获得微米级镀层且无污染的环保型表面处理方法,它能够制备各种单一金属膜(如铝、钛、锆、铬等),氮化物膜(TiN、ZrN、CrN、TiAlN)和碳化物膜(TiC、TiCN),以及氧化物膜(如TiO等)。

PVD工艺相对环保,对环境无不利影响,符合现代绿色制造的发展方向,将来大有可为。

图文版权归原作者
本文转自 CMF设计军团(公众号)
图片来自 网络
本文不作商业用途,本文仅为传达信息的作用

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