產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域PVD真空鍍膜的表面處理工藝
發(fā)布時(shí)間：2017-05-09
設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)方案時(shí)，常常會(huì)考慮運(yùn)用各種表面處理工藝來(lái)做設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，目的是滿足產(chǎn)品裝飾性或高性能等要求。
表面處理工藝種類實(shí)在太多，特別是技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)在，不斷有更優(yōu)秀的工藝推出，今天聊聊咱們產(chǎn)品類CMF設(shè)計(jì)師常用的一些表面處理工藝。
先從PVD工藝開(kāi)始吧！
是英文 Physical Vapor Deposition 即物理氣象沉積的縮寫。
PVD的工藝過(guò)程是物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將原子或分子由源轉(zhuǎn)移到基材表面上的過(guò)程。
具體來(lái)說(shuō)，是指在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場(chǎng)的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上。
實(shí)際上我們?cè)O(shè)計(jì)師，接觸到的并不需要這么專業(yè)的理論。
通俗易懂的講，PVD是一種工業(yè)制造上的工藝，即真空鍍膜，讓產(chǎn)品擁有美觀的金屬質(zhì)感和優(yōu)良的性能，多用在鈑金件、擠壓件、MIM（金屬射出成型）、PIM（粉末射出成型）、蝕刻件、機(jī)加件和焊接件等零件的工藝上... ...
PVD可以用在不少材質(zhì)上，包括：塑料、不銹鋼、銅、鐵、銀、陶瓷、玻璃、鋁、鈦合金、鋅合金、粉末冶金、液態(tài)金屬等，但最多的還是用在金屬上。
有些廠家直接只做金屬PVD，所以從廠家的叫法來(lái)說(shuō)，有時(shí)候PVD被專指金屬類PVD。
PVD鍍膜的顏色種類
PVD鍍膜目前能夠做出的膜層的顏色有深金黃色、淺金黃色、啡色、古銅色、灰色、黑色、灰黑色、七彩色、紫色、紅色、綠色、藍(lán)色等不少顏色，但最多的還是金色系，棕色系和黑色灰色系。
通過(guò)不同的靶材來(lái)鍍不同的顏色，金色、藍(lán)色、紫色等彩色用氮化鈦、鈦化物、硅化物，藍(lán)色用銦錫合金，亮銀色用銦錫合金，黑色用鎢，灰色用錫鎳鉻之類的金屬。
雖然PVD可以鍍非常對(duì)的顏色，只是這個(gè)配方的研發(fā)成本非常高，還有專利保護(hù)的原因，所以目前可調(diào)的顏色也就十幾種，很難去微調(diào)顏色。
通過(guò)控制鍍膜過(guò)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)顏色進(jìn)行測(cè)量，使顏色得以量化，以確定鍍出的顏色是否滿足要求。
PVD鍍膜的優(yōu)點(diǎn)
1、高硬度——硬度是衡量產(chǎn)品材料抗壓變形程度的一個(gè)重要性能指標(biāo)。
我們先看一組數(shù)據(jù)：
a-鍍鎳層厚度0.005硬度——約180HV
b-含磷化學(xué)鍍鎳層的硬度——約300HV
c-鋁材基體的硬度——約100HV
經(jīng)陽(yáng)極氧化后膜的硬度——約300HV
硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜的硬度——約500HV
d-濕式硬質(zhì)鉻電鍍時(shí)維氏的硬度——約800HV
e-采用PVD工藝產(chǎn)生的鍍膜的硬度——約1600HV
2、卓越的附著力——可以折彎90度以上不發(fā)生裂化或者剝落（PVD鍍膜持有很高附著力和耐久力），其它的技術(shù)，包括電鍍，噴涂都不能與其相比。
3、美觀——膜層顏色種類繁多，上色均勻一致，表面細(xì)膩光滑，富有金屬光澤，永不褪色。
4、耐久的表面
高度耐磨損——耐刮擦、不易劃傷、不易脫落和開(kāi)裂。
化學(xué)性能穩(wěn)定——耐腐蝕、抗酸、抗氧化。在烈日、潮濕等惡劣環(huán)境中不易變色、脫落性、破損等，性能穩(wěn)定。
好清潔——容易清除油漆和筆跡，并不留下痕跡。
5、經(jīng)濟(jì)——可減少清洗和擦亮電鍍黃銅或金色所必須的時(shí)間和成本。
6、加工方便——可鍍材料廣泛，與基體結(jié)合力強(qiáng)。可以蝕刻出任何能夠想象出的設(shè)計(jì)圖案。
7、環(huán)保——對(duì)環(huán)境無(wú)害，避免化學(xué)中毒，不雖然生產(chǎn)過(guò)程有廢氣排放，需要后期過(guò)濾，但基本屬于綠色制造的范疇，對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境無(wú)害。
PVD鍍膜膜層的厚度
PVD鍍膜膜層的厚度較薄，為微米級(jí)，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，鍍后不須再加工。
PVD鍍膜與傳統(tǒng)的化學(xué)電鍍比較
相同點(diǎn)
兩者都屬于表面處理的范疇，都是通過(guò)一定的方式使一種材料覆蓋在另一種材料的表面。
不同點(diǎn)
PVD鍍膜膜層與工件表面的結(jié)合力更大，膜層的硬度更高，耐磨性和耐腐蝕性更好，膜層的性能也更穩(wěn)定；PVD鍍膜不會(huì)產(chǎn)生有毒或有污染的物質(zhì)。
PVD鍍膜會(huì)取代傳統(tǒng)的化學(xué)電鍍嗎？
現(xiàn)階段不能！
除了在不銹鋼材料表面可直接進(jìn)行PVD鍍膜外，在很多其他材料(如鋅合金、銅、鐵、塑料等)的工件上進(jìn)行PVD鍍膜前，都需要水鍍，包括先對(duì)它們進(jìn)行化學(xué)電鍍Cr鉻。
使用鉻酐毒性大對(duì)人體傷害大，國(guó)際上也對(duì)六價(jià)鉻進(jìn)行限制，再有化學(xué)鍍鉻走位極差，低電位鍍不上成為最大難題。
PVD鍍膜主要應(yīng)用在一些比較高檔的五金制品上，對(duì)那些價(jià)格較低的五金制品通常也只是進(jìn)行化學(xué)電鍍而不做PVD鍍膜。
PVD鍍膜技術(shù)目前主要應(yīng)用的行業(yè)
LV Arc en Ciel 雨傘
LV 的 Malletage Blossom 包飾與鑰匙扣
Gucci2017春夏大秀Broadway真皮手拿包
VERTU黑色PVD鈦金屬與玫瑰金混合款售價(jià)高達(dá)16萬(wàn)人民幣
Dior 香水瓶
數(shù)控刀具
水龍頭
梵克雅天文主題寶腕表
PVD鍍膜技術(shù)的應(yīng)用主要分為兩大類：裝飾鍍膜和工具鍍膜。
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、3C產(chǎn)品、腕表等行業(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）、各種五金工具（如螺絲刀、鉗子等）、各種模具等產(chǎn)品中。
技術(shù)發(fā)展
PVD技術(shù)最初在高速鋼刀具領(lǐng)域的成功應(yīng)用引起了世界各國(guó)制造業(yè)的高度重視，人們?cè)陂_(kāi)發(fā)高性能，高可靠性涂層設(shè)備的同時(shí)，也在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了更加深入的涂層應(yīng)用研究。
與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600C以下時(shí)對(duì)材料的抗彎強(qiáng)度無(wú)影響，薄膜內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，更適于對(duì)硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層。
PVD是一種能夠真正獲得微米級(jí)鍍層且無(wú)污染的環(huán)保型表面處理方法，它能夠制備各種單一金屬膜（如鋁、鈦、鋯、鉻等),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工藝相對(duì)環(huán)保，對(duì)環(huán)境無(wú)不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向，將來(lái)大有可為。
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