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工藝開始吧！
是英文 Physical Vapor Deposition 即物理氣象沉積的縮寫。
PVD的工藝過程是物理過程實(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程。
具體來說，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說，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。
通過不同的靶材來鍍不同的顏色，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)陽極氧化后膜的硬度——約300HV
硬質(zhì)陽極氧化膜的硬度——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)境無害，避免化學(xué)中毒，不雖然生產(chǎn)過程有廢氣排放，需要后期過濾，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)用引起了世界各國制造業(yè)的高度重視，人們?cè)陂_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)境無不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向，將來大有可為。
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本文轉(zhuǎn)自 CMF設(shè)計(jì)軍團(tuán)（公眾號(hào)）
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