PVD裝飾鍍膜技朮的發(fā)展突飛猛進﹐離子鍍裝飾膜己廣泛應(yīng)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(chǎn)品。離子鍍裝飾膜賦予產(chǎn)品表面金屬質(zhì)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(xiàn)了許多新問題、新挑戰(zhàn)。本文著重疏理近年鍍制技術(shù)遇到的新問題﹐包括鍍件表面美飾處理、鍍層表面針孔腐蝕、離子鍍等離子體鞘層效應(yīng)、膜層顏色開發(fā)等方面帶來的技術(shù)困惑，探討相應(yīng)對策。

    一。工件表面美飾處理對離子鍍裝飾膜鍍制工藝的新挑戰(zhàn)

    不銹鋼基材通常會用拋光、拉絲、噴砂、化學蝕刻、激光雕刻、數(shù)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(yè)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(fā)現(xiàn)的高分子化合物；砂輪拉絲可能殘留磨粒和粘結(jié)劑，或因摩擦過熱產(chǎn)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(chǎn)物殘留在腐蝕坑內(nèi)，或在其它非腐蝕表面上殘留用于防腐蝕的保護物質(zhì)；激光雕刻處理會產(chǎn)生高溫氧化皮和燒蝕基體碎片殘留；數(shù)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(chǎn)品中美工處理方式往往不是單一的，而是多種作業(yè)組合，這更增加了鍍前清洗的困難。采用傳統(tǒng)的超聲去油除蠟的方法是不能勝任的，必須調(diào)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(yīng)用到鍍前清洗是值得關(guān)注的技術(shù)，該技術(shù)在某些鍍層的褪鍍?nèi)〉昧己眯Ч?br />
    二。離子鍍裝飾膜產(chǎn)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(chǎn)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(guān)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(chǎn)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(tǒng)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(zhì)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(zhì)→基體組成腐蝕電池，鍍層與基體成為電極隅，于是產(chǎn)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(xiàn)在鍍層產(chǎn)品上局部腐蝕或針孔腐蝕，甚至比無鍍層產(chǎn)品嚴重得多。局部腐蝕也成為判定鍍層產(chǎn)品是否合格的依據(jù)。市場評價鍍層產(chǎn)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(xiàn)局部腐蝕超標就判成批產(chǎn)品不合格。鑒于目前裝飾鍍層如此薄（1微米左右）和現(xiàn)有離子鍍膜技術(shù)水平，鍍層針孔率較高，因此鍍層產(chǎn)品腐蝕試驗不通過的風險始終存在。

    提高系統(tǒng)耐局部腐蝕性的關(guān)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(jié)構(gòu)，基體等離子氮化預(yù)處理等，以上PVD方法目前可改善系統(tǒng)耐局部腐蝕性。水法電鍍過渡層，較可靠但不環(huán)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(yīng)探討

    膜層的均勻性主要包括成分均勻、組織結(jié)構(gòu)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(shù)量相同。鍍膜設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝條件是通過影響鍍室內(nèi)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(chǎn)生鍍膜的不均勻。

    要保證均勻性﹐沉積條件應(yīng)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(yīng)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(yīng)力的影響﹔

    （7）等離子體鞘層的影響等。

    等離子體鞘層效應(yīng)與工件的幾何形狀相關(guān)，不規(guī)則的幾何形狀引起鞘層“畸変”，因而改變了荷電粒子對相應(yīng)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(chǎn)生離子聚集效應(yīng)﹔

    （2）凹拐角附近鞘層則相反，產(chǎn)生離子發(fā)散效應(yīng)﹔

    （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(xù)変化，入射角沿著刃尖（夾角）對稱的機會越來越小﹔

    （4）小孔和窄縫的鞘產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)﹔

    （5）盲孔內(nèi)的等離子體鞘層邊界相當于發(fā)散透鏡的作用。離子鍍這種特殊效應(yīng)﹐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(jīng)過二十多年的努力，離子鍍裝飾膜可以生產(chǎn)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(chǎn)的，主要以Ti、Zr、Cr、TiAl、石墨靶材和氮、乙炔（碳）、氧合成的產(chǎn)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(wěn)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(zhì)的顏色是物質(zhì)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(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的電子能級躍遷。復雜化合物的電子結(jié)構(gòu)過于復雜﹐影響電子結(jié)構(gòu)的因素又太多，對指定的顏色至今還不能做到計算或設(shè)計出相應(yīng)電子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，自然也不能期望輕易找到相應(yīng)的靶材和反應(yīng)氣體﹔同時，現(xiàn)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(zhì)在離子鍍過程中的分解、電離，產(chǎn)生的多樣中間產(chǎn)物形態(tài)、價態(tài)，各類粒子的數(shù)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(shù)、發(fā)射源（靶）和供入反應(yīng)氣體的狀況相聯(lián)系，都不甚了解﹐因此要把顏色色差進行高精度控制現(xiàn)在還有困難﹐只能將色差控制在一定范圍內(nèi)。

    當然﹐對大部分目視外觀的電子產(chǎn)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(chǎn)極不穩(wěn)定，有待積累經(jīng)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(shè)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。

    五。高離化率脈沖濺射技術(shù)開辟新天地

    要沉積更致密更高性能的裝飾膜，單就現(xiàn)有技術(shù)調(diào)整工藝參數(shù)難有重大突破。既然離子鍍在等離子體狀態(tài)工作，就應(yīng)當尋求更有效的等離子體放電方式，獲得更適合等離子體狀態(tài)的鍍膜條件。近年來開發(fā)的高離化率脈沖濺射技術(shù)（HIPMS）是一種有希望的新技術(shù)。高離化率脈沖磁控濺射技術(shù)，具有等離子體密度高、濺射材料離化率高、離子平均電荷數(shù)高、離子能量高、成膜離子比例大等特點。HPPMS技術(shù)制備的薄膜由于受到高能離子轟擊，缺陷少、表面光滑、更加致密，進而表現(xiàn)出較高的硬度、結(jié)合力、耐磨性、耐腐蝕性，以及抗高溫氧化性能。該技術(shù)開發(fā)完善后也許會讓濺射鍍膜有新的飛躍。

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責任編輯：龐雪潔

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