PVD真空离子镀膜技术及原理

1、深圳成霖實業有限公司pvd真空離子鍍膜技術及原理撰稿人:張勝利一.概述PVD即為英語PhysicalVaporDeposition的縮寫，即用物理氣相沉積法制得的膜層，所謂物理氣相沉積是利用各種物理方法（如熱蒸發或輝光放電.弧光放電等物理過程）.將鍍料氣化成原子.分子或離化為離子，在各種材料或制品表面沉積單層或多層薄膜.從而使材料或制品獲得所需的各種优異性能.它包括真空蒸鍍.真空離子鍍和濺射鍍膜.與其它鍍膜或表面處理方法相比，物理氣相沉積具有鍍層材料廣泛.可鍍各種金屬.合金.氧化物.氮化物.碳化物等化合物鍍層，也能鍍制金屬.化合物的多層或复合層.鍍層附著力強.工藝溫度低.工件一般無受熱變形或材

2、料變質的問題.鍍層純度高.組織致密.工藝過程易於控制.調節.對環境無污染.存有設備較复雜.一次投資較大等缺陷，但由於以上特點.物理氣相沉積技術具有廣闊的發展前景.二.真空離子鍍膜1.概念:真空放電原理：在真空條條下，於兩電極間加上電壓（數KV）,氣體便發生電離.如氫氣電離為帶正電荷的氫離子（Ar+）及帶負電荷的電子，並以加速分別奔向陰極和陽極.由於Ar+撞擊陰極（加工物）表面，我們稱之陰極濺射.這種氣體放電的物理現象正是離子鍍膜原理的基礎.實現離子鍍有兩個必要的條件：（1）造成一個氣體放電的空間;（2）將鍍料原子引進放電空間，使其部分離化.真空離子鍍膜原理：A.弧電源.B.蒸發源.C偏壓電源.

3、D.轉架.如圖1所示，在真空條件下.，在陰極靶和工件之間加上一定的電壓後.（該電壓由轟偏電源C提供.工件上加負電）.二者之間便形成等離子場.當連接在大功率弧焊機的回路上的陰極靶和引弧電極通斷的瞬間，產生很大的短路電流，使該突起溫升加高，當達到金屬靶材的氣化溫度時.靶材金屬便被蒸發成金屬原子.當金屬原子進入等離子場時受到電子撞擊而電離為金屬離子，在電場和磁場的共同作用下，金屬離子便以較高的能量入射到待鍍工件表面，金屬正離子在達到工件表面的過程中與離化的反應氣體化合形成不同色澤的化合物與金屬原子一起沉積到待鍍工件表面而形成膜層.常用鍍膜術語真空：容器內介質氣體壓力低於大氣壓力(101325Pa)的

4、氣體狀態.真空度:用來表示真空狀態下氣體的稀薄程度.通常用壓力表示多弧離子鍍：是把真空弧光放電用於蒸發源的鍍膜技術.鍍膜時陰極靶材表面出現許多非常小的弧光輝點,且蒸發源數目大於一.薄膜：按照一定的需要,利用特殊的制備技術,在基體表面形成厚度為亞微米至微米級的膜層,幾乎所有固體材料都能制成薄膜材料.由於極其薄,因而需要基底支承,薄膜在基底上生長.彼此有相互作用,薄膜的一面附著在基底上,並受到約束又會產生內應力.靶：鍍膜的原材料.蒸發源：鍍膜機離化材料的部件.真空的特點和應用.排除了空氣的不良影響,可防止金屬氧化。.除去或減少氣體、雜質污染，提供清潔條件。.減少氣體分子間的碰撞次數。.真空的絕熱性

5、強。.可降低物質的沸點和氣化點。真空因有這些特點，故應用十分廣泛。如：宇航環境的模擬,加速器技術,可控熱核反應技術,真空輸送,真空過濾,真空干燥,真空蒸餾，真空制鹽,真空濃縮,真空除臭，真空結晶，冷凍干燥，真空浸漬，真空調濕，真空滲金屬，真空熱處理，真空離子氮化，真空制冷，真空燒結，真空鍍膜，低溫絕熱等等。離子鍍膜特點：離子鍍可在較低溫下進行.一般化學熱處理和化學氣相沉積均需在9000C以上進行，所以處理後要考慮晶粒細化和變形問題，而離子鍍可在6000C下進行.膜層的附著力強.繞鍍能力強：首先，蒸發物質由於在等離子區被電離為正離子，這些正離子隨電場的電子線運動而終止在常負電的基片的所有表面.因

6、而在基片的正面，反面甚至基片的內孔.凹槽.狹縫等都能沉積上薄膜.沉積速度快：鍍層質量好，離子鍍獲得的膜層，組織致密，氣孔.氣泡少.而且鍍前對工件清洗處理較簡單.成膜速度快.工件材料和鍍膜材料選擇性廣：工件材料除金屬.合金以外.陶瓷.玻璃.塑料均可以.鍍膜材料可以是金屬和合金，也可以是碳化物.氧化物和玻璃等，並可進行多元素多層鍍覆.離子鍍的應用離子鍍（包括濺射）鍍膜的應用舉例應用鍍膜基體（或組合）用例耐磨TiC,TiN,A10,HfN,WC,Cr23高速鋼，硬質合金，模具鋼，碳鋼刀具，模具，超硬工具,機械零件TiO.SiO.SiN2，2，34鋼，塑料，半導體表面保護強化耐熱Al,W,Ti,Ta,

7、Mo,Co-Cr-Al系合金鋼，不銹鋼，耐熱合金，Co-Cr-Al系合金排氣管，耐火材料，發動機，材料,航空航天器材耐蝕Al,Zn,Cd,Ta,Ti普通鋼，結構鋼，不銹鋼升機，船舶，汽車，管材，一般結構件潤滑Au,Ag,Pb,Cu-Au,Pb-Sn,MoS2高溫合金,軸承鋼噴氣發動機軸承，航空航天及高溫旋轉器件裝飾Au,Ag,Ti,Al,TiN,TiC,CrC鋼，黃銅，鋁，銅，不銹鋼，玻璃,塑料首飾.微章，鐘表，眼鏡，彩色書，光澤，著色電子工業集成電路Re,Ta-N,Ta-Al,Ta-Si,Ni-Cr陶瓷，塑料，玻璃薄膜電阻，電阻器Au,Al,Cu,NiAu,Al,Ni/Si片電極SiO2,A

8、l2O3,SiO2,Al2O/金屬23電容,二極管Nb,氧化物氧化物,Ag/石英透鏡SiO2陶瓷等金屬，印刷板，集成電路表面絕緣保護膜磁光記錄Cd-Co,Mn-Bi,Mn-Cu-Bi合金膜/塑料光盤光導通訊TiO.ZnO,BaTiO.SnO,InOq2，3，2，3塑料,玻璃，陶瓷保護膜，反射膜，特殊透明膜等塑料Ni,Cu,Cr塑料汽車零件，電氣零件聲學ZnO,PZT,BaTiO.LiNbOq33ZnO/石英，紅實石，金膜壓電膜，聲表面波器件能源Si,CaAs，黑Cr太陽能收集器太陽能電池，太陽能房Al,AuAl/鈾,Au/Cu套反應堆，加速器TiC,Au,Mo聚變反應容器內壁聚變反應容器13.

9、三PVD真空離子鍍加工流程:序號1.2.3.4.5.6.7.&9.10.11.12.工藝流程來料來料檢驗超聲波表面清洗純水表面清洗擦除表面水份表面水份烘干爐內抽取真空表面物理清洗高壓電轟擊表面鍍膜1r爐內充大氣200V/10A工件出爐*檢驗包裝說明3-5分鐘600V/1A廠家送貨至鍍膜部.鍍膜部需對來料進行分選，將砂眼.雜質.麻點.碰划傷.起泡.發黃等不良缺陷挑出.超聲波清洗是由超聲波清洗槽和超聲波電源兩部分組成.超聲波電源主要是產生具有一定能量的高頻信號，經導線傳給超聲波清洗槽的換能器，換能器可以將超聲電流產生的振蕩（頻率20-36KHZ）通過槽底（振板）傳給清洗液.這種超聲波振蕩在清洗液中

10、引起“空化”現象.即瞬時產生許多細微的氣泡，當這些氣泡破裂時，會產生很強烈的衝擊波.反复作用工件表面，使污物迅速從工件表面脫落.從而達到清洗的目的.純水亦即去離子水，由於自來水中含有Ca2+,Mg2+,Cl-,CO32-等電解質很容易使工件表面生銹.含有上述雜質的水在干燥過程中，一旦在工件表面生成水跡.所以必須用去離子水進行漂洗.利用毛巾將漂洗過的產品表面水份擦干.將擦干後的產品推進烘干爐進行烘干.將擦干後雜留在盲孔.縫隙中的水分子進一步烘干，烘干溫度銅件.1800C鋅壓鑄件1500C.塑膠件500C.烘干時間30-50分鐘.利用機械真空泵，油擴散泵來獲得鍍膜所需的真空度，其目的是排除空氣對產

11、品的不良影響，可防止金屬氧化.減少氣體雜質污染，提供清潔條件.&當真空抽至2.0*10-2Pa6.0*10-3Pa時，充入Ar,在陰陽極之間入0.5KV-3KV電壓時，電子從陰極發射出來,並將真空室內的殘余點體電離在陰極和陰極之間，陰陽離子的有序移動出現輝光現象，輝光電離的正離子到達陰極工件，導致工件的溫度升高，同時由於濺射使工件表面吸附原子脫離工件表面，這便是離子清洗，其結果是將工件表面進一步清洗干淨.高電壓轟擊時工件產生濺射，使表面雜質層清洗和吸附層解吸，使工件表面清洗,提高膜層的附著力.當引弧電極接觸靶材的瞬間，產生大短路電流使表面溫升加劇從而使靶材表面熔化產生弧放電，在工件表面由於偏壓

12、源供給負電壓，使電場強度的方向指向待鍍工件.同時在磁場的作用下，二次電子的運動螺旋化.能量加大.靶材的原子和離子能量進一步提高，射入待鍍工件表面淺層而成膜，靶材正離子在到達工件表面的過程中與離化的反應氣體化合形成不同色澤的化合物.鍍膜完畢後，充入大氣使爐內壓強與爐外一致.打開爐門取出工件.將鍍膜後的不良缺陷.如脫落.色差.等分選出.四PVD色系前工程（水鍍）工藝顏色代碼中文前工程表面處理工藝過程顏色JH亮鎳色拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍鉻PVDPVD灰亮白色ND砂線亮鎳拋光鍍鎳鍍冗鎳拋砂PVD磨砂不銹鋼色SH霧鉻色拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍霧鉻PVD白色霧狀，啞光PH珍珠鎳拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍霧鉻PVD米黃色霧狀，啞光

13、ZP黑珍珠拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍鉻PVD槍黑色YP鍍鋯拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍鉻PVD黃銅色TN鍍鈦拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍鉻PVD金黃色YB無拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍鉻PVD黃銅色.略帶紅RD玫瑰紅拋光鍍鎳鍍冗鎳拋砂PVD紅略帶黃PI砂線黃拋光鍍鎳鍍冗鎳拋砂PVD深黃色PP砂線青銅拋光鍍鎳鍍冗鎳拋砂PVD淺黃色無深藍色拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍鉻PVD深藍色無霧鉻黃色拋光鍍鎳鍍冗鎳霧鉻PVD霧狀深黃色無霧鉻青銅色拋光鍍鎳鍍冗鎳霧鉻PVD霧狀淺黃色無霧鉻黑色拋光鍍鎳鍍冗鎳霧鉻PVD霧狀黑色無雙色拋光鍍鎳鍍冗鎳鍍鉻PVD可鍍各種雙色五PVD常用的檢測手段.（一）.外觀顏色1.1通過標准色板比較肉眼看顏色差異是否明顯1.2用色差分析儀檢

14、測，儀器型號：CM-3600dSPECTROPHOTOMETER測色時以實際測試數據L值（明亮度）、A值（紅、綠色）、B值（黃、藍色）與標准顏色數據之差異，如超出允收范圍，則測定為拒收。（二）.磨擦試驗2.1菜瓜布磨擦磨擦力2.5kg0.5Kg，往返磨擦20次，單程時間為1秒，工件表面不可有擦痕、發白、脫落等不良現象。2.2鋼絲球磨擦磨擦力0.5KG0.OiKg，往返磨擦5次，單程時間為1秒，工件表面允許35條5mm以上之輕微擦痕2.3機械磨擦工件與150mm之布輪粘合力：0.5KG，布輪轉速：800轉/分鐘，磨擦時間：3分鐘，工件表面允許3條5mm以下之輕微擦痕2.4淬火測試ASTMB571

15、-91第9條款測試溫度Cu：250CZn：150C測試時間：30min工件不應有起泡、剝落、脫皮、變色之不良現象2.5鹽霧測試CAN/CSAASTM287醋酸（測試周期：24小時）B125-01鹽水濃度：5%PH值：3.2工件不應有腐蝕、起泡、變色、脫皮2.6超低溫測試溫度：-40C測試時間：40小時工件不可有裂紋2.7超音波測試工件置于超音波內，超音時間：1小時，工件表面不可有PVD層脫落的現象2.8落地測試工件距地面（鋼板）1m的距離，自由落地5次，測試點為工件同一位置。測試完畢：工件表面不可有裂紋、脫落的現象（三）.產品使用注意事項3.1產品維護不可用強酸性液清潔（如洗瓷靈），宜可采用鹼

16、性清潔劑3.2擦拭過程中避免尖銳物件刮到產品表面3.3產品表面不可長時間積存有含氟化學液（如牙膏）。六PVD離子鍍常見的缺陷序號不良現象原因預防措施1脫落1.1工件表面不干淨(水印.發黃).1.2工件在加熱時異物發生.1.3清洗不徹底.1.4毛巾.手套長時間未更換，造成污染.1.1前處理過鹼，過酸等.1.2烘干時提高烘干溫度.1.3延長清洗時間.1.4更換毛巾.手套.2偏深2.1鍍膜制程氮氣流量過大，壓力偏高.2.2靶材純度不當.2.3鍍膜爐脫太髒.2.1調低氮氣流量.2.2檢測靶材純度.2.3清洗爐膛.3偏淺3.1鍍膜制程氮氣壓力太低.3.1調高氮氣壓力.4局部色差4.1工件間相互遮蔽.4.2工件距離弧源太近.4.3真空抽速不穩.4.4靶材卷邊4.1上挂時注意調整工件間距離.4.2上挂時注意調整工件間距離.4.3檢查抽真空系統及各密封點.4.4將卷邊靶材車削.5弧傷5.1工件表面不干淨(有氧化物.毛屑),在高壓離子撞擊下燃燒不發弧傷.5.2偏壓源故障.5.1工件表面清潔.5.2降低離子轟擊的電壓與時間.七.鍍膜新開發專案介紹抗菌鍍膜專案抗菌鍍膜簡介本研究計劃乃利用成霖實業鍍膜部新購PP1100D5GUn-BalanceMagneticSputteringsystem將無機抗菌劑銀離子薄膜覆著於水龍頭及金屬衛浴配件表面，使其具有抗菌功能。進而符合JISZ2801抑菌檢