物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition),簡稱PVD。
PVD鍍膜涂層工藝一般區(qū)分為三種,分別是真空蒸發(fā)(Vacuum Evaporation)、濺射鍍膜(Sputtering)、離子鍍(Ion Plating)。
一、真空蒸發(fā)(Vacuum Evaporation)
金屬在真空中加熱時(shí)會變成氣體而蒸發(fā),真空蒸發(fā)就是利用此原理。處理時(shí)多在10-5Torr以下的真空中進(jìn)行,金屬及各種化合物都可當(dāng)作被附著物質(zhì),其應(yīng)用例有鏡片、反射鏡、塑膠零件等;但是以金屬表面硬化為目的的用途則很少,主要多用于裝飾性物件。
二、濺射鍍膜(Sputtering)
高能量的粒子撞擊靶材時(shí)靶中的分子或原子被撞擊出來的現(xiàn)象,此原理是以靶為陰極,以基板為陽極,在10-2Torr左右的Ar氣氛中加以高電壓時(shí)陰極附近的Ar氣離子化后變成Ar+,與陰極相撞擊,被Ar+離子所撞擊飛出的分子或原子撞上基板而堆積形成薄膜。
濺射應(yīng)用范圍極廣,利用其薄膜的機(jī)能則是以耐磨耗性、耐蝕性、耐熱性抗靜電或裝飾性為目的,但是因附著力的問題少見于刀具的應(yīng)用。適用于大宗連續(xù)性鍍膜,例如手機(jī)零件等。
三、離子鍍(Ion Plating)
PVD鍍膜涂層工藝中效果最好的為離子鍍膜方式;此方法是利用電弧撞擊靶材,使靶材原子被激發(fā)出來,與反應(yīng)性氣體反應(yīng),形成化合物沉積于工件表面的一種技術(shù)。爐內(nèi)運(yùn)行至高真空后,通入惰性氣體,加偏壓造成氬離子(Ar+),及帶負(fù)電的電子(e-),帶正電的氬離子會撞向通入偏壓為負(fù)極的基板底材,來清潔工件表面;之后再通入反應(yīng)氣體,在靶材和基板底材間產(chǎn)生電漿,進(jìn)行鍍膜作業(yè)。此一方式成膜速度快、密著性較佳,多用于切削刀具鍍膜涂層處理。
大部分企業(yè)都采用最先進(jìn)的陰極電弧法(cathode arc)進(jìn)行鍍膜作業(yè)。與其他方式相比,此種方式擁有較多的離化率、均勻的附著性以及最佳的密度,大多被應(yīng)用在金屬的硬質(zhì)鍍膜上,特別是要求耐磨耗的物件。
PVD真空離子鍍膜與傳統(tǒng)電鍍之間的不同
| 傳統(tǒng)電鍍 | PVD真空離子鍍膜技術(shù) |
方式 | 大氣中,以電解液為媒介,屬高污染工藝 | 真空環(huán)境下,以電漿為媒介,屬于環(huán)保工藝 |
特性 | 均勻性佳,薄膜表面有光澤。但僅以包覆方式,覆蓋表面無密著力可言 | 膜質(zhì)緊密,均勻度視旋轉(zhuǎn)夾具之結(jié)構(gòu)而定 |
硬度 | 硬度約 Hv900 左右 | 硬度可達(dá) Hv1800 以上 |
厚度 | 厚度約為鍍膜的 10 倍以上 | 厚度為微米級(μm)有絕佳的被覆性 |
密度 | 熱脹冷縮容易脫落 | 面寬 0.2平方毫米的鉆石壓子尖端可承受 10kg 以上垂直重量,膜層無剝落 |
真空鍍膜厚度屬于微米級,1μm 相當(dāng)于傳統(tǒng)電鍍一條的十分之一,因此經(jīng)過鍍膜作業(yè)以后,并不會影響工件的精度;傳統(tǒng)電鍍的批覆方式是以一種包覆的方式在外形成一層電鍍層,并無高度密著性可言。