產品設計領域PVD真空鍍膜的表面處理工藝
發布時間：2017-05-09
設計師在設計方案時，常常會考慮運用各種表面處理工藝來做設計實現，目的是滿足產品裝飾性或高性能等要求。
表面處理工藝種類實在太多，特別是技術快速發展的現在，不斷有更優秀的工藝推出，今天聊聊咱們產品類CMF設計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現物質轉移，將原子或分子由源轉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，利用氣體放電使靶材蒸發并使被蒸發物質與氣體都發生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上。
實際上我們設計師，接觸到的并不需要這么專業的理論。
通俗易懂的講，PVD是一種工業制造上的工藝，即真空鍍膜，讓產品擁有美觀的金屬質感和優良的性能，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、機加件和焊接件等零件的工藝上... ...
PVD可以用在不少材質上，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、藍色、紫色等彩色用氮化鈦、鈦化物、硅化物，藍色用銦錫合金，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可以鍍非常對的顏色，只是這個配方的研發成本非常高，還有專利保護的原因，所以目前可調的顏色也就十幾種，很難去微調顏色。
通過控制鍍膜過程中的相關參數，可以控制鍍出的顏色；鍍膜結束后可以用相關的儀器對顏色進行測量，使顏色得以量化，以確定鍍出的顏色是否滿足要求。
PVD鍍膜的優點
1、高硬度——硬度是衡量產品材料抗壓變形程度的一個重要性能指標。
我們先看一組數據：
a-鍍鎳層厚度0.005硬度——約180HV
b-含磷化學鍍鎳層的硬度——約300HV
c-鋁材基體的硬度——約100HV
經陽極氧化后膜的硬度——約300HV
硬質陽極氧化膜的硬度——約500HV
d-濕式硬質鉻電鍍時維氏的硬度——約800HV
e-采用PVD工藝產生的鍍膜的硬度——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，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。
化學性能穩定——耐腐蝕、抗酸、抗氧化。在烈日、潮濕等惡劣環境中不易變色、脫落性、破損等，性能穩定。
好清潔——容易清除油漆和筆跡，并不留下痕跡。
5、經濟——可減少清洗和擦亮電鍍黃銅或金色所必須的時間和成本。
6、加工方便——可鍍材料廣泛，與基體結合力強。可以蝕刻出任何能夠想象出的設計圖案。
7、環保——對環境無害，避免化學中毒，不雖然生產過程有廢氣排放，需要后期過濾，但基本屬于綠色制造的范疇，對人體和生態環境無害。
PVD鍍膜膜層的厚度
PVD鍍膜膜層的厚度較薄，為微米級，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性能，鍍后不須再加工。
PVD鍍膜與傳統的化學電鍍比較
相同點
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
PVD鍍膜膜層與工件表面的結合力更大，膜層的硬度更高，耐磨性和耐腐蝕性更好，膜層的性能也更穩定；PVD鍍膜不會產生有毒或有污染的物質。
PVD鍍膜會取代傳統的化學電鍍嗎？
現階段不能！
除了在不銹鋼材料表面可直接進行PVD鍍膜外，在很多其他材料(如鋅合金、銅、鐵、塑料等)的工件上進行PVD鍍膜前，都需要水鍍，包括先對它們進行化學電鍍Cr鉻。
使用鉻酐毒性大對人體傷害大，國際上也對六價鉻進行限制，再有化學鍍鉻走位極差，低電位鍍不上成為最大難題。
PVD鍍膜主要應用在一些比較高檔的五金制品上，對那些價格較低的五金制品通常也只是進行化學電鍍而不做PVD鍍膜。
PVD鍍膜技術目前主要應用的行業
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高達16萬人民幣
Dior 香水瓶
數控刀具
水龍頭
梵克雅天文主題寶腕表
PVD鍍膜技術的應用主要分為兩大類：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使工件更耐磨耐腐蝕延長其使用壽命；這方面主要應用五金行業的各個領域，如門窗五金、鎖具、衛浴五金、3C產品、腕表等行業。
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，提高工件的使用壽命；這方面主要應用在各種刀剪、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）、各種模具等產品中。
技術發展
PVD技術最初在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業的高度重視，人們在開發高性能，高可靠性涂層設備的同時，也在多個領域進行了更加深入的涂層應用研究。
與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600C以下時對材料的抗彎強度無影響，薄膜內部應力狀態為壓應力，更適于對硬質合金精密復雜刀具的涂層。
PVD是一種能夠真正獲得微米級鍍層且無污染的環保型表面處理方法，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工藝相對環保，對環境無不利影響，符合現代綠色制造的發展方向，將來大有可為。
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本文轉自 CMF設計軍團（公眾號）
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