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PVD流程图

发布时间:2019-01-17浏览次数:载入中...
1PVD原理

      PVD (Physical Vapor Deposition) 即物理气相沉积,分为:真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。我们通常所说的PVD镀膜 ,指的就是真空离子镀膜;通常说的NCVM镀膜,就是指真空蒸发镀膜和真空溅射镀。

   真空蒸镀基本原理:在真空条件下,使金属、金属合金等蒸发,然后沉积在基体表面上,蒸发的方法常用电阻加热,电子束轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面,历史上,真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。


    溅射镀膜基本原理:充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。 溅射镀膜中的入射离子,一般采用辉光放电获得,在l0-2Pa~10Pa范围,所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中,易和真空室中的气体分子发生碰撞,使运动方向随机,沉积的膜易于均匀。

    离子镀基本原理:在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。
    离子镀的工艺过程:蒸发料的粒子作为带正电荷的高能离子在高压阴极(即工件)的吸引下,以很高的速度注入到工件表面。

     离子镀的作用过程如下:
    蒸发源接阳极,工件接阴极,当通以三至五千伏高压直流电以后,蒸发源与工件之间产生辉光放电。由于真空罩内充有惰性氩气,在放电电场作用下部分氩气被电离,从而在阴极工件周围形成一等离子暗区。带正电荷的氩离子受阴

极负高压的吸引,猛烈地轰击工件表面,致使工件表层粒子和脏物被轰溅抛出,从而使工件待镀表面得到了充分的离子轰击清洗。随后,接通蒸发源交流电源,蒸发料粒子熔化蒸发,进入辉光放电区并被电离。带正电荷的蒸发料离子,在阴极吸引下,随同氩离子一同冲向工件,当抛镀于工件表面上的蒸发料离子超过溅失离子的数量时,则逐渐堆积形成一层牢固粘附于工件表面的镀层。这就是离子镀的简单作用过程。

三种镀膜方式的比较:



2PVD技术四个工艺步骤

(1)清洗工件:接通直流电源,氩气进行辉光放电为氩离子,氩离子轰击工件表面,工件表层粒子和脏物被轰溅抛出;
(2)镀料的气化:即通入交流电后,使镀料蒸发气化。 
(3)镀料离子的迁移:由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞以及高压电场后,高速冲向工件; 
(4)镀料原子、分子或离子在基体上沉积:工件表面上的蒸发料离子超过溅失离子的数量时,则逐渐堆积形成一层牢固粘附于工件表面的镀层。
离子镀时,蒸发料粒子电离后具有三千到五千电子伏特的动能,高速轰击工件时,不但沉积速度快,而且能够穿透工件表面,形成一种注入基体很深的扩散层,离子镀的界面扩散深度可达四至五微米,也就是说比普通真空镀膜的扩散深度要深几十倍,甚至上百倍,因而彼此粘附得特别牢。

3PVD流程图

4PVD加工特点

1).PVD膜层能直接镀在不锈钢以及硬质合金上,对比较软的锌合金、铜、铁等压铸件应先进行化学电镀铬,然后才适合镀PVD,但是水镀后做PVD容易起泡,不良率较高;
2).典型的 PVD 涂层加工温度在 250 ℃— 450 ℃之间;
3).涂层种类和厚度决定工艺时间,一般工艺时间为 3~6 小时;
4).PVD镀膜膜层的厚度为微米级,厚度较薄,一般为0.3μm~5μm,其中装饰镀膜膜层的厚度一般为0.3μm~1μm,因此可以在几乎不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能,并能够维持工件尺寸基本不变,镀后不须再加工;
5).PVD技术不仅提高了镀膜与基体材料的结合强度,涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta-C等多元复合涂层,形成不同的颜色的表面效果。
6).目前能够做出的膜层的颜色有深金黄色,浅金黄色,咖啡色,古铜色,灰色,黑色,灰黑色,七彩色等。通过控制镀膜过程中的相关参数,可以控制镀出的颜色;镀膜结束后可以用相关的仪器对颜色值进行测量,使颜色得以量化,以确定所镀出的颜色是否满足要求。

PVD镀膜技术的应用主要分为两大类:装饰镀和工具镀:
装饰镀的目的:主要是为了改善工件的外观装饰性能和色泽,同时使工件更耐磨耐腐蚀延长其使用寿命;这方面主要应用五金行业的各个领域,如门窗五金、锁具、卫浴五金等行业。
工具镀的目的:主要是为了提高工件的表面硬度和耐磨性,降低表面的摩擦系数,提高工件的使用寿命;这方面主要应用在各种刀剪、车削刀具(如车刀、刨刀、铣刀、钻头等等)等产品中。
虽然使用PVD镀膜技术能够镀出高品质的膜层,但是PVD镀膜过程的成本其实并不高,它是一种性价比非常高的表面处理方式,所以近年来PVD镀膜技术发展得非常快。PVD镀膜已经成为五金行业表面处理的发展方向。

5PVD优点

1.镀层附着性能好
  普通真空镀膜时,在工件表面与镀层之间几乎没有连接的过渡层,好似截然分开。而离子镀时,离子高速轰击工件时,能够穿透工件表面,形成一种注入基体很深的扩散层,离子镀的界面扩散深度可达四至五微米,对离子镀后的
试件作拉伸试验表明,一直拉到快要断裂时,镀层仍随基体金属一起塑性延伸,无起皮或剥落现象发生,可见附着多么牢固,膜层均匀,致密。

2.绕镀能力强
  离子镀时,蒸发料粒子是以带电离子的形式在电场中沿着电力线方向运动,因而凡是有电场存在的部位,均能获得良好镀层,这比普通真空镀膜只能在直射方向上获得镀层优越得多。因此,这种方法非常适合于镀复零件上的内孔、凹槽和窄缝。等其他方法难镀的部位。用普通真空镀膜只能镀直射表面,蒸发料粒子尤如攀登云梯一样,只能顺梯而上;而离子镀则能均匀地绕镀到零件的背面和内孔中,带电离子则好比坐上了直升飞机,能够沿着规定的航线飞抵其活动半径范围内的任何地方。
 
3.镀层质量好
  离子镀的镀层组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀。甚至棱面和凹槽都可均匀镀复,不致形成金属瘤。象螺纹一类的零件也能镀复, 有高硬度、高耐磨性(低摩擦系数)、很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点,膜层的寿命更长
;同时膜层能够大幅度提高工件的外观装饰性能

4.清洗过程简化
      现有镀膜工艺,多数均要求事先对工件进行严格清洗,既复杂又费事。然而,离子镀工艺自身就有一种离子轰击清洗作用,并且这一作用还一直延续于整个镀膜过程。清洗效果极好,能使镀层直接贴近基体,有效地增强了附着力,简化了大量的镀前清洗工作。

5.可镀材料广泛
  离子镀由于是利用高能离子轰击工件表面,使大量的电能在工件表面转换成热能,从而促进了表层组织的扩散作用和化学反应。然而,整个工件,特别是工件心部并未受到高温的影响。因此这种镀膜工艺的应用范围较广,受到的
局限性则较小。通常,各种金属、合金以及某些合成材料、绝缘材料、热敏材料和高熔点材料等均可镀复。即可在金属工件上镀非金属或金属,也可在非金属上镀金属或非金属,甚至可镀塑料、橡胶、石英、陶瓷等。

6双色PVD技术的应用范围及优缺点

其应用范围是: 
    1)碳钢、合金钢、不锈钢及钛合金等金属材料; 
    2)金属材料的表面硬度至少需要在HV170以上。
    其优点是: 
    与传统磁控溅射单色PVD技术相比,双色PVD工艺更为复杂,流程更为繁杂,生产难度高,但外观效果极佳,两种颜色的表面硬度都在HV600以上。
    传统磁控溅射单色PVD技术要在实现双色效果,采取的工艺措施是在整体PVD单色的基础上把需要实现另一种颜色的区域激光镭雕掉或者磨掉。新加工出来的区域就只能表现金属的本色,表面硬度也就是金属本身的表面硬度---
HV200左右(而PVD后的表面硬度为HV600以上)。 
    其缺点是: 
    1)工艺比传统单色PVD的更为复杂,流程更为繁杂,生产难度高; 
    2)生产良率低,大约为65~70% (传统单色PVD的生产良率一般为85~90%; 
    3)价格会比传统单色PVD的高50~60%; 
    4)因工艺和流程的影响,双色PVD生产限制较多,受产品结构的影响较大,而传统单色PVD则几乎不受限制

7主要技术要求规范
    1、在黑色、银色、金色、普通的玫瑰色等传统常规颜色之间进行双色PVD配对选择; 
    2、不允许在3D面上或者3D面之间进行双色PVD配对处理; 
    3、可以在2D平面结构上进行双色PVD设计; 
    4、就目前的技术条件而言,限于普通常规颜色,比如黑色、银色、金色、普通的玫瑰色。在黑色、银色、金色、普通的玫瑰色等传统常规颜色之间进行双色PVD配对选择;
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