李福球*，林松盛，林凱生

（廣東省新材料研究所，現(xiàn)代材料表面工程技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，廣東省現(xiàn)代表面工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650）

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【綜述】

離子鍍硬質(zhì)裝飾膜的發(fā)展與現(xiàn)狀

李福球*，林松盛，林凱生

（廣東省新材料研究所，現(xiàn)代材料表面工程技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，廣東省現(xiàn)代表面工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650）

回顧了離子鍍膜技術(shù)在硬質(zhì)裝飾膜領(lǐng)域的發(fā)展歷史，介紹了仿金色、金色、玫瑰色、黑色等各種顏色裝飾性硬質(zhì)膜的特點(diǎn)

離子鍍；硬質(zhì)膜；裝飾；顏色

First-author's address: Guangdong Institute of New Materials， National Engineering Laboratory for Modern Materials Surface Engineering Technology， Key Lab of Guangdong for Modern Surface Engineering Technology， Guangzhou 510651，China

真空離子鍍膜技術(shù)是最近四五十年才發(fā)展起來的一種膜層制備技術(shù)［1］。由于真空離子鍍具有許多傳統(tǒng)電鍍和其他真空鍍膜方法（如蒸發(fā)鍍）所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，比如采用真空離子鍍膜技術(shù)制備的膜層與基體材料具有良好的結(jié)合性能，厚度均勻，致密，孔隙率低，顏色多樣，并可通過調(diào)整工藝參數(shù)控制裝飾硬質(zhì)膜的顏色、性能等，因此這項(xiàng)技術(shù)從一誕生起就受到人們的重視，發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域也愈來愈廣［2］。

離子鍍硬質(zhì)膜從應(yīng)用方面可分為工具保護(hù)膜和裝飾性保護(hù)膜兩大領(lǐng)域：工具鍍硬質(zhì)膜主要利用膜層硬度高、耐磨、耐腐蝕、抗氧化以及自潤滑等特點(diǎn)，應(yīng)用在工模具以及各類機(jī)械零部件上，提高產(chǎn)品的使用壽命，用途廣泛，效果顯著；裝飾鍍硬質(zhì)膜較薄，厚度一般在0.2 ～ 2.0 μm之間，主要用來改善產(chǎn)品的外觀效果，如色澤、亮度等，同時也能夠起到減少表面磨損，抵抗表面腐蝕，延長產(chǎn)品使用壽命，提高產(chǎn)品附加值等作用。裝飾鍍硬質(zhì)膜已經(jīng)從最初的鐘表裝飾發(fā)展到高爾夫球頭、手機(jī)殼、衛(wèi)浴潔具、眼鏡架、門鎖、首飾、建筑飾板、金屬家具以及汽車的內(nèi)外裝飾件等，廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)產(chǎn)品裝飾的許多領(lǐng)域［3］。在我國真空離子鍍膜產(chǎn)業(yè)分布的版圖上，有一個值得注意的現(xiàn)象：工具鍍硬質(zhì)膜的廠家主要集中在長三角地區(qū)（以蘇州為中心），而裝飾鍍硬質(zhì)膜的生產(chǎn)廠家多聚集在珠三角地區(qū)。在工具鍍硬質(zhì)膜方面，國內(nèi)外公開發(fā)表的文章可謂汗牛充棟，可是在裝飾鍍方面不管是技術(shù)性文章還是綜述性文章在國內(nèi)尚不多見。筆者根據(jù)自己了解的情況以及公開的資料，介紹了真空離子鍍膜技術(shù)在裝飾性硬膜領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，提出一些見解，旨在拋磚引玉，以促進(jìn)離子鍍裝飾膜行業(yè)的發(fā)展。

1　離子鍍裝飾膜常見的膜系

1. 1 仿金膜系

仿金膜系主要有TiN、ZrN等，其中TiN膜是一種顏色十分接近黃金，但耐用性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過仿金銅和黃金的首選裝飾涂層，也是最早實(shí)現(xiàn)商品化的離子鍍裝飾膜層。最初，鐘表生產(chǎn)廠家對金色TiN膜層表現(xiàn)出濃厚的興趣，在這一領(lǐng)域內(nèi)最早的專利出現(xiàn)在1973年，但是直到20世紀(jì)80年代初，在Balzers以及Leybold等公司的努力下才真正開始實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)［4］。我國離子鍍仿金色TiN裝飾膜也始于上世紀(jì)80年代初，幾乎與國外同步［5］。除了TiN薄膜外，ZrN薄膜也是一種應(yīng)用很廣泛的仿金薄膜，ZrN薄膜一般呈金黃色，但稍帶綠色，具有很好的耐磨性能和優(yōu)良的抗腐蝕性能。采用真空離子鍍膜技術(shù)在金屬表面制備仿金TiN、ZrN裝飾膜層具有生產(chǎn)效率高、工藝成本低、膜層性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

1. 2 金色膜系

由于 TiN、ZrN等仿金膜層在色調(diào)和光澤方面與黃金仍有差別，因此，國內(nèi)外又開發(fā)了摻金離子鍍技術(shù)。TiN摻金裝飾膜應(yīng)用廣泛，且對膜層質(zhì)量要求高，需耐磨、耐腐蝕、結(jié)合強(qiáng)度高、表面光亮，以及具有黃金的色調(diào)和光澤。在采用真空離子鍍技術(shù)制備TiN摻金裝飾膜層時，多采用復(fù)合技術(shù)，即在真空室內(nèi)安裝數(shù)個電弧Ti源，中間裝有磁控濺射Au靶，首先用電弧離子鍍技術(shù)沉積一層TiN膜層，再開啟磁控濺射靶，鍍上所需含金量的（TiAu）N膜層，從而得到TiN+（TiAu）N復(fù)合膜層。如果使Ti弧源停止工作，再用磁控濺射鍍上一層Au，便可得到TiN+（TiAu）N+Au復(fù)合膜層。電弧離子鍍技術(shù)沉積TiN膜層可獲得較好的附著性和良好的耐磨性，而磁控濺射沉積Au層則滿足了在色澤方面的需求，采用該復(fù)合技術(shù)制備的膜層不但可以獲得18K-24K黃金色，而且耐磨性和耐蝕性均遠(yuǎn)高于電鍍金層［6］。該復(fù)合技術(shù)廣泛應(yīng)用在鐘表裝飾上，亦稱為IPG（Ion Plating Gold）。TiN與Au共濺在提高TiN的光亮度和獲得更似黃金色調(diào)的同時，又增強(qiáng)Au的耐磨性。現(xiàn)在生產(chǎn)IPG的色調(diào)牌號有上十種之多，是以特殊工藝方法用金的合金化獲得，由某些合金元素與氮反應(yīng)變色，故其頂層是濺射金合金。

1. 3 玫瑰金色膜系

玫瑰色因華麗典雅，成為風(fēng)行于當(dāng)今國內(nèi)外鐘表、首飾行業(yè)的潮流時尚，電鍍玫瑰金色鍍層亦受到廣大消費(fèi)者的喜愛。傳統(tǒng)水溶液鍍金技術(shù)因存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，逐漸被離子鍍金技術(shù)所取代。離子鍍不僅環(huán)境友好，而且采用該技術(shù)制備的鍍層純度高，厚度均勻，致密性及與基體的結(jié)合力良好［7］。離子鍍玫瑰色膜層的主要工序與鍍金色膜層相似：先在基體上沉積一層與玫瑰色相近、耐磨的仿玫瑰金色TiCN或TiAlN硬質(zhì)薄膜層，再在它之上沉積一層真正的玫瑰色金合金膜層（一般是Au-Cu合金），獲得TiCN/Au-Cu或TiAlN/Au-Cu復(fù)合膜層。離子鍍玫瑰金以高耐磨的TiCN或TiAlN硬質(zhì)薄膜作為其中間層，既節(jié)省了用金量，又提高了膜層的耐磨及耐蝕性能。鐘表、首飾行業(yè)常用的玫瑰金鍍層厚度在0.10 ～ 0.20 μm之間，TiCN鍍層厚度介于0.80 ～ 1.00 μm之間。

1. 4 黑色膜系

我國在上世紀(jì)80年代后期研制成功槍黑色TiC裝飾膜，最早由中科院沈陽金屬研究所的科技人員在深圳實(shí)現(xiàn)了商品化，隨后廣州有色金屬研究院也推出了槍黑色的TiC裝飾產(chǎn)品［8］。上世紀(jì)90年代經(jīng)過眾多廠家的努力，完成了TiC膜系從槍黑到深黑色、烏黑色的開發(fā)，同期也開發(fā)了TiAlN、DLC（類金剛石）等黑色膜系。近年來離子鍍制備黑色裝飾膜技術(shù)日趨成熟，黑色裝飾膜也成為裝飾領(lǐng)域里的主流膜系之一，發(fā)展迅速。目前常見的黑色膜層有TiC、TiC+iC、TiAlN、DLC等。

1. 4. 1 TiC

TiC的顏色呈銀灰色，可由Ti靶電弧蒸發(fā)或?yàn)R射，與甲烷或乙炔反應(yīng)生成，具有較高的硬度，也可用作刀具涂層。上世紀(jì)80年代末90年代初，半透明灰黑色的TiC膜被用于手表裝飾膜層，其色調(diào)隨鍍膜時所用的碳烷氣體的分壓大小有所變化，俗稱“槍黑”膜。

1. 4. 2 TiC+iC

一般采用純Ti靶和氬氣與碳烷的混合氣以離子鍍方法制備TiC+iC黑色膜層，以逐漸增加碳烷的方式供氣，實(shí)際上先生成Ti-C膜，后期讓C濃度過飽和，生成富C的TiC膜或TiC+iC膜。

1. 4. 3 TiAlN基膜層

TiAl基膜層具有很高的硬度，主要用于切削刀具硬質(zhì)膜，但也可以用作裝飾膜。以原子比為 5∶5的 TiAl合金作靶材，用多弧離子鍍制備的TiAlN膜層呈深紫色，如果提高合金靶材中Al的含量，用Ti/Al原子比3∶7的合金靶材制備的氮化物膜層為黑色。

1. 4. 4 類金剛石膜

類金剛石膜（Diamond-like Carbon）簡稱DLC，主要由金剛石結(jié)構(gòu)的SP3雜化碳原子和石墨結(jié)構(gòu)的SP2雜化碳原子相互混雜的三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，通常為非晶態(tài)或非晶-納米晶結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)70年代，Aisenberg和Chabot首次采用離子束沉積（Ion Beam Deposition，IBD）技術(shù)在室溫條件下制備DLC薄膜，由于其生產(chǎn)工藝簡單、性能優(yōu)良而在全世界范圍內(nèi)掀起了一股合成DLC薄膜的熱潮。DLC薄膜的制備一般采用固體高純石墨或甲烷、乙炔等氣體為碳源，具體方法有離子束沉積、濺射沉積（Sputtering）、陰極電弧沉積（Cathodic Arc Deposition）、等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積（Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）、脈沖激光沉積（Pulsed Laser Deposition）等［9］。

類金剛石薄膜具有硬度高、減摩抗磨性能突出、熱導(dǎo)率高、介電常數(shù)低、帶隙寬、光學(xué)透過性良好以及化學(xué)惰性和生物相容性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、機(jī)械、電子、光學(xué)以及裝飾外觀保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用［10］。其硬度和耐磨性明顯優(yōu)于目前流行的裝飾TiN膜和TiC膜。與TiC等黑色膜系相比，DLC膜層表面呈明亮黑色，給人一種科技、冷酷、專業(yè)、凝重的感覺。目前，DLC薄膜已經(jīng)被用作手機(jī)、高檔手表、廚衛(wèi)五金等表面裝飾膜。世界上各大著名鐘表公司（如勞力士、波爾、豪爵、歐米茄、日本西鐵城、精工等）基本都推出過以DLC膜層為裝飾的手表產(chǎn)品，極大地提高了產(chǎn)品的檔次。

廣東省新材料研究所為深圳飛亞達(dá)公司鍍制摻鈦DLC膜層的一款材質(zhì)為316L不銹鋼手表經(jīng)研發(fā)人員實(shí)際佩帶4年后，手表表面除了正常的摩擦引起的個別較深劃痕以外，沒有出現(xiàn)大面積的磨損和掉膜現(xiàn)象，說明DLC膜層保護(hù)效果良好［11］。

1. 5 其他色系

離子鍍裝飾膜的色系非常豐富，除以上4種經(jīng)典色系外，還有銀白色、咖啡色、棕褐色、紫紅色、藍(lán)色（TiO2干涉膜）、幻彩色（TiO2/SiO2多層干涉膜）等，另外有些色系又包含多種色調(diào)，如藍(lán)色就有五六種色調(diào)，鑒于篇幅的關(guān)系就不一一論述。有些雜色色系早期多應(yīng)用于建筑飾板、日用五金等方面，近來高端手表件、手機(jī)件和飾品也在大力開發(fā)和應(yīng)用。

2　離子鍍裝飾膜的主要應(yīng)用領(lǐng)域

2. 1 鐘表配件

鐘表配件是離子鍍裝飾膜應(yīng)用最早、范圍最廣的領(lǐng)域之一。鐘表配件（即表殼、表帶）的裝飾膜種類繁多，從上世紀(jì) 80年代初仿金鍍膜開始在鐘表上成功應(yīng)用以來，國內(nèi)外的廠家已經(jīng)開發(fā)出 IPG、IPS（Ion Plating Stainless Steel）、IP黑、IPR（玫瑰金）、IP鈦、IP鎢鋼等各種顏色及性能各異的膜系。隨著技術(shù)的日趨成熟，催生了一大批為鐘表配件提供真空離子鍍裝飾膜的公司。在國外，日本精工、西鐵城等鐘表公司以及 Balzers、Leybold等真空技術(shù)公司是這一領(lǐng)域的開拓者。在制造業(yè)分工與合作的大趨勢下，離子鍍裝飾膜服務(wù)也逐漸從發(fā)達(dá)國家轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國家。深圳是中國的“鐘表之都”，國內(nèi)飛亞達(dá)、依波、天王等幾大鐘表品牌都產(chǎn)自于此。深圳也是國內(nèi)鐘表配套服務(wù)最齊全的地方，聚集了很多為鐘表提供離子鍍裝飾膜服務(wù)的公司。

2. 2 高爾夫球具

隨著社會的發(fā)展，人們生活水平的逐漸提高，高爾夫這項(xiàng)運(yùn)動越來越普及，同時也促進(jìn)了高爾夫球具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，包括高爾夫球頭和球桿的表面處理技術(shù)。日本MacGregor公司是最早對高爾夫球頭進(jìn)行表面處理的公司之一，他們將該公司生產(chǎn)的T90球頭經(jīng)過離子鍍TiN膜層以后，不但改善了性能，而且外表更加美觀。當(dāng)前，制備高爾夫球頭的材料主要是不銹鋼和鈦合金，在高爾夫球頭上的離子鍍裝飾膜層主要是金黃色的TiN膜層以及黑色的TiCN、TiC+iC等。在為高爾夫球具提供離子鍍裝飾膜服務(wù)的企業(yè)中，廣州有幾家公司技術(shù)較為成熟，發(fā)展也很迅速，目前的客戶包括ADIDAS、BOSS等著名的體育用品制造商。

2. 3 衛(wèi)浴潔具

衛(wèi)浴潔具（如水龍頭）是離子鍍裝飾膜另一個應(yīng)用較為廣泛的領(lǐng)域，世界上頂級的廚衛(wèi)五金生產(chǎn)企業(yè)（如摩恩、科勒等）都已采用先進(jìn)的PVD（Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積）技術(shù)。PVD衛(wèi)浴五金產(chǎn)品在國際市場上的需求非常大，而國內(nèi)五金生產(chǎn)具有低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢，通過PVD涂層來提高產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，可以極大地提升產(chǎn)品在國際高端市場上的競爭力，贏得更大的利潤空間。 一些國內(nèi)知名的衛(wèi)浴產(chǎn)品制造企業(yè)，如成霖高寶、廈門路達(dá)、海鷗衛(wèi)浴等，都有專門的真空離子鍍膜生產(chǎn)線或者將產(chǎn)品外包給專門提供離子鍍膜服務(wù)的企業(yè)。

2. 4 手機(jī)等電子產(chǎn)品

隨著手機(jī)行業(yè)的飛速發(fā)展，市場上各類品牌手機(jī)紛繁復(fù)雜，市場競爭十分激烈。獨(dú)有的外觀造型，便捷強(qiáng)大的使用功能與艷麗高雅的外觀顏色，日趨成為吸引大眾消費(fèi)者眼球的有力武器，是各品牌手機(jī)搶占市場份額的“新寵”。手機(jī)的外觀顏色日益成為手機(jī)消費(fèi)者選購手機(jī)的第一直接參考因素，良好的外觀顏色能極大吸引消費(fèi)者的眼球，并最大可能地誘使消費(fèi)者作出購買的決定，可見顏色對手機(jī)銷售與市場占有率有很大的影響力，手機(jī)外觀顏色的重要性不言而喻。

目前，手機(jī)外殼的表面處理技術(shù)有電鍍、烤漆、陽極氧化著色、離子鍍，等等。離子鍍技術(shù)在顏色、性能以及環(huán)保方面的優(yōu)勢，將促使越來越多的手機(jī)品牌廠商選擇此工藝。亮麗的顏色，高耐磨耐腐蝕的性能及低環(huán)境污染的特性，將有利于提升手機(jī)品牌的知名度與美譽(yù)度，離子鍍技術(shù)也必將逐漸成為手機(jī)行業(yè)外觀顏色處理的主力軍［12］。

近年來手機(jī)外殼逐漸由原先的塑料外殼向金屬外殼轉(zhuǎn)變。為了保證手機(jī)外觀高貴的金屬質(zhì)感及高檔的市場定位，同時為了滿足市場上對手機(jī)外觀顏色炫麗多彩和金屬質(zhì)感，以及良好的耐磨性能和耐腐蝕性能的消費(fèi)需求，手機(jī)廠商對大多數(shù)金屬件材質(zhì)的選擇是不銹鋼。

目前在富士康、比亞迪等手機(jī)代工企業(yè)內(nèi)部也設(shè)置了離子鍍膜生產(chǎn)線，深圳、東莞一帶更涌現(xiàn)了一大批專門從事手機(jī)真空鍍膜加工的企業(yè)。

2. 5 其他產(chǎn)品

除上述領(lǐng)域外，離子鍍裝飾硬質(zhì)膜在眼鏡架、門鎖、首飾、建筑飾板、金屬家具以及汽車的內(nèi)外裝飾件等方面也有廣泛應(yīng)用，而且新的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷被開拓。

3　離子鍍裝飾膜常用的技術(shù)

3. 1 陰極電弧技術(shù)

陰極電弧技術(shù)的突出特點(diǎn)在于它能產(chǎn)生由高度離化的被蒸發(fā)材料組成的等離子體，其中離子具有很高的動能。蒸發(fā)、離化、加速都集中在陰極電弧斑點(diǎn)及其附近很小的區(qū)域內(nèi)，這是其技術(shù)特征。它具有如下優(yōu)點(diǎn)［13］：

（1） 金屬陰極蒸發(fā)器不融化，可以任意安放使涂層均勻，基板轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)簡化。

（2） 外加磁場可以改善電弧放電，使電弧細(xì)碎，旋轉(zhuǎn)速度加快，細(xì)化膜層微粒，對帶電粒子產(chǎn)生加速作用。

（3） 離化率高，一般可達(dá)60% ～ 80%，因此沉積粒子活性高。

（4） 入射粒子能量高，膜的致密性好、強(qiáng)度高、耐久性好，基片和膜界面產(chǎn)生原子擴(kuò)散，所以膜的附著強(qiáng)度高。

（5） 具有不同材料的多重蒸發(fā)源可以分別控制，易于得到復(fù)雜的化合物膜。

（6） 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，可以拼裝，適用于在各種形狀的零件上鍍膜。

陰極電弧技術(shù)也有不完美之處：一是小弧源靶（直徑60 ～ 100 mm）組合影響鍍膜均勻性；二是電弧蒸發(fā)不可避免地會產(chǎn)生大顆粒，破壞膜層的連續(xù)性，增加膜層粗糙度，從而影響光潔度。

3. 2 磁控濺射技術(shù)

用離子轟擊靶材表面，使靶材的原子被轟擊出來的現(xiàn)象稱為濺射。濺射產(chǎn)生的原子沉積在基體表面形成薄膜，稱為濺射鍍膜。通常利用氣體放電使氣體電離，其正離子在電場作用下高速轟擊陰極靶材，產(chǎn)生的原子和分子飛向被鍍基體的表面沉積成薄膜。如果在與陰極靶材垂直的方向施加一橫向的環(huán)形封閉磁場，則可提高電子在氣體中的碰撞概率，使等離子體密度提高，沉積速率也大為提高（是普通濺射的50倍），稱之為磁控濺射。該技術(shù)的特點(diǎn)［14］是：

（1） 沉積過程中采用低能、高密度的離子濺射，成膜質(zhì)量高、速度快。

（2） 膜層結(jié)構(gòu)致密、細(xì)膩，內(nèi)應(yīng)力低。

（3） 制備膜層時沉積溫度低，對基體影響小。

（4） 離子清洗使膜層與基體間結(jié)合力高。

（5） 易于沉積出性能優(yōu)異的多層復(fù)合膜。

根據(jù)所用的電源不同，磁控濺射可分為直流磁控濺射、射頻磁控濺射、中頻磁控濺射、高功率脈沖磁控濺射等。另外，根據(jù)加入氣體的不同，也有非反應(yīng)磁控濺射和反應(yīng)磁控濺射之分。在非反應(yīng)磁控濺射中，采用的放電氣體是高純度的惰性氣體（如Ar），生成的薄膜成分與靶材成分一致，比如磁控濺射鍍金以及鍍玫瑰金。而在反應(yīng)磁控濺射中，由于加入了一些活性氣體（如氧氣、氮?dú)?、甲烷等），形成的薄膜具有化合物成分，比如磁控濺射沉積TiN、TiC、TiCN等。

磁控濺射技術(shù)的不足之處有：一、與陰極電弧技術(shù)相比，離化率不夠；二、反應(yīng)離子鍍膜應(yīng)用中由于反應(yīng)氣體在工件表面反應(yīng)成膜的同時，也會在磁控靶表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，容易導(dǎo)致靶面毒化。

3. 3 陰極電弧 + 磁控濺射復(fù)合技術(shù)

陰極電弧 + 磁控濺射復(fù)合技術(shù)兼具兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

（1） 采用陰極電弧技術(shù)做打底層，可以極大地提高膜層與基體的結(jié)合力。

（2） 提高了離化率和鍍層表面活性，在很大程度上改善了磁控濺射鍍反應(yīng)性差的情況，增大了反應(yīng)鍍的工藝調(diào)制范圍。

（3） 與純陰極電弧技術(shù)成膜相比，該復(fù)合技術(shù)制備的膜層細(xì)膩，表面大顆粒少，膜層光潔度好。

在離子鍍裝飾膜行業(yè)中，仿金色膜（TiN、ZrN等）、部分黑色膜系等要求鍍層表面光滑細(xì)膩不特別高的產(chǎn)品生產(chǎn)一般采用陰極電弧技術(shù)，而金色、玫瑰金等膜系和表面要求高的高端裝飾膜的制備則選用陰極電弧 + 磁控濺射復(fù)合技術(shù)。

3. 4 陽極層離子源技術(shù)

陽極層離子源通過靶體（導(dǎo)磁金屬）將磁場聚集在跑馬場形狀出氣縫隙處（類似磁控濺射源），用于束縛電子在陽極表面附近形成高密度的等離子體區(qū)域，產(chǎn)生氣體離子，這些離子在陰極和陽極之間的電場作用下，通過靶面出氣縫隙加速飛出，形成大范圍分布均勻的離子束。圖1為陽極層離子源的截面示意圖［15］。

圖1 陽極層離子源的截面示意圖Figure 1 Schematic profile of anode-layer ion source

陽極層離子源在真空鍍膜中有以下3個方面的作用：

（1） 當(dāng)離子源通入惰性氣體（如氬氣）時，可以對工件表面進(jìn)行高強(qiáng)度的氣體離子轟擊清洗，使工件獲得潔凈的界面，從而提高膜層與基體間的結(jié)合力。該過程比普通氬離子轟擊能量密度大，清洗效果更好，不存在陰極電弧轟擊產(chǎn)生大顆粒的問題。

（2） 當(dāng)離子源通入含碳有機(jī)氣體時，可以單獨(dú)沉積純DLC膜層，也可以結(jié)合磁控濺射技術(shù)沉積摻雜 DLC膜層［16］。

（3） 當(dāng)離子源通入反應(yīng)性氣體（如氧氣、氮?dú)獾龋Y(jié)合磁控濺射技術(shù)，可以沉積各種化合物膜層。采用此技術(shù)制備的TiN膜層完全達(dá)到裝飾鍍的高要求，并且膜層表面光潔度好，色澤均勻一致，膜層致密［17］。

陽極層離子源最早在 20世紀(jì) 60年代由前蘇聯(lián)開發(fā)出來，用在一種太空電子推進(jìn)器上，后來由美國 AE（Advanced Energy Industries Inc.）、GPI（General Plasma Inc.）等公司引入真空鍍膜領(lǐng)域，用作離子增強(qiáng)清洗以及輔助沉積。廣東省新材料研究所采用陽極層離子源加非平衡磁控濺射復(fù)合技術(shù)以及多元多層膜的設(shè)計(jì)，在低溫（300 °C）下沉積，解決了類金剛石膜層易裂和與基體結(jié)合差的技術(shù)難題，先后開發(fā)出鍍有類金剛石薄膜的精密工模具，如線路板用微型鉆頭（0.35 mm）、光盤模具、工業(yè)縫紉機(jī)旋梭等，大大提高了精密工模具的使用壽命［18］。在裝飾方面，將類金剛石薄膜用于鐘表、理發(fā)剪等產(chǎn)品上，獲得了用戶好評。

4　結(jié)語

（1） 離子鍍裝飾膜層較薄，厚度一般在0.2 ～ 2.0 μm之間，其主要目的是用來改善產(chǎn)品的外觀效果，如色澤、亮度等，同時能夠起到減少表面磨損、抵抗表面腐蝕和延長產(chǎn)品使用壽命的效果。

（2） 離子鍍裝飾膜層種類繁多，應(yīng)用廣泛，涉及到人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)產(chǎn)品裝飾的很多領(lǐng)域。

（3） 離子鍍裝飾膜的發(fā)展歷史很短，但各種技術(shù)進(jìn)步很快，新技術(shù)層出不窮。

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［ 編輯：溫靖邦 ］

Development and current status of decorative ion-plated hard films

LIFu-qiu*， LIN Song-sheng， LIN Kai-sheng

The development history of ion plating technologies used in the field of decorative hard films was reviewed. The characteristics and applications of decorative hard films in various colors such as imitation-gold， gold， rose gold and black were introduced. The features and progress of ion plating technologies for making decorative hard films such as cathodic arc ion plating， magnetron sputtering and anode-layer ion source plating were analyzed.

ion plating； hard film； decoration； color

TB43

B

1004 - 227X （2016） 15 - 0817 - 06

2016-05-19

2016-07-05

李福球（1983-），男，湖南新寧人，碩士，主要從事PVD硬質(zhì)膜方面的研究與應(yīng)用工作。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） steve_leee@163.com。

及其應(yīng)用領(lǐng)域，分析了各種離子鍍硬質(zhì)裝飾膜技術(shù)（如陰極電弧技術(shù)、磁控濺射、陽極層離子源技術(shù)等）的特點(diǎn)和進(jìn)步。