李蘭 蘇強

摘 要：通過對鍍膜過程中影響產(chǎn)品色澤的因素進行分析，確定了主要的影響因素。針對主要的影響因素開展了工藝試驗，以色度計作為考核手段，通過對每一工位的深度抽真空處理，最終使鍍膜室所有工位產(chǎn)品顏色達(dá)到了質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：涂層包覆泡沫塑料；真空鍍鋁；色澤

眾所周知，磁控濺射沉積技術(shù)已經(jīng)廣泛用于軍事、民用各個行業(yè)，其中包括各種工具、韌具表面的超耐磨金屬鍍層、合金鍍層、汽車水箱隔熱鍍層、各種手表的裝飾性鍍層、各種潔具衛(wèi)浴的把手裝飾鍍層以及高爾夫球棒的裝飾性鍍層等，但這些鍍層的基體都涉及在真空下放氣量很少甚至不放氣的金屬、放氣量較少的塑料密實體等。[1，2，3]硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種具有極性的易吸潮的材料，對這種泡沫塑料采用磁控濺射鍍膜技術(shù)鍍制金屬鋁膜，其放氣總量會非常大，且放氣過程非常緩慢，如果不采取必要的措施，連續(xù)抽氣數(shù)天也難以達(dá)到正常磁控濺射鍍鋁所需的10-4Pa量級真空度。通常采用的表面包覆高分子涂層，可以大幅度減弱泡沫塑料在真空環(huán)境中的放氣現(xiàn)象。針對一爐鍍制一件這類涂層包覆泡沫塑料工件，鋁鍍層的外觀質(zhì)量比較早正常，呈銀白色，但針一爐鍍制多工位多件產(chǎn)品，鍍層的外觀質(zhì)量就會出現(xiàn)問題：即第一工位上工件鍍層外觀質(zhì)量正常，第二工位上工件鍍層色彩偏暗，第三工位底層色彩更加偏暗，越往后色澤越暗。本文針對上述問題，在北京丹普表面工程公司生產(chǎn)的AS2B4GXN離子輔助中頻沉積設(shè)備上開展了相應(yīng)的技術(shù)攻關(guān)研究。

1 原因分析

在真空鍍鋁過程中，能夠影響鋁鍍層色澤的因素如表1所示。

被鍍工件全表面微放氣，對放電參數(shù)影響不大，但會使鍍層色澤泛黃或色澤變暗，偏離鋁鍍層原有的銀白色。

從表1可以看出，影響鋁鍍層色澤的因素是很多的，但針對于同一爐產(chǎn)品不同工位產(chǎn)品顏色呈現(xiàn)色澤差異，其中除因素6外，其他5個因素都可以排除，因為如果這5個因素的任何一個存在，那么所有工位上產(chǎn)品顏色都會出現(xiàn)問題，均得不到正常鋁鍍層色澤。

仔細(xì)分析被鍍工件的屬性，其為內(nèi)部多孔的泡沫件，泡沫件在真空環(huán)境受到一定的熱輻射后，會出現(xiàn)一定程度的溫升，溫度的升高會導(dǎo)致內(nèi)部氣體受壓繼而向外界釋放雜質(zhì)氣體，最終導(dǎo)致鍍層被污染，隨即出現(xiàn)色澤偏離鋁鍍層應(yīng)有的銀白色。

圖2是被鍍的涂層包覆泡沫塑料件一個工位鍍膜過程中的溫度變化情況（來自AS2B4GXN鍍膜機截屏數(shù)據(jù)與DS1922T溫度記錄儀所得數(shù)據(jù)的合成圖）。

在圖2中，盡管鍍膜時間只有2min，放電區(qū)間內(nèi)工件表面溫度從21℃上升到近25℃，溫差僅為4℃，但鍍膜結(jié)束后溫度的慣性使工件表面的溫度繼續(xù)上升到了31℃，鍍膜前后溫度的上升近10℃。我們認(rèn)為正是這種溫升導(dǎo)致了涂層包覆的泡沫件內(nèi)部氣體的加速外滲；更不利的情況是，在后續(xù)所有工位的繼續(xù)放電鍍膜過程中，并沒有在每一工位放電鍍膜前將鍍室抽真空到應(yīng)有的本底真空，這種不利的狀況隨著工位數(shù)的遞增使得后續(xù)工位放電鍍膜時有更多的雜質(zhì)氣體，使靶材濺射出的鋁原子被污染，導(dǎo)致鋁鍍層色澤的偏移（出現(xiàn)顏色變暗而非正常的銀白色）。

2 解決辦法

2.1 提高本底真空

對于高分子涂層包覆后的泡沫塑料件鍍膜，本底真空定在9.0×10-4Pa，第一工位產(chǎn)品會得到比較正常的銀白色鋁鍍層，但后續(xù)工位產(chǎn)品色澤依次遞增地變暗。為了解決這樣的問題，我們將本底真空擬定在了3.5×10-4Pa。工藝試驗表明，3.5×10-4Pa的本底真空，依然不能避免后續(xù)工位色澤的遞增式變暗，具體色澤如表2所示。

在表2中，L*值代表鍍層白度，正的a*值意味色澤偏紅，正的b*值意味色澤偏黃。表2的測試結(jié)果存在一定的依數(shù)性，即隨著鍍膜工位數(shù)的增加，鍍層色澤變暗遞增，通常L*低于85就明顯偏黑；另外，隨著工位數(shù)的增加，鍍層色澤總體向紅和黃方向偏移，致使鍍層最終呈現(xiàn)褐色。

上述測試結(jié)果在一定程度上映證了之前的推測：前期工位被鍍膜時因為溫升，內(nèi)部壓力增大，加速釋放出了雜質(zhì)氣體，在雜質(zhì)氣體未被徹底排除之前，又開始后續(xù)工位的放電鍍膜，濺射出的鋁原子被雜質(zhì)氣體腐蝕，繼而導(dǎo)致鋁鍍層色澤出現(xiàn)偏移。

2.2 維持每一工位的本底真空

基于上面的推測和實驗結(jié)果，我們嘗試了自動化程序鍍膜，即在每一工位放電鍍膜前都預(yù)留出5min的全功率抽真空時間段，盡量讓每一工位在鍍膜時都有優(yōu)異的本底真空。

圖3是每一工位放電前的真空度情況。

在圖3中，第一工位2min放電鍍膜后，第二工位放電鍍膜前再次深度抽真空5min，使得本底真空比第一工位更加優(yōu)異，第三、第四、第五和第六工位如法炮制，依次得到了更為優(yōu)異的本底真空。盡管后續(xù)工位本底真空優(yōu)于第一工位，但對于鍍層的色澤而言，并沒有明顯的貢獻，表3的光澤度數(shù)據(jù)測試結(jié)果說明了這一點。表3是按圖3方式鍍制出的鋁件的光澤度測定結(jié)果。

從表3可以看出，每一工位在放電鍍膜前都得到了良好的本底真空度后，鋁鍍層的色澤均和第一工位差異不大，都恢復(fù)到了正常鋁鍍層的銀白色。

3 結(jié)論

對于易于釋放出氣體的高分子涂層包覆泡沫塑料，在多工位鍍膜過程中，第一工位完成放電鍍膜后，不能直接連續(xù)對后續(xù)工位進行放電鍍膜，需要給后續(xù)工位一定的繼續(xù)抽高真空時間，以保證前面工位被鍍件因為溫升為加速釋放的雜質(zhì)氣體被徹底清除，否則后續(xù)工位鍍層被污染的程度會越來越嚴(yán)重，直接表現(xiàn)為鍍層的色澤從正常的銀白色偏向變暗變黃。

參考文獻：

[1]邸英浩，胡曉峰，李紅娟.淺析真空鍍膜技術(shù)的現(xiàn)狀及進展.科技風(fēng)，2014（8）：272.

[2]汪正蘭.真空鍍膜在塑料上的應(yīng)用.安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)），1997，5（3）：60-62.

[3]羅艷，王魁波，吳曉斌，王宇.高精度真空材料放氣測試研究.真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，Vol.36，No.003，251-257.