Hoe Stabiele Goud-, Zwart- en Roségoudkleuren te Bereiken in PVD-Coating

Leer hoe u stabiele goud-, zwart- en roségoud PVD-kleuren kunt bereiken met hybride systemen van multi-arc ion + magnetron sputtering. Ontdek target-gasrecepten, oplossingen voor procescontrole en de voordelen van hybride machines voor kleurconsistentie en batchstabiliteit.

H1: Hoe Stabiele Goud-, Zwart- en Roségoudkleuren te Bereiken in PVD-Coating

Kleurconsistentie behoort tot de belangrijkste pijnpunten voor fabrikanten van decoratieve PVD-coatings. Uit een onderzoek uit 2025 bleek dat 68% van de klachten van klanten afkomstig is van kleurvariaties van batch tot batch - zelfs subtiele verschuivingen in de warmte van goud of de diepte van zwart kunnen leiden tot afgekeurde bestellingen.

Klanten eisen onwrikbare uniformiteit over elke productie run:

• Consistente goudglans (niet te koperachtig of flets)
• Diep, niet-vervagend zwart (geen bruinachtige ondertonen)
• Rijk roségoud (gebalanceerde roze-gouden tint)
• Precieze regenboogirisatie (uniforme kleurprogressie)

Deze gids legt uit hoe hybride PVD-systemen (multi-arc ion + magnetron sputtering) kleurinstabiliteit oplossen, met bruikbare gegevens en materiaalrecepten.

H2: Waarom Kleurconsistentie de Grootste PVD-Uitdaging is

Decoratieve PVD-kleur is een delicate balans van filmsamenstelling, dikte en structuur - gemakkelijk verstoord door 7 kritieke factoren:

• Gasverhouding Instabiliteit: Een verschuiving van 5% in N₂/Ar kan TiN-goud veranderen van "24K-achtig" naar "koperkleurig".
• Temperatuurschommeling: Substraattemperaturen ±20°C veranderen de filmkristalliniteit, waardoor roségoud naar oranje verschuift.
• Target Slijtage: 10% erosie van Cr-targets vermindert de roségoudverzadiging met 15%.
• Problemen met Armatuurrotatie: Ongelijke rotatie creëert 10-15% diktevariatie, waardoor kleurstrepen ontstaan.
• Pompdegradatie: Vacuümlekken (boven 5×10⁻³ Pa) introduceren zuurstof, waardoor zwarte coatings dof worden.
• Kamerverontreiniging: Resterende Ti van gouden runs kleurt daaropvolgende zwarte coatings grijs.
• Variabiliteit van de Operator: Handmatige receptaanpassingen verhogen ΔE (kleurverschil) met 2,3x.

Traditionele single-process PVD verergert deze problemen: Arc ion plating levert sterke hechting maar ongelijke films, terwijl magnetron sputtering uniformiteit garandeert maar zwakke hechting. De oplossing? Hybride technologie.

H2: Waarom Multi-Arc Ion + Magnetron Sputtering Hybride Machines Onmisbaar Zijn

Hybride PVD-systemen combineren de sterke punten van twee technologieën om de "hechting vs. uniformiteit" afweging op te lossen. Hier is de wetenschap:

1. Complementaire Kernvoordelen

• Multi-Arc Ion Plating: Genereert hoog-ionisatieplasma (80-90% ionisatiesnelheid) dat substraten etst en een dichte, metallurgisch gebonden basislaag afzet. Dit verbetert de hechting met 300% ten opzichte van sputtering-only processen, cruciaal voor slijtagegevoelige toepassingen zoals sieraden en hardware.
• Magnetron Sputtering: Gebruikt magnetische velden om plasma te beperken, waardoor ultra-gladde (Ra < 0,5 nm) kleurlagen worden afgezet met uniformiteit op atomair niveau. Gesputterde films verminderen ΔE tot 2,5.

2. Door Gegevens Ondersteunde Prestatiewinsten

Een AGC Plasma-studie uit 2025 vergeleek hybride vs. single processen voor decoratieve coatings:

 

Metriek	Arc-Only	Sputtering-Only	Hybride Systeem
Kleur ΔE (Batch-to-Batch)	2,8	1,5	0,8
Hechting (Cross-Cut Test)	5B	3B	5B
Film Uniformiteit (%)	82	96	98

*Bron: AGC Plasma, "Innovaties in PVD-apparatuur voor grote oppervlakken" 2025 *

H2: Belangrijkste Kenmerken van Hybride PVD-Machines

Moderne hybride systemen integreren geavanceerde techniek om de kleurstabiliteit te maximaliseren:

1. Dual-Source Synchronisatie

• Onafhankelijke arc- en sputterkathodes: Arc-targets (Ti, Cr) zetten hechtinglagen af; sputtertargets (TiAl, Zr, CrTi) bouwen kleurlagen op.
• Gepulseerde stroomregeling: Past de arc-stroom (50-150A) en sputtervermogen (1-5kW) in real-time aan om targetslijtage te compenseren.

2. Precisie Procesbewaking

• In-line spectrophotometers: Meten kleur ΔE tijdens afzetting, waardoor gasstroomaanpassingen binnen 0,1 sccm worden geactiveerd.
• Thermokoppelarrays + infrarood pyrometers: Handhaven substraattemperatuur op 70-120°C (vs. 200-300°C voor traditionele PVD), compatibel met plastic en legeringssubstraten.

3. Vrij van Verontreiniging Afzetting

• Turbo-moleculaire pompen: Bereiken basisdrukken <1×10⁻⁴ Pa, waardoor zuurstof/vochtinterferentie wordt geëlimineerd.
• Plasma-reiniging na de run: Verwijdert restmateriaal van de coating met Ar-ionbombardement, waardoor kruisverontreiniging wordt verminderd.

4. Modulaire Flexibiliteit

• Wissel targets (TiAl, Zr, CrTi) en gasmodules (N₂, C₂H₂, CH₄) voor kleuraanpassing zonder het hele systeem opnieuw te configureren.

H2: Kleurspecifieke Target + Gasrecepten (Met Onderzoeksgegevens)

Stabiele kleuren zijn afhankelijk van precieze materiaalcombinaties. Hieronder staan door de industrie bewezen recepten die zijn gevalideerd door SEM- en spectrophotometrietests:

1. Gouden Coatings: TiAlN & ZrN Systemen

Goud PVD is afhankelijk van op nitrides gebaseerde films, waarbij de N₂-verhouding de warmte bepaalt:

 

Target Type	Gassamenstelling	Procesparameters	Kleurkenmerken
Ti-Al Legering (50:50)	N₂/(Ar+N₂) = 33-50%	Bias: -80V; Temp: 100°C	Helder geel-goud (ΔE <0,9)
Ti-Al Legering (50:50)	N₂/(Ar+N₂) = 83%	Bias: -100V; Temp: 120°C	Diep antiek goud (Hardheid: 21,5 GPa)
ZrN (99,5% Zuiverheid)	N₂/Ar = 40:60	Bias: -90V; Temp: 90°C	Licht champagne goud (Corrosiebestendigheid: 1000 uur zoutsproeitest)

Beste Proces: Arc (Ti-basislaag) + Magnetron Sputtering (TiAlN/ZrN-kleurlaag)

2. Roségouden Coatings: CrTi-Koolstofnitride

De roze tint van roségoud komt van chroom-titaniumlegeringen die reageren met C₂H₂:

• Target: Cr-Ti Legering (70:30)
• Gasmix: N₂ (10 sccm) + C₂H₂ (50-150 sccm) + Ar (200 sccm)
• Kritische Controle: C₂H₂-debiet - 50 sccm = bleekroze; 150 sccm = dieproze (ΔE <1,0 over batches).
• Proces: Magnetron sputtering (geen arc nodig voor niet-slijtagegevoelige toepassingen)

3. Zwarte Coatings: Titanium/Zirkonium/Chroomcarbides

Zwart PVD vereist films met een hoog koolstofgehalte voor uniforme duisternis:

 

Target Type	Gassamenstelling	Gegevens over Kleurstabiliteit
Ti (99,9%)	C₂H₂/Ar = 1:10	ΔE <0,7 na 5000 uur UV-blootstelling
Zr (99,5%)	C₂H₂/Ar = 1:8	Geen bruine verkleuring (Hardheid: 31 GPa)
Cr (99,9%)	CH₄/Ar = 1:12	Matte zwarte afwerking (Hechting: 5B)

Beste Proces: Magnetron sputtering (arc optioneel voor onderdelen met hoge slijtage)

H2: 7 Geavanceerde Strategieën voor Kleurstabiliteit

Voortbouwend op basisprocescontrole, elimineren deze technieken 95% van de kleurvariatie:

1. Standaardiseer Target Conditionering

Breek nieuwe targets in met 30 minuten pre-sputtering (alleen Ar) om de erosiesnelheden te stabiliseren - vermindert ΔE met 40%.

2. Vergrendel Gasstroomkalibratie

Gebruik mass flow controllers (MFC's) die maandelijks worden gekalibreerd om gasverhoudingen binnen ±0,5% te handhaven.

3. Optimaliseer Armatuurrotatie

Gebruik planetaire armaturen met 5 rpm revolutie + 10 rpm rotatie voor 98% dekking uniformiteit.

4. Monitor Bias Voltage Drift

Schommelingen >5V verhogen de filmporositeit - installeer spanningsregelaars met ±1V precisie.

5. Implementeer Voorspellende Koeling

Watergekoelde substraathouders met PID-regeling voorkomen temperatuurschommelingen (>±5°C) die roségoud naar oranje verschuiven.

6. Digitaliseer Receptbeheer

Vergrendel recepten in PLC-systemen; vereis goedkeuring van de supervisor voor aanpassingen - vermindert door de operator veroorzaakte fouten met 75%.

7. Valideer met ΔE-testen

Gebruik ASTM D2244-normen: Keur batches af met ΔE >1,2 (zichtbaar voor ongetrainde ogen).