PVD 코팅으로 안정적인 골드, 블랙, 로즈 골드 색상을 구현하는 방법

다중 아크 이온 + 마그네트론 스퍼터링 하이브리드 시스템으로 안정적인 금색, 검정색 및 장미색 PVD 색상을 얻는 방법을 알아보세요. 색상 일관성 및 배치 안정성을 위한 대상 가스 레시피, 공정 제어 솔루션 및 하이브리드 기계의 이점을 알아보세요.

H1: PVD 코팅에서 안정적인 골드, 블랙, 로즈 골드 색상을 구현하는 방법

색상 일관성은 장식용 PVD 코팅 제조업체의 가장 큰 문제점 중 하나입니다. 2025년 업계 조사에 따르면 고객 불만의 68%는 배치별 색상 변화에서 비롯됩니다. 금색 따뜻함이나 검정색 깊이의 미묘한 변화라도 주문 거부로 이어질 수 있습니다.

고객은 모든 생산 과정에서 변함없는 균일성을 요구합니다.

• 일관된 금빛 광택(너무 놋쇠이거나 창백하지 않음)
• 깊고 퇴색되지 않는 검정색(갈색 색조 없음)
• 풍부한 로즈 골드(균형 잡힌 핑크 골드 색상)
• 정밀한 무지개 빛깔(균일한 색상 진행)

이 가이드에서는 방법을 설명합니다.하이브리드 PVD 시스템(다중 아크 이온 + 마그네트론 스퍼터링) 실행 가능한 데이터 및 재료 레시피를 통해 색상 불안정성을 해결합니다.

H2: 색상 일관성이 가장 큰 PVD 과제인 이유

장식용 PVD 색상은 필름 구성, 두께 및 구조의 섬세한 균형을 이루고 있으며 다음과 같은 7가지 중요한 요소에 의해 쉽게 손상됩니다.

• 가스 비율 불안정성: N2/Ar의 5% 변화는 TiN 금을 "24K 유사"에서 "구리 톤"으로 변경할 수 있습니다.
• 온도 변동: 기판 온도 ±20°C는 필름 결정성을 변화시켜 로즈 골드를 오렌지색으로 변화시킵니다.
• 타겟 마모: Cr 타겟의 10% 침식으로 로즈 골드 채도가 15% 감소합니다.
• 고정 장치 회전 문제: 고르지 못한 회전으로 인해 10~15%의 두께 변화가 발생하여 컬러밴딩 현상이 발생합니다.
• 펌프 성능 저하: 진공 누출(5×10⁻³ Pa 이상)으로 인해 산소가 유입되어 검은색 코팅이 흐려집니다.
• 챔버 오염: 금에서 남은 Ti는 후속 검정색 코팅을 회색으로 변색시킵니다.
• 운영자 가변성: 수동 레시피 조정 시 ΔE(색차)가 2.3배 증가합니다.

기존의 단일 공정 PVD는 이러한 문제를 더욱 악화시킵니다. 아크 이온 도금은 접착력은 강하지만 필름이 고르지 않은 반면, 마그네트론 스퍼터링은 균일성을 보장하지만 접착력은 약합니다. 해결책? 하이브리드 기술.

H2: 다중 아크 이온 + 마그네트론 스퍼터링 하이브리드 기계가 필수적인 이유

하이브리드 PVD 시스템은 두 가지 기술의 장점을 결합하여 "접착성과 균일성" 균형을 해결합니다. 과학은 다음과 같습니다.

1. 보완적인 핵심 장점

• 다중 아크 이온 도금: 기판을 에칭하고 금속학적으로 결합된 조밀한 베이스 레이어를 증착하는 고이온화 플라즈마(이온화율 80-90%)를 생성합니다. 이는 스퍼터링 전용 공정에 비해 접착력을 300% 향상시키며, 이는 보석 및 하드웨어와 같이 마모되기 쉬운 응용 분야에 매우 중요합니다.
• 마그네트론 스퍼터링: 자기장을 사용하여 플라즈마를 가두어 원자 수준의 균일성으로 매우 매끄러운(Ra < 0.5 nm) 컬러 레이어를 증착합니다. 스퍼터링된 필름은 아크 전용 ΔE >2.5에 비해 ΔE를 <1.0(사람의 눈으로 감지할 수 없음)으로 줄입니다.

2. 데이터 기반 성능 향상

2025년 AGC 플라즈마 연구에서는 장식 코팅에 대한 하이브리드 프로세스와 단일 프로세스를 비교했습니다.

 

미터법	아크 전용	스퍼터링 전용	하이브리드 시스템
색상 ΔE(배치 간)	2.8	1.5	0.8
접착력(Cross-Cut Test)	5B	3B	5B
필름 균일성(%)	82	96	98

*출처: AGC 플라즈마, "대면적 PVD 장비의 혁신" 2025 *

H2: 하이브리드 PVD 장비의 주요 특징

최신 하이브리드 시스템은 고급 엔지니어링을 통합하여 색상 안정성을 극대화합니다.

1. 듀얼 소스 동기화

• 독립적인 아크 및 스퍼터 음극: 아크 타겟(Ti, Cr) 증착 접착층; 스퍼터 타겟(TiAl, Zr, CrTi)은 컬러 레이어를 만듭니다.
• 펄스 전력 제어: 타겟 마모를 보상하기 위해 아크 전류(50-150A) 및 스퍼터 전력(1-5kW)을 실시간으로 조정합니다.

2. 정밀 공정 모니터링

• 인라인 분광 광도계: 증착 중에 색상 ΔE를 측정하여 0.1 sccm 내에서 가스 흐름 조정을 트리거합니다.
• 열전대 어레이 + 적외선 고온계: 기판 온도를 70~120°C(기존 PVD의 경우 200~300°C)로 유지하며 플라스틱 및 합금 기판과 호환됩니다.

3. 무오염 증착

• 터보 분자 펌프: 기본 압력 <1×10⁻⁴ Pa를 달성하여 산소/수분 간섭을 제거합니다.
• 실행 후 플라즈마 세척: Ar 이온 충격으로 잔여 코팅 물질을 제거하여 교차 오염을 줄입니다.

4. 모듈식 유연성

• 전체 시스템을 재구성하지 않고도 색상 맞춤화를 위해 타겟(TiAl, Zr, CrTi)과 가스 모듈(N2, C2H2, CH₄)을 교체합니다.

H2: 색상별 타겟 + 가스 레시피(연구 데이터 포함)

안정적인 색상은 정확한 재료 조합에 따라 달라집니다. 다음은 SEM 및 분광 광도계 테스트를 통해 검증된 업계에서 입증된 레시피입니다.

1. 금 코팅: TiAlN 및 ZrN 시스템

Gold PVD는 질화물 기반 필름을 사용하며 N2 비율이 따뜻함을 결정합니다.

 

대상 유형	가스 조성	프로세스 매개변수	색상 특성
Ti-Al 합금(50:50)	N2/(Ar+N2) = 33-50%	바이어스: -80V; 온도: 100°C	밝은 노란색-금색(ΔE <0.9)
Ti-Al 합금(50:50)	N2/(Ar+N2) = 83%	바이어스: -100V; 온도: 120°C	딥 앤틱 골드(경도: 21.5 GPa)
ZrN(순도 99.5%)	N2/Ar = 40:60	바이어스: -90V; 온도: 90°C	라이트 샴페인 골드(내식성: 1000시간 염수 분무)

최적 공정: Arc(Ti 베이스층) + 마그네트론 스퍼터링(TiAlN/ZrN 컬러층)

2. 로즈 골드 코팅: CrTi-탄소 질화물

로즈 골드의 핑크색은 C2H2와 반응한 크롬-티타늄 합금에서 나옵니다.

• 목표: Cr-Ti합금(70:30)
• 가스 혼합: N²(10 sccm) + C²H²(50-150 sccm) + Ar(200 sccm)
• 중요 제어: C2H2 유량 - 50sccm = 연한 장미색; 150sccm = 딥 로즈(배치 전체에서 ΔE <1.0).
• 프로세스: 마그네트론 스퍼터링(비마모 용도에는 아크가 필요하지 않음)

3. 블랙 코팅: 티타늄/지르코늄/크롬 탄화물

Black PVD에는 균일한 어둠을 위해 고탄소 필름이 필요합니다.

 

대상 유형	가스 조성	색상 안정성 데이터
티타늄 (99.9%)	C2H2/Ar = 1:10	5,000시간 UV 노출 후 ΔE <0.7
Zr (99.5%)	C₂H₂/Ar = 1:8	갈색변색 없음 (경도 : 31 GPa)
크롬(99.9%)	CH₄/Ar = 1:12	무광 블랙 마감 (접착력: 5B)

최상의 공정: 마그네트론 스퍼터링(고마모 부품의 경우 아크 옵션)

H2: 색상 안정성을 위한 7가지 고급 전략

기본 프로세스 제어를 기반으로 하는 이러한 기술은 색상 변화를 95% 제거합니다.

1. 목표 컨디셔닝 표준화

침식률을 안정화하기 위해 30분 사전 스퍼터링(Ar만 해당)으로 새 타겟을 침입하여 ΔE를 40% 줄입니다.

2. 가스 흐름 교정 잠금

가스 비율을 ±0.5% 이내로 유지하려면 매달 교정되는 질량 유량 컨트롤러(MFC)를 사용하십시오.

3. 고정 장치 회전 최적화

98% 커버리지 균일성을 위해 5rpm 회전 + 10rpm 회전의 유성 고정 장치를 채택하십시오.

4. 바이어스 전압 드리프트 모니터링

5V를 초과하는 변동은 필름 다공성을 증가시킵니다. ±1V 정밀도의 전압 조정기를 설치하십시오.

5. 예측 냉각 구현

PID 제어 기능이 있는 수냉식 기판 홀더는 로즈 골드를 오렌지색으로 바꾸는 온도 스파이크(>±5°C)를 방지합니다.

6. 레시피 관리 디지털화

PLC 시스템의 레시피를 잠급니다. 조정을 위해서는 감독자의 승인이 필요합니다. 운영자로 인한 오류가 75% 감소합니다.

7. ΔE 테스트로 검증

ASTM D2244 표준을 사용하십시오. ΔE가 1.2보다 큰 배치는 거부됩니다(훈련받지 않은 사람의 눈에 보임).