Как добиться стабильных цветов золота, черного и розового золота в PVD-покрытии

Узнайте, как добиться стабильных цветов золота, черного и розового золота в PVD-покрытии с помощью гибридных систем многодугового ионного напыления + магнетронного распыления. Откройте для себя рецепты смесей газ-мишеней, решения для управления процессом и преимущества гибридных машин для обеспечения стабильности цвета и стабильности партии.

H1: Как добиться стабильных цветов золота, черного и розового золота в PVD-покрытии

Соответствие цвета является одной из главных проблем для производителей декоративных PVD-покрытий. Опрос, проведенный в отрасли в 2025 году, показал, что 68% жалоб клиентов связаны с изменениями цвета от партии к партии — даже незначительные изменения в теплоте золота или глубине черного цвета могут привести к отклонению заказов.

Клиенты требуют неизменной однородности при каждом производственном цикле:

• Постоянный золотой блеск (не слишком латунный или бледный)
• Глубокий, не выцветающий черный цвет (без коричневых оттенков)
• Насыщенное розовое золото (сбалансированный розово-золотой оттенок)
• Точная радужная иризация (равномерное изменение цвета)

В этом руководстве объясняется, как гибридные системы PVD (многодуговое ионное напыление + магнетронное распыление) решают проблему нестабильности цвета, с практическими данными и рецептами материалов.

H2: Почему соответствие цвета является самой большой проблемой PVD

Декоративный цвет PVD представляет собой тонкий баланс состава, толщины и структуры пленки — легко нарушаемый 7 критическими факторами:

• Нестабильность соотношения газов: Сдвиг N₂/Ar на 5% может изменить цвет TiN gold с «24K-подобного» на «медный оттенок».
• Колебания температуры: Температура подложки ±20°C изменяет кристалличность пленки, смещая розовое золото в оранжевый цвет.
• Износ мишени: Эрозия Cr-мишеней на 10% снижает насыщенность розового золота на 15%.
• Проблемы с вращением приспособления: Неравномерное вращение создает изменение толщины на 10-15%, вызывая полосчатость цвета.
• Деградация насоса: Утечки вакуума (выше 5×10⁻⁻⁻ Па) приводят к попаданию кислорода, приглушая черные покрытия.
• Загрязнение камеры: Остаточный Ti от золотых прогонов придает последующим черным покрытиям серый оттенок.
• Изменчивость оператора: Ручная настройка рецепта увеличивает ΔE (разница в цвете) в 2,3 раза.

Традиционное однопроцессное PVD усугубляет эти проблемы: ионное напыление дугой обеспечивает прочную адгезию, но неравномерные пленки, в то время как магнетронное распыление обеспечивает однородность, но слабую адгезию. Решение? Гибридная технология.

H2: Почему гибридные машины многодугового ионного напыления + магнетронного распыления незаменимы

Гибридные системы PVD сочетают в себе сильные стороны двух технологий для решения проблемы «адгезия против однородности». Вот наука:

1. Дополнительные основные преимущества

• Многодуговое ионное напыление: Генерирует высокоионизированную плазму (степень ионизации 80-90%), которая травит подложки и осаждает плотный, металлургически связанный базовый слой. Это улучшает адгезию на 300% по сравнению с процессами только распыления, что критично для применений, подверженных износу, таких как ювелирные изделия и фурнитура.
• Магнетронное распыление: Использует магнитные поля для удержания плазмы, осаждая ультрагладкие (Ra < 0,5 нм) цветные слои с атомной однородностью. Распыленные пленки снижают ΔE до 2,5.

2. Подтвержденные данными улучшения производительности

Исследование AGC Plasma 2025 года сравнило гибридные и однопроцессные процессы для декоративных покрытий:

 

Метрика	Только дуга	Только распыление	Гибридная система
Цвет ΔE (от партии к партии)	2,8	1,5	0,8
Адгезия (испытание на перекрестный разрез)	5B	3B	5B
Однородность пленки (%)	82	96	98

*Источник: AGC Plasma, «Инновации в оборудовании PVD большой площади» 2025 г.*

H2: Основные характеристики гибридных машин PVD

Современные гибридные системы интегрируют передовые технологии для максимальной стабильности цвета:

1. Синхронизация с двумя источниками

• Независимые катоды дуги и распыления: дуговые мишени (Ti, Cr) осаждают адгезионные слои; мишени распыления (TiAl, Zr, CrTi) создают цветные слои.
• Импульсное управление питанием: регулирует ток дуги (50-150 А) и мощность распыления (1-5 кВт) в режиме реального времени для компенсации износа мишени.

2. Точный мониторинг процесса

• Встроенные спектрофотометры: измеряют цвет ΔE во время осаждения, запуская регулировку потока газа в течение 0,1 с.
• Массивы термопар + инфракрасные пирометры: поддерживают температуру подложки на уровне 70-120°C (против 200-300°C для традиционного PVD), совместимы с пластиковыми и сплавными подложками.

3. Осаждение без загрязнений

• Турбомолекулярные насосы: достигают базового давления <1×10⁻⁻⁻ Па, исключая помехи кислорода/влаги.
• Очистка плазмой после прогона: удаляет остаточный материал покрытия с помощью бомбардировки ионами Ar, уменьшая перекрестное загрязнение.

4. Модульная гибкость

• Замена мишеней (TiAl, Zr, CrTi) и газовых модулей (N₂, C₂H₂, CH₄) для настройки цвета без перенастройки всей системы.

H2: Специфические для цвета рецепты мишеней + газов (с данными исследований)

Стабильные цвета зависят от точных комбинаций материалов. Ниже приведены проверенные в отрасли рецепты, подтвержденные испытаниями SEM и спектрофотометрии:

1. Золотые покрытия: системы TiAlN и ZrN

PVD золота основано на пленках на основе нитридов, при этом соотношение N₂ определяет теплоту:

 

Тип мишени	Состав газа	Параметры процесса	Цветовые характеристики
Сплав Ti-Al (50:50)	N₂/(Ar+N₂) = 33-50%	Смещение: -80 В; Температура: 100°C	Ярко-желтое золото (ΔE <0,9)
Сплав Ti-Al (50:50)	N₂/(Ar+N₂) = 83%	Смещение: -100 В; Температура: 120°C	Глубокое античное золото (Твердость: 21,5 ГПа)
ZrN (чистота 99,5%)	N₂/Ar = 40:60	Смещение: -90 В; Температура: 90°C	Светлое шампанское золото (Коррозионная стойкость: 1000 ч солевого тумана)

Лучший процесс: дуга (базовый слой Ti) + магнетронное распыление (цветной слой TiAlN/ZrN)

2. Покрытия из розового золота: CrTi-углеродный нитрид

Розовый оттенок розового золота получается из сплавов хрома и титана, прореагировавших с C₂H₂:

• Мишень: Сплав Cr-Ti (70:30)
• Газовая смесь: N₂ (10 см3/мин) + C₂H₂ (50-150 см3/мин) + Ar (200 см3/мин)
• Критический контроль: Скорость потока C₂H₂ — 50 см3/мин = бледный розовый; 150 см3/мин = глубокий розовый (ΔE <1,0 в партиях).
• Процесс: Магнетронное распыление (дуга не требуется для применений, не подверженных износу)

3. Черные покрытия: карбиды титана/циркония/хрома

Черное PVD требует пленок с высоким содержанием углерода для равномерной темноты:

 

Тип мишени	Состав газа	Данные о стабильности цвета
Ti (99,9%)	C₂H₂/Ar = 1:10	ΔE <0,7 после 5000 часов УФ-облучения
Zr (99,5%)	C₂H₂/Ar = 1:8	Отсутствие коричневого обесцвечивания (Твердость: 31 ГПа)
Cr (99,9%)	CH₄/Ar = 1:12	Матовая черная отделка (Адгезия: 5B)

Лучший процесс: магнетронное распыление (дуга необязательна для деталей с высоким износом)

H2: 7 передовых стратегий обеспечения стабильности цвета

Основываясь на базовом контроле процесса, эти методы устраняют 95% изменений цвета:

1. Стандартизация кондиционирования мишени

Приработка новых мишеней с 30-минутным предварительным распылением (только Ar) для стабилизации скорости эрозии — уменьшает ΔE на 40%.

2. Блокировка калибровки потока газа

Используйте расходомеры массового расхода (MFC), откалиброванные ежемесячно, для поддержания соотношения газов в пределах ±0,5%.

3. Оптимизация вращения приспособления

Используйте планетарные приспособления с вращением 5 об/мин + вращением 10 об/мин для обеспечения однородности покрытия на 98%.

4. Контроль дрейфа напряжения смещения

Колебания >5 В увеличивают пористость пленки — установите регуляторы напряжения с точностью ±1 В.

5. Внедрение прогнозируемого охлаждения

Держатели подложек с водяным охлаждением с ПИД-регулированием предотвращают скачки температуры (>±5°C), которые смещают розовое золото в оранжевый цвет.

6. Оцифровка управления рецептами

Блокируйте рецепты в системах ПЛК; требуйте одобрения руководителя для внесения корректировок — сокращает ошибки, вызванные оператором, на 75%.

7. Проверка с помощью тестирования ΔE

Используйте стандарты ASTM D2244: отклоняйте партии с ΔE >1,2 (видимо для неподготовленных глаз).