Liệu có thể phủ PVD lên gỗ không? Thách thức và Giải pháp
1. Tính khả thi của việc phủ PVD lên gỗ
Phủ lắng đọng vật lý (PVD) – một quy trình lắng đọng các lớp màng mỏng (ví dụ: kim loại, gốm, nitrua) lên các bề mặt bằng cách bay hơi hoặc phun bằng chân không – có thể được áp dụng cho gỗ, nhưng không trực tiếp. Các đặc tính vốn có của gỗ (độ xốp, độ nhạy ẩm, tính không ổn định nhiệt) đòi hỏi phải xử lý trước và điều chỉnh quy trình để đảm bảo độ bám dính, độ đồng đều và độ bền của lớp phủ. Không giống như kim loại hoặc gốm (các bề mặt PVD truyền thống), gỗ cần được sửa đổi để hoạt động như một lớp nền ổn định cho các lớp màng PVD.
2. Những thách thức chính của việc phủ PVD lên gỗ
Các đặc tính tự nhiên của gỗ tạo ra những trở ngại độc đáo cho PVD, vốn dựa vào bề mặt nhẵn, ổn định và ít xốp. Những thách thức chính là:
2.1 Độ xốp cao của gỗ
Gỗ bao gồm các lỗ chân lông nhỏ (tracheids, mạch) bẫy không khí và ngăn chặn sự lắng đọng màng đồng đều. Nếu không xử lý:
- Các lớp màng PVD không thể bao phủ hoàn toàn bề mặt, dẫn đến các "lỗ kim" hoặc độ bao phủ không đều.
- Độ bám dính yếu, vì màng không thể liên kết với các bề mặt xốp, không bằng phẳng.
2.2 Sự thay đổi hàm lượng ẩm
Gỗ hấp thụ/giải phóng độ ẩm dựa trên độ ẩm, và PVD yêu cầu một bề mặt khô, ổn định (độ ẩm >12% gây ra các vấn đề):
- Độ ẩm bốc hơi trong buồng chân không PVD, tạo ra các bong bóng trong màng.
- Sự thay đổi độ ẩm sau khi phủ gây ra sự giãn nở/co lại của gỗ, dẫn đến nứt hoặc bong tróc màng.
2.3 Bề mặt không bằng phẳng
Gỗ thô có kết cấu thô ráp (thớ, mắt gỗ) làm gián đoạn sự lắng đọng theo đường ngắm của PVD:
- Các lớp màng dày, không đều hình thành trên các khu vực nhô cao (ví dụ: thớ gỗ), trong khi các khu vực lõm nhận được lớp phủ tối thiểu.
- Bề mặt cuối cùng thiếu đi lớp hoàn thiện mịn, nhất quán đặc trưng của kim loại được phủ PVD.
2.4 Sự không phù hợp về giãn nở nhiệt
Các quy trình PVD liên quan đến nhiệt độ vừa phải (100–300°C đối với một số kỹ thuật), và gỗ có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn nhiều so với các lớp màng PVD (ví dụ: màng kim loại):
- Nhiệt trong quá trình lắng đọng khiến gỗ giãn nở tạm thời; làm mát dẫn đến co lại, làm căng màng.
- Các chu kỳ nhiệt dài hạn (ví dụ: thay đổi nhiệt độ môi trường) làm trầm trọng thêm ứng suất màng, dẫn đến phân lớp.
3. Giải pháp kỹ thuật để khắc phục các thách thức
Để làm cho việc phủ PVD lên gỗ khả thi, cần có một quy trình xử lý trước nhiều bước và các thông số PVD được tối ưu hóa:
3.1 Niêm phong độ xốp & Làm mịn bề mặt
- Niêm phong bằng sơn lót: Thoa một lớp sơn lót có độ nhớt thấp, tương thích với gỗ (ví dụ: nhựa epoxy, chất bịt kín gốc acrylic) để lấp đầy các lỗ chân lông. Lớp sơn lót đóng rắn để tạo thành một lớp nền mịn, không xốp mà các lớp màng PVD có thể liên kết.
- Chà nhám & San bằng: Sau khi sơn lót, chà nhám bề mặt bằng giấy nhám mịn (400–800 grit) để loại bỏ các thớ gỗ nổi lên do lớp sơn lót. Đối với các ứng dụng có độ chính xác cao, hãy sử dụng bột trét gỗ để lấp đầy các mắt gỗ hoặc khuyết tật trước khi sơn lót.
3.2 Kiểm soát độ ẩm
- Sấy trước: Sấy gỗ đến độ ẩm 6–10% (thông qua sấy lò hoặc sấy không khí) trước khi xử lý trước. Điều này phù hợp với hàm lượng ẩm cân bằng (EMC) của môi trường sử dụng cuối cùng (ví dụ: đồ nội thất trong nhà: 8–12%).
- Lớp phủ rào cản độ ẩm: Sau khi sấy, thoa một lớp rào cản độ ẩm mỏng (ví dụ: lớp phủ gốc polyurethane hoặc silicone) để ngăn chặn sự hấp thụ độ ẩm sau khi xử lý. Rào cản này phải tương thích với lớp sơn lót và màng PVD (không có phản ứng hóa học trong buồng chân không).
3.3 Quy trình PVD nhiệt độ thấp
- Điều chỉnh nhiệt độ quy trình: Sử dụng các kỹ thuật PVD nhiệt độ thấp (ví dụ: phun RF, phun magnetron DC xung) hoạt động ở <150°C. Điều này giảm thiểu sự giãn nở của gỗ và tránh hư hỏng do nhiệt (ví dụ: cong vênh, đổi màu).
- Phun mục tiêu lạnh: Đối với màng kim loại (ví dụ: nhôm, titan), hãy sử dụng các mục tiêu phun lạnh để giảm truyền nhiệt cho bề mặt gỗ.
3.4 Tăng cường độ bám dính
- Lắng đọng lớp trung gian: Lắng đọng một "lớp bám dính" mỏng (ví dụ: crom, titan hoặc oxit gốm) giữa lớp sơn lót và lớp màng PVD trên cùng. Các lớp này có hệ số giãn nở nhiệt trung gian, làm giảm ứng suất giữa gỗ và lớp màng trên cùng.
- Kích hoạt plasma: Trước khi PVD, xử lý bề mặt gỗ đã được sơn lót bằng plasma áp suất thấp (ví dụ: plasma oxy hoặc argon). Điều này làm sạch bề mặt, loại bỏ các chất gây ô nhiễm còn sót lại và tăng năng lượng bề mặt – cải thiện độ bám dính của màng.
3.5 Thiết bị PVD được khuyến nghị để phủ đồ nội thất bằng gỗ
Tập trung vào các hệ thống nhiệt độ thấp, phù hợp với kích thước (đối với tủ, mặt bàn, v.v.):
- Các bộ phận nhỏ (ví dụ: tay nắm tủ): Hệ thống phun RF để bàn (ví dụ: Kurt J. Lesker PVD75) – buồng chân không nhỏ gọn, <150°C hoạt động, lý tưởng để xử lý hàng loạt các bộ phận bằng gỗ nhỏ.
- Các bộ phận lớn (ví dụ: cửa tủ, mặt bàn): Buồng phun magnetron DC xung quy mô vừa (ví dụ: Teer Coatings UDP650) – buồng đường kính 650mm, mục tiêu lạnh có thể điều chỉnh, tương thích với các tấm gỗ phẳng/lớn.
4. Ứng dụng thực tế
Với các giải pháp trên, gỗ phủ PVD được sử dụng trong các ứng dụng giá trị cao thích hợp:
- Đồ nội thất trang trí: Màng PVD (ví dụ: vàng, đồng hoặc titan đen) thêm lớp hoàn thiện kim loại, sang trọng cho đồ nội thất bằng gỗ (ví dụ: cửa tủ, mặt bàn) mà không cần trọng lượng của kim loại đặc.
- Nẹp kiến trúc: Khuôn đúc hoặc tấm ốp tường bằng gỗ phủ PVD mang lại độ bền (chống trầy xước, ăn mòn) và vẻ ngoài thẩm mỹ cho nội thất cao cấp.
- Phụ kiện điện tử: Các bộ phận bằng gỗ nhỏ (ví dụ: vỏ điện thoại, vỏ tai nghe) sử dụng lớp phủ PVD để bảo vệ chống trầy xước và vẻ ngoài cao cấp.
>
>
