Cách sử dụng thiết bị mạ chân không để mạ gạch men

Là vật liệu cơ bản trong trang trí xây dựng, gạch men có chất lượng bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến tính thẩm mỹ và tuổi thọ của không gian. Trang trí bề mặt gạch men truyền thống chủ yếu dựa vào men, in lụa và kỹ thuật nung 3D. Mặc dù những phương pháp này có thể tạo ra màu sắc và hoa văn nhất định, nhưng chúng có những hạn chế khi thể hiện hiệu ứng kim loại, cải thiện độ cứng bề mặt và chống ăn mòn. Với kỳ vọng ngày càng cao của người tiêu dùng, nhu cầu thị trường đối với gạch men kết hợp độ bóng kim loại với độ bền vượt trội tiếp tục tăng lên.

  Sự ra đời của công nghệ mạ chân không đã mở ra những khả năng mới cho việc xử lý bề mặt gạch men. Bằng cách áp dụng các nguyên lý mạ được sử dụng cho bề mặt kính quang học và sửa đổi các thiết bị liên quan — như bổ sung hệ thống làm sạch bằng ion bắn phá và lắng đọng các lớp chuyển tiếp — vật liệu phi kim loại như gốm có thể được liên kết chặt chẽ với kim loại như titan và zirconi, tạo thành lớp phủ chống ăn mòn hoặc chống mài mòn. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong xử lý sâu bề mặt gạch men, tạo ra hiệu ứng lấp lánh với các màu vàng, bạch kim và đa sắc, thay thế hoàn toàn các sản phẩm làm từ vàng hoặc bạch kim nguyên chất.

1.Nguyên lý kỹ thuật và thiết lập thiết bị mạ gạch men

1.1.Nguyên lý kỹ thuật

  Mạ chân không cho gạch men chủ yếu sử dụng công nghệ phún xạ chân không đa hồ quang từ tính plasma. Nguyên lý cốt lõi là: trong điều kiện chân không, sử dụng phóng điện hồ quang điện áp thấp, dòng điện cao để bay hơi vật liệu đích thông qua phóng điện khí, ion hóa cả vật liệu bay hơi và khí. Sau đó, sử dụng hiệu ứng gia tốc của điện trường, vật liệu bay hơi và các sản phẩm phản ứng của nó được lắng đọng lên bề mặt phôi.  

  Việc mạ bề mặt phi kim loại như gốm khó hơn nhiều so với mạ vật liệu dẫn điện như kim loại. Vì gốm không dẫn điện, các ion kim loại không thể lắng đọng và liên kết như trên đế kim loại. Giải pháp là thêm hệ thống làm sạch ion và lớp chuyển tiếp ở giữa trước khi mạ thực tế. Bằng cách lắng đọng trước một lớp chuyển tiếp kim loại, như titan hoặc crom, lớp phủ chức năng tiếp theo có thể bám dính chắc chắn.

1.2.Thiết lập thiết bị điển hình

Lấy máy mạ từ tính đa hồ quang loại 1400 được sử dụng để mạ gạch men làm ví dụ, thiết bị chủ yếu bao gồm các bộ phận sau:

Buồng chân không: đường kính 1400 mm, chiều cao 1600 mm, làm bằng thép không gỉ 304 với cấu trúc áo nước hai lớp.

Hệ thống chân không: bao gồm bơm khuếch tán (tốc độ bơm 9400 L/s), bơm Roots (300 L/s), bơm cơ khí , và bơm duy trì. Mất chưa đầy 30 phút để bơm từ áp suất khí quyển đến chân không làm việc khi trống, với chân không cuối cùng lên tới 5×10⁻⁴ Pa.

Mục tiêu đa hồ quang: tổng cộng 12, cathode titan có kích thước φ90mm×40mm, được cấp nguồn và đánh lửa độc lập.

Mục tiêu mạ phún xạ từ tính: 1, với cường độ từ trường bên trong trên 5000 Gauss.Cơ cấu quay phôi: thiết kế 5 trục, hỗ trợ cả cách mạng và quay để đảm bảo lớp phủ đồng đều trên bề mặt gạch.

Hệ thống bắn phá ion: nguồn điện cao áp 3000V DC, 5kW để làm sạch và kích hoạt trước khi mạ.

Hệ thống sưởi ấm và kiểm soát nhiệt độ: 3 ống sưởi hồng ngoại hình chữ U, sử dụng mô-đun silicon điều khiển PID để kiểm soát nhiệt độ.

2.Quy trình hoàn chỉnh mạ chân không cho gạch men

(1) Tiền xử lý và sấy khô đế. Làm sạch bề mặt gạch là yếu tố cơ bản cho chất lượng lớp phủ. Thông thường, dùng vải cotton sạch với nước cất để lau bề mặt loại bỏ bụi bẩn và dầu mỡ. Để tăng hiệu quả và giảm thời gian gia nhiệt trong buồng chân không, gạch đã xử lý cần được sấy trong lò ở khoảng 250°C trong ít nhất 20 phút, đảm bảo tất cả nước hấp phụ trên bề mặt gạch được bay hơi hoàn toàn.

(2) Nạp liệu và hút chân không. Nhanh chóng đặt gạch đã sấy lên giá đỡ phôi trong buồng chân không. Khởi động hệ thống quay để đảm bảo hoạt động trơn tru, sau đó đóng cửa lò. Quá trình hút chân không được thực hiện theo từng giai đoạn: đầu tiên, sử dụng bơm cơ khí và bơm Roots để hút chân không thô nhanh; khi chân không đạt khoảng 2×10⁻¹ Pa, chuyển sang bơm khuếch tán để hút chân không tinh, cuối cùng đạt mức chân không khoảng 3×10⁻³ Pa.

(3) Gia nhiệt và khử khí phôi. Sau khi đạt được mức chân không, bắt đầu quay phôi và bật nguồn gia nhiệt. Nhiệt độ gạch tăng dần (thường không quá 400°C). Bước gia nhiệt này giúp đẩy hết khí còn sót lại bên trong đế, ngăn chặn khí thoát ra ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ sau này.

(4) Làm sạch ion và lắng đọng lớp nền titan. Khí Argon được đưa vào, và hệ thống bắn phá điện áp cao được kích hoạt để thực hiện làm sạch ion trên bề mặt gạch. Điện áp bắn phá thường là 400-500V, và bạn có thể quan sát hiện tượng phóng điện qua cửa quan sát để đánh giá hiệu quả làm sạch. Sau khi làm sạch xong, điều chỉnh dòng điện 10-12A và điện áp 600-800V để lắng đọng một lớp nền titan trên bề mặt gạch, kéo dài khoảng 2-3 phút.

(5) Lắng đọng đa hồ quang titan nitrua (vàng) hoặc titan (bạc). Sau khi lắng đọng lớp nền titan, giảm khí Argon và nạp nitơ tinh khiết cao. Dưới chân không khoảng 3×10⁻¹Pa đến 6×10⁻¹Pa, khởi động mục tiêu đa hồ quang để lắng đọng titan nitrua trong khoảng 3-5 phút để có lớp phủ màu vàng. Nếu cần hiệu ứng bạc, chỉ cần tiếp tục lắng đọng lớp titan trong môi trường khí Argon.

(6) Làm nguội và lấy ra. Sau khi hoàn thành mạ, tắt nguồn hồ quang và khí theo thứ tự, để phôi nguội bớt, sau đó nạp khí cho đến áp suất khí quyển, mở lò và lấy sản phẩm ra. Một chu kỳ sản xuất hoàn chỉnh mất khoảng 15 đến 20 phút.

3.Ưu điểm cốt lõi và giá trị ứng dụng

Hiệu ứng trang trí nổi bật. Mạ chân không có thể tạo ra màu vàng nguyên chất, bạc hoặc cầu vồng trên bề mặt gạch, với màu sắc đồng đều và độ bóng sáng. Hình dạng bề mặt cũng có thể được thiết kế trước theo nhu cầu thiết kế, và sau khi mạ, các bộ phận không mong muốn có thể được loại bỏ bằng cách đánh bóng để tạo ra các sản phẩm nghệ thuật với kết cấu sống động và màu sắc tươi sáng. Gạch Christoc của Gardenia (Ý) sử dụng công nghệ PVD để mạ vàng và bạc, tái tạo hiệu quả vẻ ngoài của vật liệu quý.

Độ bền được cải thiện đáng kể. Lớp phủ titan nitrua (TiN) và zirconi nitrua (ZrN) có thể đạt độ dày từ 0,7 đến 1,6 μm, và các thử nghiệm cho thấy chúng có khả năng chống trầy xước và ổn định chống ăn mòn tốt, phù hợp với môi trường có độ ẩm cao, giặt hàng ngày và chất tẩy rửa hóa chất gia dụng. Lớp phủ bám dính tốt, có cấu trúc dày đặc và duy trì độ bóng lâu dài.

Ưu điểm về môi trường và chi phí. So với phương pháp dát vàng lá hoặc in vàng nước truyền thống, mạ chân không không sử dụng vật liệu kim loại quý, không gây ô nhiễm, thời gian xử lý ngắn và chi phí thấp, phù hợp với sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Quá trình mạ diễn ra trong buồng chân không, do đó không có ô nhiễm hoặc tiếng ồn.

Tiềm năng ứng dụng chức năng rộng rãi. Ngoài mục đích trang trí, bằng cách pha trộn các nguyên tố kháng khuẩn như bạc hoặc đồng vào lớp phủ PVD, bề mặt gạch có thể có đặc tính khử trùng đáng kể, làm cho chúng phù hợp với các không gian y tế có yêu cầu vệ sinh nghiêm ngặt, như phòng phẫu thuật và phòng bệnh nhân.

4.Thách thức kỹ thuật và xu hướng phát triển

Mạ chân không cho gạch men vẫn đối mặt với một số thách thức. Sự khác biệt về giãn nở nhiệt giữa đế gốm và lớp phủ kim loại có thể ảnh hưởng đến độ ổn định lâu dài của lớp phủ. Ngoài ra, thiết bị khá đắt tiền và đòi hỏi người vận hành phải có kỹ năng kiểm soát quy trình tốt.

Khi các công nghệ phún xạ ion hóa cao như HiPIMS ngày càng trưởng thành và thiết bị trong nước được cải thiện, mạ chân không cho gạch men sẽ mở rộng hơn nữa. Nó sẽ phát triển từ chỉ là lớp phủ trang trí sang 'lớp phủ chức năng' còn cung cấp các đặc tính kháng khuẩn, tự làm sạch và chống mài mòn, thúc đẩy mạnh mẽ sự chuyển đổi và nâng cấp của ngành công nghiệp gốm xây dựng.