Máy Phủ Phim Chân Không PVD Mở Nắp Trên Dọc để Phủ Tấm Inox Màu: Thiết Kế, Vật Liệu Phủ và Khí Quy Trình

1. Giới thiệu về Máy Phủ Phim PVD Mở Nắp Trên Dọc

Công nghệ Bốc hơi Vật lý (PVD) đã cách mạng hóa việc xử lý bề mặt của các tấm thép không gỉ, cho phép sản xuất các lớp phủ màu chất lượng cao với độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính thẩm mỹ vượt trội. Trong số các cấu hình thiết bị PVD khác nhau, máy phủ chân không mở nắp trên dọc nổi bật về hiệu quả trong việc xử lý các phôi thép không gỉ lớn, đặc biệt là trong sản xuất quy mô công nghiệp. Thiết bị chuyên dụng này có cấu trúc mở nắp trên độc đáo, đòi hỏi bố cục nhà máy hai tầng, với tầng trên đóng vai trò là điểm truy cập để nạp/dỡ phôi thông qua hệ thống cần cẩu trên cao.

Thiết kế cốt lõi tập trung vào buồng chân không thẳng đứng được làm bằng thép không gỉ SUS 304 cao cấp, đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc và khả năng chống ăn mòn trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Một buồng điển hình có kích thước φ2600 × H4100 mm, được trang bị áo nước làm mát hai lớp để duy trì nhiệt độ quy trình tối ưu và ngăn ngừa biến dạng nhiệt của phôi. Cơ chế mở nắp trên loại bỏ các hạn chế về không gian của thiết kế mở bên, chứa các tấm thép không gỉ cực lớn (lên đến 1300 × 3100 × 3 mm mỗi lô) hoặc các bộ phận có hình dạng không đều (lên đến 1900 × 3700 × 50 mm). Bên trong máy có khung quay kiểu nâng cho phép cả chuyển động quay và xoay của phôi, đảm bảo lắng đọng lớp phủ đồng đều. Kết hợp với 36 lỗ nguồn hồ quang và 4 cửa sổ quan sát, hệ thống chuyển động kép này cho phép kiểm soát quy trình chính xác và theo dõi sự hình thành màng theo thời gian thực.

2. Bố cục nhà máy hai tầng và Tích hợp Cần cẩu trên cao

Thiết kế mở nắp trên dọc yêu cầu cấu hình nhà máy hai tầng để tối đa hóa hiệu quả hoạt động và an toàn. Tầng trệt chứa thân chính của máy PVD, bao gồm buồng chân không, hệ thống bơm, bộ phận cấp nguồn và cơ sở hạ tầng làm mát. Tầng trên (thường cao từ 4,5 đến 5 mét) hoạt động như một nền tảng bảo trì và tải để truy cập và vận hành nắp trên của buồng chân không. Bố cục này tận dụng không gian theo chiều dọc để khắc phục các hạn chế về diện tích sàn theo chiều ngang, phù hợp với các nhà sản xuất có hạn chế về không gian đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý phôi lớn.

Một thành phần quan trọng là cần cẩu trên cao (cần cẩu dầm) 5–10 tấn được lắp đặt trên tầng hai, chịu trách nhiệm cho ba hoạt động chính: mở/đóng nắp trên của buồng chân không, nạp/dỡ phôi lên khung quay và bảo trì các nguồn hồ quang và các bộ phận bên trong. Được tích hợp với công nghệ định vị chính xác, cần cẩu đảm bảo sự liên kết giữa băng chuyền phôi và buồng chân không, giảm thiểu rủi ro ô nhiễm hoặc hư hỏng. Các tính năng an toàn bao gồm cơ chế chống lắc, bộ điều khiển dừng khẩn cấp và cảm biến tải để ngăn ngừa quá tải, tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn công nghiệp.

Bố cục hai tầng tối ưu hóa hiệu quả quy trình làm việc: trong khi quá trình phủ diễn ra ở tầng trệt, tầng trên có thể chuẩn bị lô phôi tiếp theo, giảm thời gian ngừng hoạt động. Ngoài ra, nền tảng nâng cao cung cấp khả năng tiếp cận an toàn, thuận tiện cho các tác vụ bảo trì như thay thế mục tiêu, làm sạch buồng và kiểm tra hệ thống.

3. Vật liệu mục tiêu cho Lớp phủ thép không gỉ màu

Màu sắc lớp phủ chủ yếu được xác định bởi việc lựa chọn vật liệu mục tiêu và phản ứng hóa học của nó với khí quy trình. Dưới đây là tổng quan chi tiết về các mục tiêu thường được sử dụng và màu sắc, cơ chế và ứng dụng tương ứng của chúng:

3.1 Mục tiêu Titan (Ti)

Mục tiêu titan cung cấp các tùy chọn màu sắc đa dạng thông qua các phản ứng với nitơ, oxy và khí chứa carbon:

• Hoàn thiện thép không gỉ tự nhiên: Đạt được thông qua phun không phản ứng trong argon tinh khiết. Một lớp màng titan mỏng 50–100 nm giữ nguyên vẻ ngoài tự nhiên của chất nền đồng thời tăng cường khả năng chống ăn mòn và độ mịn bề mặt, phù hợp với các thiết bị nhà bếp và lan can kiến trúc.
• Vàng: Được tạo thành bằng cách phun phản ứng trong môi trường giàu nitơ (N₂:Ar ≈ 3:7), tạo ra Titan Nitride (TiN). Cấu trúc dải điện tử của TiN chọn lọc phản xạ ánh sáng vàng, tạo ra màu vàng rực rỡ với độ cứng lên đến 2000 HV. Lý tưởng cho các ứng dụng trang trí và chức năng như đồ trang sức và bảng điều khiển thang máy.
• Vàng hồng: Được tạo ra bằng cách thêm metan (CH₄) vào hỗn hợp nitơ-argon (N₂:CH₄:Ar ≈ 2:1:7), tạo thành Titan Carbonitride (TiCN). Hàm lượng carbon điều chỉnh màu sắc—nồng độ cao hơn làm sâu sắc thêm sắc thái hồng. TiCN mang lại khả năng chống mài mòn vượt trội cho các bề mặt có lưu lượng truy cập cao.
• Nâu cà phê: Quy trình TiCN được tối ưu hóa với tỷ lệ carbon trên nitơ cao hơn (N₂:CH₄:Ar ≈ 1:2:7) và độ dày lớp phủ 200–300 nm. Việc kết hợp carbon tăng lên tạo ra tông màu nâu cà phê ấm áp (từ màu nâu nhạt đến màu espresso đậm), phổ biến trong đồ nội thất cao cấp và trang trí nội thất ô tô.
• Đen: Được sản xuất trong môi trường hỗn hợp nitơ, metan và oxy (N₂:CH₄:O₂:Ar ≈ 2:3:1:14), tạo thành Titan Carbonitride Oxide (TiCNO). Lớp phủ đặc, vô định hình này hấp thụ hơn 95% ánh sáng khả kiến, mang lại lớp hoàn thiện màu đen mờ với khả năng chống trầy xước đặc biệt cho thiết bị điện tử tiêu dùng.

3.2 Mục tiêu Zirconium (Zr)

Mục tiêu Zirconium vượt trội trong các lớp phủ bền, chống trầy xước:

• Vàng: Zirconium Nitride (ZrN) được tạo thành bằng cách phun trong nitơ (N₂:Ar ≈ 2:8) mang lại sắc thái vàng ấm hơn, mềm hơn so với TiN. Khả năng chống ăn mòn vượt trội phù hợp với các ứng dụng ngoài trời như mặt tiền tòa nhà và phần cứng hàng hải.
• Đen: Zirconium Carbonitride (ZrCN) được sản xuất trong môi trường nitơ-metan (N₂:CH₄:Ar ≈ 1:3:16) mang lại lớp hoàn thiện màu đen tuyền. Hàm lượng carbon cao (30–40% nguyên tử) tăng cường độ cứng (lên đến 2200 HV) cho khung điện thoại thông minh và các bộ phận công nghiệp.

3.3 Mục tiêu Crom (Cr)

Mục tiêu crom tạo ra các tông màu trung tính và đất ổn định:

• Xanh dương: Crom Oxide (Cr₂O₃) được tạo thành bằng cách phun phản ứng trong oxy (O₂:Ar ≈ 3:7) với độ dày 150–200 nm. Sự giao thoa ánh sáng tạo ra tông màu xanh lam rực rỡ—màng mỏng hơn tạo ra màu xanh da trời, các lớp dày hơn màu xanh hải quân đậm. Khả năng chống tia cực tím tuyệt vời phù hợp với biển báo ngoài trời và trang trí ô tô.
• Đen: Crom Nitride Carbide (CrCN) từ hỗn hợp nitơ-metan (N₂:CH₄:Ar ≈ 2:2:16) mang lại lớp hoàn thiện màu đen mờ với khả năng kháng hóa chất cao, lý tưởng cho thiết bị chế biến thực phẩm và đồ đạc phòng tắm.

3.4 Mục tiêu thép không gỉ

Các tùy chọn tiết kiệm chi phí cho các màu cụ thể:

• Hoàn thiện thép không gỉ tự nhiên: Phun không phản ứng trong argon tinh khiết tạo ra lớp phủ phù hợp với thành phần chất nền, giữ nguyên vẻ ngoài tự nhiên cho các dự án kiến trúc quy mô lớn.
• Xanh dương: Phun phản ứng trong nitơ (N₂:Ar ≈ 4:6) tạo thành Thép không gỉ Nitride (FeCrN), mang lại tông màu xanh đậm với độ bám dính và độ ổn định màu sắc đặc biệt cho mặt tiền tòa nhà thương mại.

4. Khí quy trình trong lớp phủ PVD

Quy trình PVD dựa vào khí trơ để phun và khí phản ứng để tạo thành hợp chất. Việc kiểm soát chính xác độ tinh khiết của khí, tốc độ dòng chảy và áp suất riêng phần đảm bảo màu sắc và hiệu suất nhất quán:

4.1 Khí trơ: Argon (Ar)

Argon (độ tinh khiết 99,999%+) đóng vai trò là môi trường phun chính, với trọng lượng nguyên tử (39,95 g/mol) lý tưởng để loại bỏ các nguyên tử mục tiêu. Tốc độ dòng chảy dao động từ 50–200 sccm, với áp suất buồng được duy trì ở mức 10⁻² đến 10 Pa. Đối với lớp hoàn thiện bằng thép không gỉ tự nhiên, argon tinh khiết (100–150 sccm) được sử dụng.

4.2 Khí phản ứng

• Nitơ (N₂): Tạo thành lớp phủ nitride (TiN, ZrN, FeCrN) với tông màu vàng, vàng hồng hoặc xanh lam. Tốc độ dòng chảy: 30–70 sccm; độ tinh khiết ≥ 99,998%.
• Oxy (O₂): Tạo ra lớp phủ oxit (TiO₂, Cr₂O₃) với màu xanh lam hoặc óng ánh. Tốc độ dòng chảy: 20–60 sccm; độ tinh khiết ≥ 99,998%.
• Khí chứa carbon: Metan (CH₄, 10–50 sccm) và axetylen (C₂H₂) đưa carbon vào lớp phủ carbonitride (TiCN, ZrCN). Metan mang lại sự ổn định; axetylen làm sâu sắc thêm tông màu đen.

4.3 Hệ thống kiểm soát khí

Hệ thống kiểm soát khí chính xác (bộ điều khiển lưu lượng khối, bộ chuyển đổi áp suất) tích hợp với các đơn vị PLC, cho phép lưu trữ các công thức nấu ăn cụ thể theo màu (lên đến 50 cấu hình) để vận hành một chạm. Bộ lọc tinh chế loại bỏ độ ẩm, dầu và các hạt, đảm bảo điều kiện quy trình nhất quán.

5. Thông số kỹ thuật chính và Ưu điểm vận hành

• Dung lượng phôi: Lên đến 3 tấm (1300 × 3100 × 3 mm) mỗi lô; khung quay cố định kép.
• Hiệu suất chân không: Áp suất cuối cùng 5,0 × 10⁻⁴ Pa; tốc độ rò rỉ 0⁻³ Pa·L/s.
• Chu kỳ phủ: 3–6 giờ mỗi lô (3 giờ đối với lớp hoàn thiện tự nhiên; 5–6 giờ đối với màu nâu/đen).
• Độ chính xác màu: Khả năng lặp lại ΔE 0 (CIE Lab); theo dõi quang học theo thời gian thực.
• Tự động hóa: Chế độ thủ công/bán tự động/hoàn toàn tự động; giao diện màn hình cảm ứng.
• Hiệu quả năng lượng: Tiêu thụ thấp hơn 15–20% so với máy mở bên thông thường.

6. Ứng dụng và Tác động đến ngành

Được sử dụng rộng rãi trong các ngành:

• Kiến trúc: Mặt tiền, tường rèm, khung cửa ra vào/cửa sổ (màu vàng, xanh lam, hoàn thiện tự nhiên).
• Đồ gia dụng: Tấm tủ lạnh, phần cứng nhà bếp (hoàn thiện tự nhiên, đen, vàng hồng).
• Ô tô: Trang trí nội/ngoại thất, vành bánh xe (đen, nâu cà phê, vàng hồng).
• Điện tử tiêu dùng: Vỏ điện thoại thông minh/máy tính xách tay (đen, xanh lam, vàng hồng).
• Đồ nội thất: Tay nắm tủ, đèn chiếu sáng (nâu cà phê, vàng, xanh lam).

Máy hỗ trợ sản xuất bền vững với lớp phủ không chứa crom hóa trị sáu, tăng cường sự khác biệt của sản phẩm thông qua các tùy chọn màu sắc đa dạng.