涂层包覆泡沫塑料多工位真空镀铝色泽差异的解决方案

李兰 苏强

摘 要：通过对镀膜过程中影响产品色泽的因素进行分析，确定了主要的影響因素。针对主要的影响因素开展了工艺试验，以色度计作为考核手段，通过对每一工位的深度抽真空处理，最终使镀膜室所有工位产品颜色达到了质量要求。

关键词：涂层包覆泡沫塑料；真空镀铝；色泽

众所周知，磁控溅射沉积技术已经广泛用于军事、民用各个行业，其中包括各种工具、韧具表面的超耐磨金属镀层、合金镀层、汽车水箱隔热镀层、各种手表的装饰性镀层、各种洁具卫浴的把手装饰镀层以及高尔夫球棒的装饰性镀层等，但这些镀层的基体都涉及在真空下放气量很少甚至不放气的金属、放气量较少的塑料密实体等。[1，2，3]硬质聚氨酯泡沫塑料是一种具有极性的易吸潮的材料，对这种泡沫塑料采用磁控溅射镀膜技术镀制金属铝膜，其放气总量会非常大，且放气过程非常缓慢，如果不采取必要的措施，连续抽气数天也难以达到正常磁控溅射镀铝所需的10-4Pa量级真空度。通常采用的表面包覆高分子涂层，可以大幅度减弱泡沫塑料在真空环境中的放气现象。针对一炉镀制一件这类涂层包覆泡沫塑料工件，铝镀层的外观质量比较早正常，呈银白色，但针一炉镀制多工位多件产品，镀层的外观质量就会出现问题：即第一工位上工件镀层外观质量正常，第二工位上工件镀层色彩偏暗，第三工位底层色彩更加偏暗，越往后色泽越暗。本文针对上述问题，在北京丹普表面工程公司生产的AS2B4GXN离子辅助中频沉积设备上开展了相应的技术攻关研究。

1 原因分析

在真空镀铝过程中，能够影响铝镀层色泽的因素如表1所示。

被镀工件全表面微放气，对放电参数影响不大，但会使镀层色泽泛黄或色泽变暗，偏离铝镀层原有的银白色。

从表1可以看出，影响铝镀层色泽的因素是很多的，但针对于同一炉产品不同工位产品颜色呈现色泽差异，其中除因素6外，其他5个因素都可以排除，因为如果这5个因素的任何一个存在，那么所有工位上产品颜色都会出现问题，均得不到正常铝镀层色泽。

仔细分析被镀工件的属性，其为内部多孔的泡沫件，泡沫件在真空环境受到一定的热辐射后，会出现一定程度的温升，温度的升高会导致内部气体受压继而向外界释放杂质气体，最终导致镀层被污染，随即出现色泽偏离铝镀层应有的银白色。

图2是被镀的涂层包覆泡沫塑料件一个工位镀膜过程中的温度变化情况（来自AS2B4GXN镀膜机截屏数据与DS1922T温度记录仪所得数据的合成图）。

在图2中，尽管镀膜时间只有2min，放电区间内工件表面温度从21℃上升到近25℃，温差仅为4℃，但镀膜结束后温度的惯性使工件表面的温度继续上升到了31℃，镀膜前后温度的上升近10℃。我们认为正是这种温升导致了涂层包覆的泡沫件内部气体的加速外渗；更不利的情况是，在后续所有工位的继续放电镀膜过程中，并没有在每一工位放电镀膜前将镀室抽真空到应有的本底真空，这种不利的状况随着工位数的递增使得后续工位放电镀膜时有更多的杂质气体，使靶材溅射出的铝原子被污染，导致铝镀层色泽的偏移（出现颜色变暗而非正常的银白色）。

2 解决办法

2.1 提高本底真空

对于高分子涂层包覆后的泡沫塑料件镀膜，本底真空定在9.0×10-4Pa，第一工位产品会得到比较正常的银白色铝镀层，但后续工位产品色泽依次递增地变暗。为了解决这样的问题，我们将本底真空拟定在了3.5×10-4Pa。工艺试验表明，3.5×10-4Pa的本底真空，依然不能避免后续工位色泽的递增式变暗，具体色泽如表2所示。

在表2中，L*值代表镀层白度，正的a*值意味色泽偏红，正的b*值意味色泽偏黄。表2的测试结果存在一定的依数性，即随着镀膜工位数的增加，镀层色泽变暗递增，通常L*低于85就明显偏黑；另外，随着工位数的增加，镀层色泽总体向红和黄方向偏移，致使镀层最终呈现褐色。

上述测试结果在一定程度上映证了之前的推测：前期工位被镀膜时因为温升，内部压力增大，加速释放出了杂质气体，在杂质气体未被彻底排除之前，又开始后续工位的放电镀膜，溅射出的铝原子被杂质气体腐蚀，继而导致铝镀层色泽出现偏移。

2.2 维持每一工位的本底真空

基于上面的推测和实验结果，我们尝试了自动化程序镀膜，即在每一工位放电镀膜前都预留出5min的全功率抽真空时间段，尽量让每一工位在镀膜时都有优异的本底真空。

图3是每一工位放电前的真空度情况。

在图3中，第一工位2min放电镀膜后，第二工位放电镀膜前再次深度抽真空5min，使得本底真空比第一工位更加优异，第三、第四、第五和第六工位如法炮制，依次得到了更为优异的本底真空。尽管后续工位本底真空优于第一工位，但对于镀层的色泽而言，并没有明显的贡献，表3的光泽度数据测试结果说明了这一点。表3是按图3方式镀制出的铝件的光泽度测定结果。

从表3可以看出，每一工位在放电镀膜前都得到了良好的本底真空度后，铝镀层的色泽均和第一工位差异不大，都恢复到了正常铝镀层的银白色。

3 结论

对于易于释放出气体的高分子涂层包覆泡沫塑料，在多工位镀膜过程中，第一工位完成放电镀膜后，不能直接连续对后续工位进行放电镀膜，需要给后续工位一定的继续抽高真空时间，以保证前面工位被镀件因为温升为加速释放的杂质气体被彻底清除，否则后续工位镀层被污染的程度会越来越严重，直接表现为镀层的色泽从正常的银白色偏向变暗变黄。

参考文献：

[1]邸英浩，胡晓峰，李红娟.浅析真空镀膜技术的现状及进展.科技风，2014（8）：272.

[2]汪正兰.真空镀膜在塑料上的应用.安徽建筑工业学院学报（自然科学），1997，5（3）：60-62.

[3]罗艳，王魁波，吴晓斌，王宇.高精度真空材料放气测试研究.真空科学与技术学报，Vol.36，No.003，251-257.