真空镀膜产品一致性研究

谭明睿 王阳涛

摘  要：通过对镀铝件镀膜工艺的研究，在镀膜机对工件进行相关镀膜试验，分析镀膜机镀膜时影响产品质量的因素，对实验数据进行分析对比，得到镀膜时最合适的工艺参数。结果表明，合适的生产工艺能够显著提高生产效率，改善产品的镀膜品质。

[关键词]真空镀膜

1. 引言

现代汽车的车灯都采用塑料件表面镀膜作为反射镜面。在塑料表面金属化的方法很多，如电镀法、热喷涂法、真空镀膜法等都能使塑料件表面达到金属化的目的，在这几种方法中，真空镀膜是在高真空状态下，采用加热和离子轰击的方法，使金属材料由固态迅速转化成气态，以分子或原子形态沉积在塑料表面形成一层薄金属膜，被认为是塑料表面金属化最有效的手段之一。镀膜之后车灯表面可获得较高的表面光泽度，能达到理想的镜面效果。

2. 真空镀膜产品一致性

2.1 真空镀膜说明

真空蒸镀金属薄膜是在高真空条件下，以钨丝加热使金属熔融气化，在薄膜基材的表团附着而形成复合薄膜的一种工艺。被镀材料可以是金、银、铜、锌、铝等，我们目前用的是纯度99.99%的铝丝。

2.2 真空镀膜原理

将待镀产品固定在镀膜工装上，在真空条件下，通电加热放在钨丝上的铝丝，当温度达到一定时，铝丝蒸发成蒸汽分子或原子，由于蒸汽分子的平均自由程大于从蒸发源到工件的线性尺寸，因此蒸汽分子或原子从蒸发源蒸发出来后，向各个方向直线射出，而很少受到其它分子的冲击和阻碍，到达基片表面上的分子或原子首先凝聚成核，即膜的形成始于核。而且，在连续而来的原子或分子，则会不断地集聚在核的附近，并以三维的方向不断生长，最终形成薄膜。

2.3 真空镀硅油原理（部分产品）

完成镀膜初步蒸镀之后，还不能直接镀保护膜，须采用二次离子轰击方法，去除膜表面粒状颗粒，使膜层更加致密。首先将硅油蒸发于真空室内后采用高压电离方式将硅油分解为SiOX（其中X值在1-2范围变化时，膜层的O2透过率增加，所以在真空室内需要严格控制各气体组分，使X值尽量接近于1，以保证保护膜的最佳性能）。

SiOX保护膜的作用：镀硅油后铝层表面形成的SiOX保护膜可以提高铝膜的机械强度，阻隔有害气体（如O2）或物质对保护膜的侵蚀，还可以提高反射镜的反射率。

2.4 实验验证过程分析

2.4.1 底涂和免底涂对镀膜的影响

目前喷涂件生产的产品分为底涂和免底涂两大类。产品表面状态对膜生长的影响，主要包括产品表面的缺陷，表面的粗糙度及表面的污染等。若产品表面存在晶格缺陷，点阵台阶或原子阶梯，入射的原子会优先在这些地方成核，成核密度也大于无缺陷的地方.若产品表面有油污脏污，蒸镀所得到的膜，并没有直接与产品表面发生吸附，其附着力受到很大的影响。

准备相同素材样件，分别进行工艺：1#免底涂→ 镀铝→喷面漆

2#底漆553→镀铝→喷面漆

在真空状态下产品表面清洁，喷漆后，膜层不易受到污染，可获得致密性好，纯度高，膜层厚度均匀，反射率较高，易于控制的膜层;膜层的附着力好，膜层十分牢固，不易脱落。因此对产品表面的净化，对镀膜室及其室内的有关构件（如轰击棒，转盘）进行清洁处理和表面去气是镀膜工艺过程中不可缺少的过程。

2.4.2 热固化油漆553和UV漆3300对镀膜的影响

相同材料色板，分别用UV3300底涂和553底涂，相同镀膜机同时镀铝喷面漆。

UV漆的反射率相对高于热固化油漆;对附着力级别来说，两种油漆都比较好;UV漆镀膜的均匀性比热固化油漆要好。UV漆经过IR红外温度时会有流平阶段，后经过光固化，会有一个连锁聚合反应，镀膜后均匀性和致密性比较好，所以UV漆的镀膜效果比热固化油漆好一些。

2.4.3 铝丝用量对镀膜的影响

铝丝的用量大小也会影响到镀膜效果，铝丝蒸发的越多，到达产品表面的原子（或分子）越多。按照铝丝长短15cm/20cm/25cm/30cm/40cm，在相同条件下测试同条件的反射率。

铝丝用量的增加，入射粒子动能及入射粒子方向都必须增大，随着入射粒子倾斜角的增大，在连续成膜过程中所需的膜厚也必须增大。 达到一定膜厚之后，反射率趋于平衡状态。实际生产中，要根据产品结构，每炉放置产品数量的多少和产品本身的结构，合理选择铝丝的长度。

2.4.4 喷面漆和镀硅油对镀膜的影响

镀铝：高压离子清洗→蒸发镀铝→高压离子轰击→人工喷面漆

镀硅油：高压离子清洗→蒸发镀铝→高压离子轰击→蒸发镀SiOX

通过验证镀硅油产品的反射率比喷面漆产品的好，根据镀硅油的工艺可以知道硅油属于一种无机物，致密性比较好，所以反射率比较高，实际生产中硅油的耐腐蚀/耐酸碱/耐水没有喷面漆产品的性能优越，但是生产效率镀硅油远比喷面漆高。

2.4.5 真空度对镀膜的影响

真空蒸镀金属薄膜是在高真空条件下，以钨丝加热使金属熔融气化，在薄膜基材的表团附着而形成复合薄膜的一种工艺。实际镀膜室的真空值随着设备本身的运转和外界大气压等外部因素的影响。真空度不是很稳定的，处于小范围浮动。

通过以上实验数据来看真空度越高，相对镀膜的反射率越好，根据实际设备的稳定性和生产效率综合考虑，选择合适的真空度保证生产。

3. 结论

（1）铝丝的用量对镀膜质量也有至关重要的影响，铝纯度越高，所形成的铝膜质量越好，反射率越高，同时也会影响镀膜工装的使用，清洗周期以及所使用钨丝的寿命。铝层太薄会影响产品的附著力，铝层太厚时在高温条件下存在内应力容易引起铝层的脱落。实际生产时铝丝长度根据产品的结构选择，保证产品质量，同时节约成本，减少钨丝结瘤机会。

（2）在蒸发铝的过程中，应首先对铝丝进行预熔，使铝熔液被加热器吸附后，再快速蒸发;如每次蒸发时的真空度、电流（压）、铝丝预熔时间、蒸发时间等参数尽可能一致，保持产品的一致性。

（3）镀膜前处理是保证膜层质量的重要环节，工件表面必须进行认仔细的清洁或喷底漆处理，消除工件表面的油污、杂质和吸附的水分等，才能获得均匀平整的铝层;工件在镀膜前尽管要经过前处理，但在短时间暴露在空气中也能迅速地遭受污染，能将空气中微小的灰尘吸附待镀产品的表面上，这些灰尘会使膜层产生针孔，影响镀膜效果。镀膜前大部分产品要经过擦拭→除尘→底涂→烘烤/UV等阶段进行处理。

（4）在真空镀膜室中，铝原子以溅射的形式喷射到待镀表面，因此对工装设计有很高要求，工装设计要求装夹效率高，使用方便，达到了较佳的镀膜效果，减少了漏镀和发黄发黑，保证铝膜厚度在产品表面的基本一致。

参考文献

[1] 李云奇. 真空镀膜[M]. 化学工业出版社，2012.