Pvd涂层采用哪些材料？基材和涂层材料指南

在PVD涂层中，材料可分为两大类：基材，即被涂覆的基础物体；以及涂层材料，即在表面形成薄而耐用的薄膜的材料。常见的基材包括不锈钢、钛、黄铜，甚至塑料，而流行的涂层材料是钛、锆、金和石墨的化合物。该过程的成功完全取决于这两组材料之间的相互作用。

PVD的多功能性允许涂覆各种材料，但成功涂层不仅在于涂层本身，还在于对底层基材的选择和细致的准备工作。

PVD的两个方面：基材和涂层

物理气相沉积（PVD）是一个转移过程。一种材料被汽化，然后沉积到另一种材料上。了解这两个组成部分对于理解该过程至关重要。

基材：基础材料

基材是接收涂层的部件或零件。PVD薄膜非常薄，因此基材的特性对最终产品的性能至关重要。

各种材料都可以作为基材。常见的选择包括：

金属：不锈钢、钛、铝、锌合金、黄铜和铜。
塑料：ABS、聚碳酸酯（PC）、尼龙和其他聚合物通常被涂层以实现装饰性或功能性的金属外观。
其他材料：玻璃和陶瓷也可以通过PVD有效地涂覆。

涂层：薄膜饰面

涂层材料是在真空中汽化并粘合到基材上，形成表面饰面的材料。选择这些材料是基于特定的性能，如颜色、硬度或耐腐蚀性。

最常见的PVD涂层材料是：

钛（Ti）：通常以氮化钛（TiN）的形式使用，提供坚硬的金色饰面，以其卓越的耐用性而闻名。
锆（Zr）：氮化锆（ZrN）提供优异的耐腐蚀性，并呈现浅黄铜色或金色。
铬（Cr）：氮化铬（CrN）极其坚硬、耐腐蚀，并提供经典的、明亮的铬金属外观。
金（Au）：用于装饰应用（如珠宝和手表）中的独特颜色，以及在航空航天和电子产品中的导电性。
石墨和其他碳形式：用于制造类金刚石碳（DLC）涂层，这些涂层极其坚硬、低摩擦，通常呈黑色。
铝（Al）和铜（Cu）：也常与其他元素组合使用，以实现特定的颜色和功能特性。

为什么基材准备工作至关重要

PVD涂层的质量仅取决于其应用的表面。薄弱的基础必然会导致涂层失效，无论涂层材料的质量如何。

附着的基石

涂层与基材之间的结合是机械的和原子的。基材表面必须完全清洁、光滑且没有任何污染物。任何缺陷都将成为失效点。

金属：理想的画布

不锈钢和钛是PVD的理想基材，因为涂层可以直接沉积在它们的表面上并牢固地附着。它们固有的硬度也为薄PVD薄膜提供了坚固的基础。

电镀作为先决条件

像黄铜或锌合金这样的较软金属通常缺乏直接PVD结合的理想表面化学性质。对于这些材料，通常会先应用一层中间层的镍和/或铬电镀。PVD可以非常牢固地附着在铬电镀层上，从而形成高度耐用的最终产品。

塑料和其他材料上的涂层

在塑料上涂层时，目标通常是金属化——使塑料部件具有金属外观。这需要专门的预处理步骤，以确保汽化的金属能够粘附到聚合物表面上。

理解取舍

虽然PVD是一种高度通用的技术，但它并非万能的解决方案。了解其局限性对于项目的成功至关重要。

它不是“一刀切”的过程

基材的选择决定了所需的准备步骤，这反过来又影响项目的复杂性、成本和时间表。直接在钢材上进行应用比对塑料部件进行金属化处理的多步骤过程要简单得多。

“坚不可摧”的神话

PVD涂层非常坚硬，但它们也非常薄——通常只有几微米。如果涂层下方的基材很软，剧烈的冲击可能会使基材凹陷，导致其上方的硬质PVD薄膜破裂或剥落。整体耐用性是涂层和基材系统的函数。

成本与性能

高性能组合，例如在钛手表壳上进行DLC涂层，比在预电镀的锌水龙头手柄上进行简单的装饰性氮化钛涂层涉及更复杂和昂贵的过程。基材和涂层的材料选择直接影响最终成本。

为您的目标做出正确的选择

要选择正确的材料，您必须首先确定您的主要目标。

如果您的主要重点是最大的耐用性和耐磨性： 在坚固的金属基材（如不锈钢、钛或经过适当镀铬的黄铜）上使用坚硬的涂层，如氮化钛（TiN）或类金刚石碳（DLC）。
如果您的主要重点是特定的装饰颜色或金属外观： 您的基材选择范围更广，包括塑料，但成功取决于细致的预处理，以确保适当的附着力和完美的外观。
如果您的主要重点是技术功能（例如导电性）： 涂层材料（如金）是不可协商的，需要根据其物理特性来选择，这意味着必须选择能够无损支持该功能的基材。

最终，了解基材和涂层之间深刻的相互作用是充分利用PVD潜力的关键。

摘要表：

材料类别	常见示例	关键特性
基材	不锈钢、钛、黄铜、塑料（ABS、PC）	基础材料；决定准备需求和最终耐用性。
涂层材料	氮化钛（TiN）、氮化锆（ZrN）、类金刚石碳（DLC）、金	汽化后在基材上形成薄的、坚硬的、装饰性的或功能性的薄膜。

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