简而言之，PVD（物理气相沉积）是一个过程，而不是单一的材料。它可以将各种涂层材料——最常见的是金属和陶瓷，如钛、金和氮化钛——应用于同样多种多样的基底材料上，这些基底材料被称为衬底，包括不锈钢、塑料和玻璃。关键在于材料必须与高真空环境兼容。
关键的见解是，PVD是一种多功能的表面处理工艺，它将所选涂层材料的薄膜键合到衬底上。产品的最终性能完全取决于涂层材料和底层衬底的战略组合。
两个关键组成部分：衬底和涂层
要了解PVD中使用的材料，必须区分被涂覆的物体（衬底）和被施加的材料（涂层）。
衬底：可以涂覆什么？
衬底是接收涂层的部件或组件。可以使用各种各样的材料作为衬底。
常见的例子包括不锈钢、工具钢、钛、铝、锌和黄铜。甚至像ABS塑料和玻璃这样的非金属材料也可以有效地进行涂覆。
最重要的一项要求是衬底必须是真空兼容的。这意味着它在真空中不能释放气体，否则会干扰涂层过程。某些材料可能需要特殊的预处理，例如镍铬电镀层，以确保适当的附着力。
涂层材料：施加什么？
涂层材料，通常称为“靶材”，是被汽化并沉积到衬底上的材料。材料的选择决定了饰面的最终特性。
金属经常被使用，例如钛、金和铜。例如，“金色PVD”饰面可以使用真正的18K或24K金来实现，也可以使用成本较低的材料（如黄铜）来模拟颜色。
陶瓷也非常常见，特别是用于提高耐用性。氮化钛 (TiN) 是一个经典的例子，以其金色和卓越的硬度而闻名。其他流行的陶瓷包括氮化铬 (CrN) 和氮化铝钛 (AlTiN)。
材料选择如何决定结果
PVD的主要目标是将涂层材料的理想特性赋予衬底表面。
实现增强的耐用性和硬度
坚硬的陶瓷涂层是PVD的主要应用。它们极大地提高了零件的表面硬度和耐磨性。
例如，将氮化钛 (TiN) 涂层应用于钛合金零件上，可以提高其疲劳极限20%以上。这对于高性能工具、医疗植入物和航空航天部件来说是无价的。
提高耐腐蚀性和抗氧化性
PVD在衬底表面形成致密、无孔的屏障，使其具有很高的耐腐蚀、抗氧化和抗化学侵蚀能力。
由于涂层在分子水平上改变了表面，它比传统的油漆或电镀提供了更强大的保护，后者可能会剥落或碎裂。
创造特定的美学饰面
PVD广泛用于创造持久且一致的装饰性饰面。可以使用各种金属和化合物来产生一系列颜色，从黑色和石墨色到金色、玫瑰金和青铜色。
这常见于手表、水龙头和建筑五金件上，这些部件的饰面既要美观，又要能承受日常使用。
了解权衡和局限性
尽管PVD功能强大，但并非没有限制。了解这些对于成功实施至关重要。
视线范围内的应用
PVD是一个“视线范围”的过程，这意味着汽化的涂层材料以直线传播到衬底上。这使得在具有复杂内部几何形状或深而窄孔的零件上实现均匀涂层变得具有挑战性。
表面预处理的关键作用
PVD涂层的成功在很大程度上取决于衬底的清洁度和准备情况。任何表面污染——如油污、氧化物或灰尘——都会阻碍适当的附着力并导致涂层失效。
薄度与抗冲击性
PVD涂层非常薄，通常在0.5到5微米之间。虽然涂层非常坚硬，但它依赖于其下衬底的支撑。可能导致较软衬底凹陷或变形的显著冲击可能会导致坚硬的涂层破裂或失效。
为您的目标选择合适的PVD材料
您的涂层材料选择应直接由您对产品的首要目标驱动。
- 如果您的首要重点是极端的耐用性和耐磨性： 选择坚硬的陶瓷涂层，如氮化钛 (TiN)、氮化铬 (CrN) 或氮化铝钛 (AlTiN)。
- 如果您的首要重点是特定的装饰颜色： 从一系列以其美学特性而闻名的金属和化合物中进行选择，例如金、氮化锆（用于黄铜色）或碳化钛（用于黑色饰面）。
- 如果您的首要重点是在恶劣环境下的耐腐蚀性： 使用稳定的、非反应性的材料，如钛或铬作为涂层的基础。
最终，选择PVD材料是一个工程决策，需要在性能、美学和成本之间取得平衡，以实现您的特定设计意图。
总结表：
| 目标 | 推荐的PVD涂层材料 |
|---|---|
| 极端的耐用性和耐磨性 | 氮化钛 (TiN)、氮化铬 (CrN)、氮化铝钛 (AlTiN) |
| 装饰颜色（例如，金色、黑色） | 金、氮化锆、碳化钛 |
| 耐腐蚀性和抗氧化性 | 钛、铬 |
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