一、前言

物理气相沉积(PVD) 是一种保护性涂层在工业应用广泛使用的技术，此项技术在时尚奢华等领域中开始受到瞩目，因为电镀技术会产生有毒重金属等物质，近年环保意识抬头开始受到欧盟的规范限制，因此希望透过PVD技术可逐渐取代危险和有毒的电镀工艺。

然而目前PVD涂层技术还无法完全取代电镀工艺，因为攸关被镀材料及成本问题，因此现今常常将这两种技术结合使用，以提供更广泛的颜色和多样化的产品使PVD成为装饰领域主要关关注点。 PVD 是一种真空的技术，透过膜层设计将材料沉积到基材上，常用于装饰、生医、刀工具、半导体等产业应用，这些涂层主要功用可以增加硬度、耐磨性和耐腐蚀等性能来提升基材的寿命，而镀膜只是流程中的一个步骤，这些步骤包括前处理清洁、加热、镀膜、冷却，因此整个流程中每一个环节都决定了涂层的整体品质。

二、PVD技术    

PVD 是一种真空的技术，透过膜层设计将材料沉积到基材上，常用于装饰、生医、刀工具、半导体等产业应用，这些涂层主要功用可以增加硬度、耐磨性和耐腐蚀等性能来提升基材的寿命，而镀膜只是流程中的一个步骤，这些步骤包括前处理清洁、加热、镀膜、冷却，因此整个流程中每一个环节都决定了涂层的整体品质。

•  蒸镀

弧阴极电弧是使用高电流、低电压电弧将靶材汽化使材料沉积到基材上，在沉积前和沉积过程中基材会受到高能离子的轰击，这可以增加涂层的密度，限制生长过程中的缺陷使涂层各方面性能更好。

•  溅镀

溅镀技术有多种技术，常见有直流磁控溅镀、脉冲直流磁控溅镀、高功率脉冲磁控溅镀，脉冲直流磁控溅镀是可以提高薄膜质量减少电弧并提高靶材利用率，高功率脉冲磁控溅镀是在极短时间产生高密度电浆，与传统的直流或脉冲相比，该技术已被证明可产生具有更好附着力、致密度和更高品质的薄膜。

•  PVD+电镀

PVD可以在金属，塑胶或陶瓷等多种材料沉积，但在装饰领域PVD 涂层可能无法提供足够的耐腐蚀保护，因此常将电镀和PVD 涂层两种技术结合，PVD 涂层通常具有高硬度、耐磨及广泛颜色选择等优点，但PVD 涂层的延展性较低在某些基材下会导致涂层剥落，而电镀有良好延展性适合软金属基材，因此现今许多产品使用PVD 和电镀结合可以为装饰涂层提供独特的优势，并增强了涂层的耐用性。

三、涂层材料

•  钛基涂层

装饰性钛基涂料因其生物相容性、颜色多样性、较低成本效益在业界得到了广泛应用，其中钛基涂层最常见是TiN涂层透过氮气流量决定了涂层的颜色而常见生产为亮金色，也可以使用乙炔作为反应气体，镀制成黑色涂层的DLC，此外另一种应用于装饰的材料是加入氮气或氧气，透过改变涂层厚度可以镀制多种颜色效果如图一。

图一、钛基涂层颜色

•  铬基涂层

铬基涂层拥有高耐磨性、硬度和耐腐蚀性，因此在航太、汽车和医疗等多个行业得到了广泛应用，铬基涂层提供了多种颜色选择从亮银色到灰色，这些颜色可以透过不同沉积条件来控制，PVD铬基涂层可作为电镀铬的替代品，因电镀铬溶液会有六价铬这是一种已知的人类致癌物，因此欧盟对其使用已施加严格限制。

•  锆基涂层

锆基涂层用于装饰应用最著名是ZrN涂层，因其也类似有金色效果与TiN相比它可以提供更高的亮度金色，而PVD锆基涂层可以提供颜色从黄色到从棕色与钛基涂层效果类似因此常有两种涂层的性能比较，如锆基涂层与钛基相比具有更优异的耐腐蚀性能进而受到市场青睐。

四、涂层测试

•  厚度量测

在装饰产业中PVD 涂层的厚度测定是最常见的分析，厚度会影响涂层耐磨性、耐腐蚀性等性能因此厚度的重要性更为突出，常见分析技术有球磨法，透过马达的旋转轴带动钢球磨擦表面同时将钻石膏涂在接触区域，球体旋转会使涂层磨损出凹坑如图二，另一种方法为薄膜厚度轮廓测，主要是利用尖头探针去扫描物体表面，藉由表面轮廓可得知样品之高低起伏并显示相对高度图再经计算可得知涂层厚度。

图二、球磨厚度量测计算

•  机械性质(附着力)

涂层的耐磨性和耐用性相当重要，因为这些特性会影响涂层的外观和使用寿命，装饰性PVD 涂层需要通透过硬度和附着力测试进行评估，硬度可透过微小维克式量测，涂层附着力常使用为百格试验，使用方法在样品上划10刀转90度再以同样条件划10刀后使用胶带确实的黏贴于百格上，并快速的撕下胶带观查百格以及胶带的情况以判定涂层附着力，最佳附着力为5B如图三。

图三、百格测试规范

•  颜色量测

颜色量测是PVD装饰涂层中重要量测之一，因此为了避免与客户之间的争议所以必须有一个标准化和定量的方法来定义并分类颜色，而颜色透过Lab 值达到客户所要求颜色，其中a*值表示颜色从绿色(-a*)到红色(+a*)之间变化，L*代表着明度，从亮(L*=100)到暗(L*=0)之间变化如图四，一般色差ΔE ≥ 3 时人眼已经可以观察到两个产品之间的差异。

图四、CIELAB色彩空间

•  腐蚀测试

抗腐蚀性能主要会决定装饰产品的使用寿命，为了满足客户生产的产品因此会透过人工模拟环境试验并经过各种测试模拟加速产品的使用环境，例如浴室的潮湿条件对于卫浴五金产品影响，因此在装饰业中常用腐蚀测试为盐雾测试可分为中性盐雾试验、醋酸盐雾试验和铜加速醋酸盐雾试验，而使用盐雾试验会对物体的保护层造成损害，使其失去装饰性与保护性，所以透过试验时间可大约换算实际在自然暴露环境天数做为测试参考依据。

[1] ŁĘPICKA, Magdalena; GRĄDZKA-DAHLKE, Małgorzata. The initial evaluation of performance of hard anti-wear coatings deposited on metallic substrates: thickness, mechanical properties and adhesion measurements–a brief review. Reviews on Advanced Materials Science, 2019, 58.1: 50-65.

[2] VOROBYOVA, Mariya, et al. PVD for Decorative Applications: A Review. Materials, 2023, 16.14: 4919.

[3] https://www.saidaglass.com/

[4] https://www.linshangtech.com/tech/lab-color-model-color-meter-tech1432.html