CN109338320A - 一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及塑料镀膜技术领域，其公开了一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，包括如下工艺步骤：(1)塑料件的预处理；(2)塑料件的磁控溅射镀膜；(3)塑料件的后处理；其中，所述塑料件的预处理、塑料件的磁控溅射镀膜、塑料件的后处理均安排在同一磁控溅射真空镀膜机上进行；其中，所述磁控溅射真空镀膜机包括真空腔体，所述真空腔体中分别设置有用于对塑料件进行预热的加热装置、用于对塑料件表面进行真空等离子清洗或表面改性处理的中频离子源模块、用于对塑料件进行磁控溅射镀膜的孪生旋转磁控靶、用于进行蒸镀的蒸镀模块。本发明克服了现有塑料件表面喷涂工艺的弊端，增强了塑料件镀膜后其膜层的附着力，提高了镀膜质量。
Description
技术领域
本发明涉及塑料镀膜技术领域，具体涉及一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺。
背景技术
传统的塑料件表面喷涂工艺，大部分都会直接涉及到环保问题，另外塑料成型后的表面水气以及由于静电吸附的灰尘问题都会直接影响到膜层的质量。
因此，有必要开发出一种新的塑料件镀层工艺来解决上述问题。而离子注入技术是一大研究方向，典型的如低温磁控溅射镀膜技术(其利用磁场与电场交互作用来控制电子的定向运动，并使得电子撞击氩气产生离子，再由氩离子轰击靶材，使得靶材表面发生溅射，溅射粒子射向零件表面形成膜层)，其技术关键是要确保塑料件镀膜后其膜层的质量和附着力。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，旨在克服现有塑料件表面喷涂工艺的弊端，增强塑料件镀膜后其膜层的附着力，提高镀膜质量。具体的技术方案如下：
一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，包括如下工艺步骤：
(1)塑料件的预处理：对塑料件进行预热、然后进行等离子清洗；
(2)塑料件的磁控溅射镀膜：采用磁控溅射方法对塑料件的表面进行镀膜；
(3)塑料件的后处理：采用蒸镀方法对镀膜表面进行蒸镀处理，或者采用离子源对镀膜表面进行表面改性处理，以使得塑料件的表面最终形成一层防指纹膜；
其中，所述塑料件的预处理、塑料件的磁控溅射镀膜、塑料件的后处理均安排在同一磁控溅射真空镀膜机上进行；其中，所述磁控溅射真空镀膜机包括真空腔体，所述真空腔体中分别设置有用于对塑料件进行预热的加热装置、用于对塑料件表面进行真空等离子清洗或表面改性处理的中频离子源模块、用于对塑料件进行磁控溅射镀膜的孪生旋转磁控靶、用于进行蒸镀的蒸镀模块。
上述工艺中，通过在磁控溅射真空镀膜机上设置加热装置、中频离子源模块和蒸镀模块，使得塑料件的预处理、磁控溅射镀膜、后处理可以在同一真空腔体内依次进行，其一方面提高了生产效率，另一方面也提高了镀膜的质量。塑料件经过预热和等离子清洗，可以增强磁控溅射镀膜后其膜层与塑料件基体的结合力，且在镀膜后又进行了蒸镀处理或者表面改性处理，形成一层防指纹膜，由此进一步提高了膜的质量。
上述塑料件的等离子体清洗工艺，是采用中频离子源模块，在真空腔体的高真空条件下通入Ar气，在高电压的作用下实现把Ar气体离化成Ar离子，Ar离子在磁场的牵引下，直接轰击工件表面，把塑料表面吸附的灰尘清洗干净。
其中，所述蒸镀模块为AF蒸发源(防指纹蒸发源)模块。
本发明的所述塑料件的预处理工序中，采用加热装置对塑料件进行预热，然后采用中频离子源模块对塑料件的表面进行等离子清洗；所述塑料件的后处理工序中，采用蒸镀模块对磁控溅射镀膜后的塑料件进行镀膜处理，或者采用中频离子源模块对磁控溅射镀膜后的塑料件进行表面改性处理。
作为本发明的优选方案之一，所述真空腔体为具有筒体结构的真空腔体，所述真空腔体的筒体两端设置有封闭门，在所述真空腔体内且平行于所述筒体轴线的方向安装有所述的孪生旋转磁控靶，所述的孪生旋转磁控靶的数量有四组且沿所述筒体内壁的周向均匀分布，在位于所述的四组孪生旋转磁控靶的中间位置设置有用于定位和安装塑料件的转架系统，所述转架系统相对于所述筒体的中心轴线可转动设置，所述的四组孪生旋转磁控靶通过防污隔板相互隔开并使得所述的四组孪生旋转磁控靶分隔成四个单独的镀膜空间，所述加热装置、中频离子源模块、蒸镀模块分别设置在相邻的两个镀膜空间之间并与所述的镀膜空间相隔开。
上述技术方案中，通过在真空腔体内合理分布四组孪生旋转磁控靶、加热装置、中频离子源模块、蒸镀模块以及转架系统，实现了磁控溅射真空镀膜机的零件预热、等离子清洗、磁控溅射镀膜、蒸镀及中频离子源表面改性的多功能，其结构紧凑、生产效率高、成膜质量好。
另外，相对于常规的平面靶，本发明中的磁控溅射真空镀膜机上采用孪生旋转磁控靶，其可以提高靶材的利用率和溅射速率，而且在镀膜的稳定性和等离子体离化效果上也大大提高。
作为本发明的优选方案之二，所述的四组孪生旋转磁控靶具有不同靶材，且通过在真空腔体内部通入不同的工艺气体来实现不同的磁控反应溅射，使得塑料件的表面得到不同类型的镀膜层。
更优选的，对于所述的四个单独的镀膜空间，其每个镀膜空间设置独立的工艺气体系统，以用于实现在塑料件表面形成混合膜层。
作为本发明的优选方案之三，所述转架系统为数控转架系统，并通过数控转架系统实现镀膜位置的控制及不同位置镀膜厚度的控制。
优选的，所述数控转架系统中用于定位和安装塑料件的转架由步进电机带动旋转。
上述通过步进电机带动旋转的转架能够在镀膜过程中实时改变转架的转动速度，从而可以对膜厚进行控制，实现渐变膜厚，满足特种塑料件的镀膜要求。
作为本发明的优选方案之四，所述塑料件的预处理工序中，其塑料件的预热温度为90-100℃。
作为本发明的优选方案之五，所述真空腔体为316L不锈钢真空腔体，且所述不锈钢真空腔体在制造时其内腔先后进行抛光处理、超声波清洗处理和真空等离子清洗处理。
考虑到材料表面放气的特性，本发明中的真空腔体采用的316L不锈钢的材质，外表面拉丝抛光，内表面要求抛光至400目(相当于粗糙度Ra0.1～0.2μm)。而焊缝的要求真空腔体内侧满焊，大气测可采用间断焊方式。
上述316L不锈钢材料属于弱磁性材料，焊接后不会产生磁性，不会影响到真空腔体内部的磁力线分布。
作为本发明的优选方案之六，所述真空腔体为具有八角形筒体结构的真空腔体。孪生旋转磁控靶分别固定在两端封闭门上，方便日常维护。
上述采用八角形筒体结构的真空腔体制造较为方便，且有利于各部件与真空腔体的安装连接。
本发明中，所述的四组孪生旋转磁控靶中，相邻的两组孪生旋转磁控靶其磁场方向相反设置，使两两之间的磁力线可以联通起来，从而在工件的外围形成一个闭合的磁路，防止等离体流失从而增强了工件表面的等离子体的浓度，从而提高了膜层的致密度和结合力。
本发明中，所述磁控溅射真空镀膜机还包括工艺气体系统、冷却水循环系统、真空抽气系统、控制系统。
作为对本发明的进一步改进，在塑料件预处理前还可以设置前处理工序，所述前处理工序包括超声波清洗及烘干处理。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，通过在磁控溅射真空镀膜机上设置加热装置、中频离子源模块和蒸镀模块，使得塑料件的预处理、磁控溅射镀膜、后处理可以在同一真空腔体内依次进行，其一方面提高了生产效率，另一方面也提高了镀膜的质量。塑料件经过预热和等离子清洗，可以增强磁控溅射镀膜后其膜层与塑料件基体的结合力，且在镀膜后又进行了蒸镀处理或者表面改性处理，形成一层防指纹膜，由此进一步提高了膜的质量。
第二，本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，通过在真空腔体内合理分布四组孪生旋转磁控靶、加热装置、中频离子源模块、蒸镀模块以及转架系统，实现了磁控溅射真空镀膜机的零件预热、等离子清洗、磁控溅射镀膜、蒸镀及中频离子源表面改性的多功能，其结构紧凑、生产效率高、成膜质量好。
第三，本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，相对于常规的平面靶，本发明中的磁控溅射真空镀膜机上采用孪生旋转磁控靶，其可以提高靶材的利用率和溅射速率，而且在镀膜的稳定性和等离子体离化效果上也大大提高。
第四，本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，设置有四个单独的镀膜空间，每个镀膜空间设置独立的工艺气体系统可以实现在塑料件表面形成混合膜层。
第五，本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，采用数控转架，其通过步进电机带动旋转的转架能够在镀膜过程中实时改变转架的转动速度，从而可以对膜厚进行控制，实现渐变膜厚，满足特种塑料件的镀膜要求。
第六，本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，采用八角形筒体结构的真空腔体制造较为方便，且有利于各部件与真空腔体的安装连接。
第七，本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，所述的四组孪生旋转磁控靶中，相邻的两组孪生旋转磁控靶其磁场方向相反设置，使两两之间的磁力线可以联通起来，从而在工件的外围形成一个闭合的磁路，防止等离体流失从而增强了工件表面的等离子体的浓度，从而提高了膜层的致密度和结合力。
附图说明
图1是本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺的工艺流程图；
图2是图1中的磁控溅射真空镀膜机的主体结构示意图。
图中：1、真空腔体，2、加热装置，3、中频离子源模块，4、孪生旋转磁控靶，5、蒸镀模块，6、转架系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至2所示为本发明的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺的实施例，包括如下工艺步骤：
(1)塑料件的预处理：对塑料件进行预热、然后进行等离子清洗；
(2)塑料件的磁控溅射镀膜：采用磁控溅射方法对塑料件的表面进行镀膜；
(3)塑料件的后处理：采用蒸镀方法对镀膜表面进行蒸镀处理，或者采用离子源对镀膜表面进行表面改性处理，以使得塑料件的表面最终形成一层防指纹膜；
其中，所述塑料件的预处理、塑料件的磁控溅射镀膜、塑料件的后处理均安排在同一磁控溅射真空镀膜机上进行；其中，所述磁控溅射真空镀膜机包括真空腔体1，所述真空腔体1中分别设置有用于对塑料件进行预热的加热装置2、用于对塑料件表面进行真空等离子清洗或表面改性处理的中频离子源模块3、用于对塑料件进行磁控溅射镀膜的孪生旋转磁控靶4、用于进行蒸镀的蒸镀模块5。
上述工艺中，通过在磁控溅射真空镀膜机上设置加热装置2、中频离子源模块3和蒸镀模块5，使得塑料件的预处理、磁控溅射镀膜、后处理可以在同一真空腔体1内依次进行，其一方面提高了生产效率，另一方面也提高了镀膜的质量。塑料件经过预热和等离子清洗，可以增强磁控溅射镀膜后其膜层与塑料件基体的结合力，且在镀膜后又进行了蒸镀处理或者表面改性处理，形成一层防指纹膜，由此进一步提高了膜的质量。
上述塑料件的等离子体清洗工艺，是采用中频离子源模块3，在真空腔体1的高真空条件下通入Ar气，在高电压的作用下实现把Ar气体离化成Ar离子，Ar离子在磁场的牵引下，直接轰击工件表面，把塑料表面吸附的灰尘清洗干净。
其中，所述蒸镀模块5为AF蒸发源(防指纹蒸发源)模块。
本实施例的所述塑料件的预处理工序中，采用加热装置2对塑料件进行预热，然后采用中频离子源模块3对塑料件的表面进行等离子清洗；所述塑料件的后处理工序中，采用蒸镀模块5对磁控溅射镀膜后的塑料件进行镀膜处理，或者采用中频离子源模块3对磁控溅射镀膜后的塑料件进行表面改性处理。
作为本实施例的优选方案之一，所述真空腔体1为具有筒体结构的真空腔体，所述真空腔体1的筒体两端设置有封闭门，在所述真空腔体1内且平行于所述筒体轴线的方向安装有所述的孪生旋转磁控靶4，所述的孪生旋转磁控靶4的数量有四组且沿所述筒体内壁的周向均匀分布，在位于所述的四组孪生旋转磁控靶4的中间位置设置有用于定位和安装塑料件的转架系统6，所述转架系统6相对于所述筒体的中心轴线可转动设置，所述的四组孪生旋转磁控靶4通过防污隔板相互隔开并使得所述的四组孪生旋转磁控靶4分隔成四个单独的镀膜空间，所述加热装置2、中频离子源模块3、蒸镀模块5分别设置在相邻的两个镀膜空间之间并与所述的镀膜空间相隔开。
上述技术方案中，通过在真空腔体1内合理分布四组孪生旋转磁控靶4、加热装置2、中频离子源模块3、蒸镀模块5以及转架系统6，实现了磁控溅射真空镀膜机的零件预热、等离子清洗、磁控溅射镀膜、蒸镀及中频离子源表面改性的多功能，其结构紧凑、生产效率高、成膜质量好。
另外，相对于常规的平面靶，本实施例中的磁控溅射真空镀膜机上采用孪生旋转磁控靶4，其可以提高靶材的利用率和溅射速率，而且在镀膜的稳定性和等离子体离化效果上也大大提高。
作为本实施例的优选方案之二，所述的四组孪生旋转磁控靶4具有不同靶材，且通过在真空腔体1内部通入不同的工艺气体来实现不同的磁控反应溅射，使得塑料件的表面得到不同类型的镀膜层。
更优选的，对于所述的四个单独的镀膜空间，其每个镀膜空间设置独立的工艺气体系统，以用于实现在塑料件表面形成混合膜层。
作为本实施例的优选方案之三，所述转架系统6为数控转架系统，并通过数控转架系统实现镀膜位置的控制及不同位置镀膜厚度的控制。
优选的，所述数控转架系统6中用于定位和安装塑料件的转架由步进电机带动旋转。
上述通过步进电机带动旋转的转架能够在镀膜过程中实时改变转架的转动速度，从而可以对膜厚进行控制，实现渐变膜厚，满足特种塑料件的镀膜要求。
作为本实施例的优选方案之四，所述塑料件的预处理工序中，其塑料件的预热温度为90-100℃。
作为本实施例的优选方案之五，所述真空腔体1为316L不锈钢真空腔体，且所述不锈钢真空腔体1在制造时其内腔先后进行抛光处理、超声波清洗处理和真空等离子清洗处理。
考虑到材料表面放气的特性，本实施例中的真空腔体1采用的316L不锈钢的材质，外表面拉丝抛光，内表面要求抛光至400目(相当于粗糙度Ra0.1～0.2μm)。而焊缝则要求真空腔体内侧满焊，大气测可采用间断焊方式。
上述316L不锈钢材料属于弱磁性材料，焊接后不会产生磁性，不会影响到真空腔体1内部的磁力线分布。
作为本实施例的优选方案之六，所述真空腔体1为具有八角形筒体结构的真空腔体。孪生旋转磁控靶4分别固定在两端封闭门上，方便日常维护。
上述采用八角形筒体结构的真空腔体制造较为方便，且有利于各部件与真空腔体的安装连接。
本实施例中，所述的四组孪生旋转磁控靶4中，相邻的两组孪生旋转磁控靶4其磁场方向相反设置，使两两之间的磁力线可以联通起来，从而在工件的外围形成一个闭合的磁路，防止等离体流失从而增强了工件表面的等离子体的浓度，从而提高了膜层的致密度和结合力。
本实施例中，所述磁控溅射真空镀膜机还包括工艺气体系统、冷却水循环系统、真空抽气系统、控制系统。
作为对本实施例的进一步改进，在塑料件预处理前还可以设置前处理工序，所述前处理工序包括超声波清洗及烘干处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)塑料件的预处理：对塑料件进行预热、然后进行等离子清洗；
(2)塑料件的磁控溅射镀膜：采用磁控溅射方法对塑料件的表面进行镀膜；
(3)塑料件的后处理：采用蒸镀方法对镀膜表面进行蒸镀处理，或者采用离子源对镀膜表面进行表面改性处理，以使得塑料件的表面最终形成一层防指纹膜；
其中，所述塑料件的预处理、塑料件的磁控溅射镀膜、塑料件的后处理均安排在同一磁控溅射真空镀膜机上进行；其中，所述磁控溅射真空镀膜机包括真空腔体，所述真空腔体中分别设置有用于对塑料件进行预热的加热装置、用于对塑料件表面进行真空等离子清洗或表面改性处理的中频离子源模块、用于对塑料件进行磁控溅射镀膜的孪生旋转磁控靶、用于进行蒸镀的蒸镀模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，所述蒸镀模块为AF蒸发源模块。
3.根据权利要求1所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，所述塑料件的预处理工序中，采用加热装置对塑料件进行预热，然后采用中频离子源模块对塑料件的表面进行等离子清洗；所述塑料件的后处理工序中，采用蒸镀模块对磁控溅射镀膜后的塑料件进行镀膜处理，或者采用中频离子源模块对磁控溅射镀膜后的塑料件进行表面改性处理。
4.根据权利要求1所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，所述真空腔体为具有筒体结构的真空腔体，所述真空腔体的筒体两端设置有封闭门，在所述真空腔体内且平行于所述筒体轴线的方向安装有所述的孪生旋转磁控靶，所述的孪生旋转磁控靶的数量有四组且沿所述筒体内壁的周向均匀分布，在位于所述的四组孪生旋转磁控靶的中间位置设置有用于定位和安装塑料件的转架系统，所述转架系统相对于所述筒体的中心轴线可转动设置，所述的四组孪生旋转磁控靶通过防污隔板相互隔开并使得所述的四组孪生旋转磁控靶分隔成四个单独的镀膜空间，所述加热装置、中频离子源模块、蒸镀模块分别设置在相邻的两个镀膜空间之间并与所述的镀膜空间相隔开。
5.根据权利要求4所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，所述的四组孪生旋转磁控靶具有不同靶材，且通过在真空腔体内部通入不同的工艺气体来实现不同的磁控反应溅射，使得塑料件的表面得到不同类型的镀膜层。
6.根据权利要求5所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，对于所述的四个单独的镀膜空间，其每个镀膜空间设置独立的工艺气体系统，以用于实现在塑料件表面形成混合膜层。
7.根据权利要求4所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，所述转架系统为数控转架系统，并通过数控转架系统实现镀膜位置的控制及不同位置镀膜厚度的控制。
8.根据权利要求1所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，所述塑料件的预处理工序中，其塑料件的预热温度为90-100℃。
9.根据权利要求1所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，所述真空腔体为316L不锈钢真空腔体，且所述不锈钢真空腔体在制造时其内腔先后进行抛光处理、超声波清洗处理和真空等离子清洗处理。
10.根据权利要求8所述的一种用于塑料件表面磁控溅射镀膜的工艺，其特征在于，所述真空腔体为具有八角形筒体结构的真空腔体。
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