Efektowne kolory na produktach codziennego użytku

Powłoki są stosowane w wielu dziedzinach w celu nadania wyrobom estetycznego wyglądu, na przykład w postaci żywych kolorów lub połysku, lub właściwości funkcjonalnych, takich jak zwiększona twardość lub odporność na korozję. Osadzanie fizyczne z fazy gazowej (PVD) to ważna technologia powlekania plazmowego, która polega na wyparowywaniu materiałów w próżni. Jest to jeden z najbardziej obiecujących procesów, gdyż pozwala uzyskać żywe i ozdobne wykończenie o dużej twardości i odporności na zużycie, przy minimalnym wpływie na środowisko.

Wysokie koszty i ograniczona niezawodność procesu uniemożliwiały do niedawna powszechne stosowanie go do tańszych wyrobów, takich jak materiały budowlane, części samochodowe, urządzenia elektryczne czy układy mikro- i optoelektroniczne. Finansowany ze środków UE zespół badawczy opracowuje niedrogą technologię powlekania PVD w ramach projektu "Design and develop a new generation of color PVD coatings for decorative applications" (NANO4COLOR).

Technologia opiera się na nanokompozytowych powłokach cienkowarstwowych (o grubości poniżej dwóch mikronów) o szerokiej palecie kolorów. Są one zbudowane z dielektrycznej matrycy z wbudowanymi w nią metalowymi nanoklastrami. Hybrydowa technologia obróbki pozwoli zwiększyć niezawodność oraz obniżyć koszy i toksyczne emisje. Reaktywne rozpylanie magnetronowe (RMS) łączone jest z impulsowym rozpylaniem magnetronowym dużej mocy (HIPIMS) lub z działem GCIB (Gas Cluster Ion Beams).

Naukowcy wybrali trzy zastosowania zapewniające kompatybilność z dużymi i złożonymi geometriami, przezroczyste i nieprzezroczyste kolory oraz jednorodność powłoki na dużych powierzchniach z precyzyjnymi szczegółami trójwymiarowymi. Opracowano prototyp działa GCIB i przeprowadzono symulację tworzenia nanoklastrów. Działo wykorzystano w połączeniu z dwiema pierwotnymi technologiami oraz z trzecią, łączącą RMS i wyżarzanie, uzyskując bardzo obiecujące wyniki.

Metodę uzyskiwania zindywidualizowanych kolorów przy pomocy nanokompozytów przetestowano, ustalając, że kontrolowanie wielkości i rozmieszczenia nanoklastrów daje możliwość otrzymywania podobnych kolorów za pomocą wszystkich trzech technik powlekania. Kolorowe powłoki nanokompozytowe osadzane przy pomocy działa GCIB lub technologii HIPIMS zostały kompleksowo opisane, a prototypy produktów można zobaczyć na stronie internetowej projektu.

Niedrogie, trwałe i przyjazne dla środowiska kolorowe powłoki PVD przeznaczone do wielu rożnych produktów codziennego użytku przyniosą duże korzyści producentom dekoracyjnych powłok, jak i wyrobów końcowych. Jeśli chodzi o konsumentów, mogą oni oczekiwać pojawienia się bogatej gamy pięknych metalicznych kolorów na licznych produktach.