离子镀装饰发朦缺陷现象与成因及对策浅析
袁镇海
(广州有色金属研究院, 广州510651)
摘 要：离子镀装饰膜生产在镀层表面局部经常出现一层浅白色似云雾状物，称为发朦或朦
白。这种缺陷是镀层表面存在密集分布的小颗粒对光漫反射干扰了原表面有规律的反射光所至，
实际是一种对光的视觉。本文讨论了各种发朦的现象和成因，探讨了改善发朦的相应对策。
关键词：离子镀; 装饰镀；缺陷；成因；对策
1 前 言
离子镀装饰膜镀膜生产经常出现表面“发朦”的缺陷，在白光下目视镀层局部表面出现一层
浅白色云雾状物。“朦白”现象在镀银白色膜、黑色膜、金色膜时都会出现。镀TiC、CrC 黑膜
会出现，甚至用石墨靶镀黑膜也会出现。发朦缺陷降低了镀层光亮度，甚至掩蓋了镀层原来色调，
成为不良品。特别对于要求严格的高端装饰膜发朦缺陷占了不良品较大比例，探讨发朦的成因和研究克服发朦的对策都有重要意义。
2 装饰膜发朦的现象
2.1 肉眼观察
在日光灯白光照射下，肉眼观察在产品镀层表面一些区城呈现似浮正镀层上面有白色云雾状
物，掩盖住镀层，这种缺陷看似镀层发朦且显暗白色，故有人称为〝朦白〞缺陷。肉眼观蔡可看
到两种发朦表象，一类朦白较为白亮，有点刺眼（图1）。另一类较为淡白，比较柔和（图2）。
这两类朦白缺陷各有特点应该找出各自的成因。2.2 阴极电弧沉积的镀层发朦
阴极电弧沉积的镀层发朦区的显微形貌见图3。在镀层中看到大小不一的密集分布的小凸丘，
这是电弧斑发射时等离子体挟带飞溅出来的靶材金属液滴在镀层凝固成的〝宏观颗粒〞所形成。
这种密集的小凸丘在白光照射观察呈“朦白”。
2.3 磁控溅射沉积的镀层发朦
磁控溅射沉积的镀层也会发朦，见图4。镀层一些区域存在密集分布大量小颗粒，肉眼观察
看到一片较刺眼的朦白。2.4 基体或镀层微米尺度以下密集颗粒粗糙发朦
镀层形貌特征如图5，基体上都是微米尺度以下的密集颗粒群，肉眼观察如图2 所显示的柔
和淡弱的朦白缺陷。2.5 基体清洗不干净和镀膜时各种杂气渗水等污染导致镀层发朦
这些污染物破坏了纯净的镀膜气氛和反应成膜的条件，降低了镀层平整度和光亮度至朦。3 发朦的视觉原因
日光灯的光照射到膜层上，在平整的镀层表面呈规则镜面反射（因5 a），除看到光亮的表面
反射光（这是对光源光的反射）外，还看到镀层的颜色，颜色是入射光进入镀层若干原子层后被
镀层材料选择性吸收后反射回来的光。如果纯镜面反射是看不到发朦的。如果镀层不平整存在小
颗粒，入射光打到颗粒上，因为颗粒表面可以看成是由许多不同角度的小平面组成的立体球面，
它们不在一个平面上，光的入射在各小平面也呈规则反射，其结果光向空间各方向反射而成全漫
反射状态，如图5b。在光滑镀层上若只有少数儿个颗粒，其漫反射光很弱，被周围较强烈的镜面
反射光所掩盖，也看不到发朦，若在镀层上存在大量密集分布的小颗粒，漫反射光大大增强，而
附近镜面反射光大大削弱，镜面反射光被淹没了，因而在此缺陷区上方呈一片白色漫反射光，形
成了朦白的视觉效果。图5 表示物体表面对光反射三种情况，镀层发朦的情况就像图c，即镜面
反射与漫反射同时存在，以漫反射为主。“朦白”是由于镀层上存在大量密集的小颗粒对照射光
的漫反射造成的，它呈淡白色是反射日光灯光源的颜色。
4 发朦缺陷成因的探索
通过对一些发朦缺陷分析初步归纳：
4.1 电弧沉积喷溅液滴积累至朦
与电弧发射机制相关的从电弧斑微溶池发射等离子体时抛射出来的靶材熔滴，沉积镀层时冷
凝形成小凸丘，生成〝宏观颗粒〞缺陷，〝宏观颗粒〞大量密集就呈现发朦。减少或消除宏观颗
粒就可消除发朦。
减少或消除宏观颗粒的方法有：
采用弯管磁过滤技术能较沏底消除〝宏观颗粒〞，但生产效率降低至原来的八分之一，成本
高，不方便推广。但其他方法都不能沏底消除〝宏观颗粒〞。
采用直线磁过滤器，利用磁透镜作用压缩等离子体流，增强熔滴与等离子体作用，促使溶滴汽化，有可能减少熔滴的大小和数量。这技术相对成本较低，有一定效果，但不能沏底消除〝宏
观颗粒〞，也降低一些沉积速率。
大多数厂家在电弧等离子体流飞行途中加挡板拦截熔滴，这种遮挡技术可以减少部分〝宏观
颗粒〞，是低成本的较有效方法。挡板有多种形式，根据不同电弧结构有不同效果，但都以降低
沉积速率为代价。
电弧沉积的宏观颗粒数量是随沉积时间延长而积累增加的，因为许多颗粒尺度比镀层厚度都
大，故在镀层表面大都会显露出来的；因此缩短沉积时间其〝宏观颗粒〞数量相对会减少，以往
经验一般0.3 微米以下TiN 镀层厚还不至于发朦。控制电弧沉积时间是关键。当前离子镀高挡装
饰膜只利用电弧镀作离子清洗和打底过渡层，沉积时间很短，就是避免发朦。
4.2 磁控溅射沉积时靶材碎片或打弧产物飞溅至朦
磁控溅射正常情况不应当有大颗粒飞溅，但溅射Cr 靶时会出现发朦现象。电镜镀层表面形貌可以看到成簇密集分布大小不一的颗粒状物，如上图2，能谱成分分析表明颗粒成分为富Cr相或接近镀层成分，这些颗粒从哪几来？从用过的平面Cr 靶上可找到答案。见图7 和图8，在Cr 靶面上正常刻蚀区表面比较平滑，但在刻蚀的边沿区发现许多树技状烧蚀沟，有的还有残留黑色镀层，这显示溅射沉积时靶面刻蚀区边沿处也沉积有黑色Cr 的介质膜，由于电荷积累被击穿闪弧，烧衫沟是留下打弧的痕迹。显然打弧机理不同溅射机理，打弧瞬间产生大量焦耳热把靶材高速熔化并向空间喷溅，如此多的烧蚀沟对应着大量的液滴喷溅，于是在镀层表面形成大量大小不一密集分布的颗粒群。Cr 靶是粉末冶金产品，是多孔性制品，闪弧时气孔内的气体突然膨胀，也会冲破靶材的表皮，故容易引起颗粒飞溅。因此提高靶材致密度会有好处。镀层上的〝喷迹〞缺陷(图8)也是溅射靶材喷溅一种现象，镀层缺陷显微形貌可见成簇颗粒呈慧星状分布，见图9，慧星头部分颗粒分布密集，尾部颗粒分布散开变稀疏，似拖尾，能谱分沟颗粒成分同靶材成分，说明是从靶材喷发出来的。由于喷发量先多后少和工件在转动的原因，故呈现慧星状分布。
4.3 炉内飞溅颗粒状物密集附着至朦
除了靶材有飞溅物外，沉积过程中炉内的发热管、炉壁衬板、工件吊挂具等部件都会沉积上
镀层，这些镀层镀不牢，经过若干炉次沉积层加厚，在热胀冷缩作用下这些残留镀层会爆裂弹向
空间，会飞向工件并附在其上，这些碎片也会产生形状不规则的、尺寸大小不一的、且大多大于
几微米的、成簇密集分布的颗粒状物，这些密集成簇分布的飞溅物，对光的漫反射产生相对较強
烈刺眼的朦白。这些炉内飞溅物成分多与所镀镀层成分接近，非基体成分。这些飞溅物可采用抛
光去除而消除发朦。
4.4 基体表面微细颗粒状粗糙至朦
这种朦白较柔和，不如前述那种朦白强烈刺眼，见图2。 起初怀疑是基体清洗不干净所至，
为此专门设计试验验证。选取不锈钢片样品，洗清后观察基体就有柔和朦白，在其上直接镀膜，
镀后镀层仍然朦白。两种试样都进行能谱成分析和电镜形貌观察，发现清洗后基片并无污染物，
只是不锈钢成份。镀后试片也只是不锈钢与镀层成分，也无污染物。通过高倍观察发现基片基体
呈现连遍密集分布小于微米尺度的细小颗粒，见图10 是不锈钢基体微细粗糙迹象，正是这种微
细粗糙度引起对光漫反射，导致柔和的朦白。在此基体上镀膜由于沉积粒子随机性，镀层仍然呈
现微米尺度的小颗粒密集分布，且凹凸更显注，看到更粗糙，见图11。镀层仍然显现较柔和朦白，这些细微粗糙都可以采用适当的擦拭抛光得到改善，从而可以消除这些朦白缺陷。4.5 镀层不致密粗糙至朦
磁控溅射镀膜时间长了镀层也会发朦，一方面镀膜过程镀层接受炉内散落污染物的机会多
了，致使膜层不平整；另方面溅射粒子或反应物沉积成膜，其晶粒经长时间生长，会受到不稳定
工艺影响，镀层可能出现不致密，特别在顶层出现不平整，这也会引起对光的漫反射而至朦。溅
射镀膜时间长度应适当控制以减少发朦。
另外，过度的离子轰击会引起表面过于粗化与生成太多表面缺陷，这些都可能导致镀层“发
朦”。
4.6 杂气渗水至朦
系统有渗漏情况时往往整炉工件发朦。这种发朦不是密集小颗粒的漫反射所至，而是镀层光
亮度下降和颜色发暗不鲜艳。渗漏物质就是杂气和水，镀膜过程中混入杂气和水，分解产物主要
有氧、氮等，致使反应气体不纯，且混入浓度气规律性，导致反应产品变化无常，从能带理论而
论，杂质混入增加了缺陷能级，即增加了选择性吸收能级数，吸收了大量光子而导致镀层发暗。
必须确保系统无杂气和水渗漏情况下镀膜。
特别要注意：曾经通入过碳氢气体的镀膜室，可能仍然存在游离碳的污染，在转镀新的膜系时，碳也是潜在的杂质污染源，会导致镀层发暗发朦。
4.7 残留污染物至朦
工件清洗不干净可能带入污染物，颗粒状污染物导致镀层不平整，会出现小凸起或凹坑（颗
粒脱落），这类污染物会导致对光漫反射发朦；其他杂污染物会分解挥发的话，会污染反应气氛，
则会产生同上节一样的导致镀层颜色不正和发暗。5 结 语
1.镀层表面存在密集分布的小颗粒对光漫反射，破坏了原来镀层对光的正常反射导致发朦视
觉效果，淡白色是对入射光源日光灯白光的漫反射，微米级以上较大颗粒群呈现较强的刺眼的朦
白，微米级以下颗粒群或细微粗糙表面呈现较柔弱朦白。
2.系统有杂气和水的渗漏，污染了镀膜气氛和破坏了镀膜工艺条件，基体清洗不干净残留污
染物影响镀膜环境，致使镀层颜色不正，镀层不致密，光亮度降低而发暗
3.电弧沉积产生的熔滴，磁控溅射靶材打弧产生靶材烧熔物和爆裂碎片，熔内部件残留镀层
因热涨冷缩、振动引起破裂飞溅等，都是镀层上引起发朦缺陷的颗粒群的来源。设法减少这些颗
粒来源可以改善发朦缺陷
4.基体表面抛光不到位或过超声清洗过于猛烈导致基体粗化；离子轰击过度镀层表面破打
毛；镀膜工艺不当致镀层不致密等致使表面存在细微粗糙，导致发朦。需改善工艺。
5.朦白是离子镀装饰膜中常见的缺陷之一，其成因复杂，还需深入研究，找出相应更有效对
策，全面彻底克服发朦缺陷，提高镀层质量。
