目前應用于縫制機械的新材料很多，比如多元填充高分子材料、陶瓷、金屬鈦、特氟龍、低溫液態(tài)化油脂等。而陶瓷、金剛石粉、鈦合金、多元填充高分子材料等特種材料的涂覆工藝也在不斷改進并且越來越多地應用于縫制機械中。

鍍膜，是應用新的材料及新的涂覆工藝較多的一道工序。已經有不少高速自動化縫紉機的零部件在鍍膜時采用了新膜層材料和新鍍膜方式。我們知道，鍍膜涉及兩項基本內容，一是鍍膜的技術與方法，二是所鍍膜層的材料。不同的鍍膜方式，所達到的鍍膜效果不同，膜層的性能發(fā)揮情況也隨之有差異，而采用不同的鍍層材料也有不同的性能表現(xiàn)。

1 不同的鍍膜技術

在微觀環(huán)境下看，鍍膜就是將一些物質（反應物）的分子、原子或者離子通過一定的方式被分解出來在其所具有的能量作用下涂覆（沉積）在需要鍍膜的工件（基體）上。鍍膜時，要考慮膜層、工件材料的物理或化學性質，選擇合適的鍍膜方法將膜層緊緊地附著于工件上并且要產生好的性能效果。

真空鍍膜技術就是在真空環(huán)境下，通過化學、物理方式將反應物或者靶材沉積到基體上的薄膜氣相沉積技術。鍍膜通常需要在干凈、純粹的真空環(huán)境下進行，既為了避免污染（減少成膜過程中氣體分子進入薄膜中成為雜質的量），也在于膜層材料的分子、原子化學性活躍，在常溫常態(tài)下容易出現(xiàn)問題（比如分子間的碰撞、氧化反應）。

根據反應方式分，真空鍍膜技術有PVD（物理氣相沉積）、CVD（化學氣相沉積）以及FCVA等。

1.1 PVD

PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理氣相沉積）的縮寫，是指在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物質及其反應產物沉積在工件上。PVD鍍膜技術主要分真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜三類。

真空蒸發(fā)鍍膜是通過加熱蒸發(fā)某種物質（比如金屬、化合物等）使其原子或分子以冷凝方式沉積在作為基體的固體表面；濺射鍍膜是用高能粒子轟擊固體表面時能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基體上；離子鍍膜是蒸發(fā)物質的分子被電子碰撞電離后以離子沉積在固體表面，是真空蒸發(fā)與陰極濺射技術的結合。

1.2 CVD

CVD是Chemical Vapor Deposition（化學氣相沉積）的縮寫，很多反應物質在通常條件下是液態(tài)或固態(tài)，經過汽化成蒸汽再參與反應，通常是通過化學反應的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，在反應器內使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質在氣相或氣固界面上經化學反應形成固態(tài)沉積物。

CVD是現(xiàn)代半導體工業(yè)中應用的用來沉積多種材料的技術，包括大范圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。

近年來，等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD）發(fā)展起來，zui早也是用于半導體材料的加工，將沉積溫度從1000℃降到600℃以下，zui低的只有300℃左右。

1.3 FCVA

FCVA鍍膜是英文Filtered Cathodic Vacuum Arc的縮寫，即“過濾陰極真空電弧技術鍍膜”，對縫制機械行業(yè)而言還算是新事物。這種鍍膜技術正在為朝高速、無油環(huán)保方向發(fā)展的縫制機械提供助力。

圖1 FDVE原理示意圖

如圖1所示，F(xiàn)CVA使用異面雙彎過濾器以及高能電、磁場過濾除去多余宏觀顆粒和不帶電的離子，其膜層表面形貌方面的質量可以與CVD膜層相比。FCVA技術產生能像穩(wěn)定的電弧和純離子束流，能量可以根據不同的工藝要求控制，由FCVA技術沉積的碳膜和金屬膜質量高，其等離子掃描技術可以使鍍膜沉積面積提高到直徑12英寸以上。FCVA的鍍膜過程可以在低溫下（小于80攝氏度）進行，可廣泛應用于包括塑料和橡膠在內的各種領域，這點對縫制機械元器件來說也特別重要。

FCVA技術的核心點是：原體是的等離子體——除了電子、原子外還有正離子，這些是所需要鍍膜的材料本身產生的，比如鍍碳，就是碳正離子，而鍍銅則就是銅正離子，與工件上的電子合并成為中性的原子。它采用起弧方式產生100%離化的鍍膜粒子，這些鍍膜離子在到達鍍膜基體之前，通過外加電磁場來調節(jié)鍍膜離子的能量，而不像普通的磁控濺射鍍膜方式只能通過加熱的方法來增加鍍膜粒子的能量。

過濾陰極電?。‵CA）配有的電磁過濾系統(tǒng)，可將離子源產生的等離子體中的宏觀粒子、離子團過濾干凈，經過磁過濾后沉積粒子的離化率為100%，并且可以過濾掉大顆粒，因此制備的薄膜非常致密和平整光滑，抗腐蝕性能好，與機體的結合力很強。

為了達到良好的效果，F(xiàn)CVA鍍膜對各工藝環(huán)節(jié)有嚴格的管理要求。鍍膜之前，要對待鍍膜的基體進行清洗，因為這些基體帶有空隙、空洞、油脂、污跡等，可通過真空加熱和清洗加熱去掉這些“臟東西”——鍍膜的基體一定要干凈無雜質。經過處理的基體還應該在無菌的環(huán)境中上到夾具上，如果短時間不能鍍膜則會放到設置了一定溫度的保溫箱中，使其處于良好的狀態(tài)。

1.4 幾種鍍膜技術的參數(shù)比較

表1 不同的鍍膜技術比較

注：EV表示電子伏特

表1反映了不同的鍍膜技術的各項指標情況。PVD （濺射）的鍍膜微粒是原子，而CVD（PECVD）的鍍膜微粒是原子團（反應分子），而FCVA輸出是一束等離子，該等離子束可以被掃描，可以對該離子束加偏壓，該等離子束可通過鍍膜技術加以控制。

鍍膜需要產生*獨立、自由的分子、原子，通常要采用加熱、蒸發(fā)等方式把粒子從束縛中解脫出來，才能做一些改變。此時，鍍鋁、鍍銅甚至是鍍鉻等都沒有問題，但要鍍陶瓷、氮化膜、氧化膜等硬膜，要將反應物燒沸很難。尤其是鍍硬膜時，若采用濺射方式，將固體變?yōu)樵踊蛘叻肿訋缀醪荒茏龅?，而是在真空環(huán)境中形成離子團，加入負電壓，以正離子去轟擊要鍍膜的物件（讓通氬氣的原子加熱，用氬離子告訴轟擊靶面），效率低下（可能1000次轟擊后有才1~2個原子出來），且如果沖擊時真空環(huán)境不好，其分子疏松。若采用蒸發(fā)方式，則容易產生空洞，需要加高溫讓分子利用能量去*空洞——這點對做鍍膜不好，鍍膜要求不存在空洞，其所加溫度要在400攝氏度及以上，這種情況對原子、分子的要求不高，但對材料的要求高，比如需要高速鋼、工具鋼之類，其它的材料則不太好。

FCVA技術既不是濺射也不是熱蒸發(fā)，由于用的是等離子，其正離子帶電，外加電磁場的方式使其加速（像光速），不用熱能而是用動能（速度）來完成鍍膜。濺射和蒸發(fā)時的動能速度是每秒幾百米，約1個電子福特的能量，而FCVA的速度是每秒幾十公里，有50、60個電子福特的能量且可變、可控。通常，要克服物體表面張力需要30、40個電子輻特。如果能很好穿透表面張力，則膜層的附著力和密實度高，能形成超硬膜，因為決定鍍膜優(yōu)劣的關鍵因素是鍍膜粒子能量，當鍍膜粒子的能量增加后，膜層的密度也將隨之增加，附著力大大改善。傳統(tǒng)鍍膜技術只能通過升高基體溫度來改善鍍膜質量，但存在一定局限性。此外，F(xiàn)CVA鍍膜時的離子能量可控，這些等離子體有了能量和可控性，其膜層的致密性也就更好。

2 FCVA可鍍的膜層

從應用分，目前FCVA鍍膜層分為兩大類：一類是在表面裝飾鍍膜方面，主要是（鈦金、鋯金）鍍覆于鐘表、鎖具五金、廚房衛(wèi)浴五金等各種五金制品表面；一類是在工具鍍膜方面，主要是（硬質膜層、摩擦系數(shù)）鍍覆于各種金屬加工模具（沖壓模具）、電子半導體類模具（成型刀）、粉末冶金模具、刀具（切紙刀、銑刀、絞刀等各類刀具）、車削刀具以及各種注塑模具（塑料成型注塑模具活動部件，零件上的應用）。

采用FCVA技術可在多種材質的工具、模具和刀具上涂上TAC-ONTM（類金剛石）、AITiN（鋁氧化鈦）、CrN（氧化鉻）、TiN（氧化鈦）等單層及多層硬質膜層，其膜層硬度高（2 000~5 000HV），結合強度高（zui高達到100N），摩擦系數(shù)低（可降低到0.08），表面粗糙度低（zui高達到球面）。

下面介紹幾種膜層的特點。

2.1 TiN（氧化鈦）薄膜

TiN膜層具有高熔點、高硬度和良好熱傳導率的特性，且耐磨損，具有適中的耐氧化性，適用于高速切割，已成功用于刀具和模具耐磨保護涂層和裝飾涂層。其膜層顏色為金黃色，硬度在2 000HV~2 500HV之間，摩擦系數(shù)zui大0.65，典型厚度在1~4微米，鍍膜溫度在400攝氏度，其工作溫度在800攝氏度。

2.2 CrN（氧化鉻）薄膜

CrN膜層有良好的附著性、耐腐蝕性和耐氧化性，在機械部件和模具上采用此膜層是為了增強其潤滑性和耐磨性，與TiN膜層相比，它對水質溶液的抗腐蝕性更強，其較高的表面硬度、較低的摩擦系數(shù)和殘余應力使其適用于抗磨損、摩擦的場合。其膜層顏色為銀灰色，硬度在2 100HV及以下，摩擦系數(shù)zui大0.3，典型厚度在1~4微米，鍍膜溫度在200到400攝氏度，其工作溫度在500攝氏度。

2.3 TAC-ON非晶態(tài)四面體碳膜

碳膜在縫制機械行業(yè)的應用已經多起來，主要應用的是類金剛石（也稱為DLC）碳膜。碳元素因碳原子和碳原子之間的不同結合方式，從而使其zui終產生不同的物質，一類是碳碳以sp3鍵的形式結合的金剛石，一類是碳碳以sp2鍵的形式結合的石墨，一類則是碳碳以sp3和 sp2鍵的形式結合生成的無定形碳的一種亞穩(wěn)定形態(tài)，即類金剛石。

類金剛石沒有嚴格的定義，可以包括很寬性質范圍的非晶碳，兼具了金剛石和石墨的優(yōu)良特性，由類金剛石而來的DLC膜同樣是一種亞穩(wěn)態(tài)長程無序的非晶材料，可分為無氫類金剛石碳膜和氫化類金剛石碳膜兩類。TAC-ON（非晶的四面體碳薄膜，ta-C）是一種無氫的類金剛石碳膜，是由超過80％的sp3鍵碳原子為骨架構成，其硬度僅次于鉆石。

金剛石成膜的難度高（SP3鍵，合體含大量氫與碳，氫多了疏松，經不起分解），必須經過高壓，通常是千兆帕以上。FCVA給予熱能之外的能量，形成瞬時高壓使碳元素瞬時形成金剛石鍵（原子與原子間形成SP3鍵）且非晶的薄膜，摩擦系數(shù)低。

采用FCVA技術沉積的TAC-ON薄膜在附著力和耐磨性方面比傳統(tǒng)的DLC薄膜強，有粘油性，潤滑性能*，可減少摩擦，并能減少潤滑油污染。TAC-ON膜層的硬度也高于傳統(tǒng)的DLC膜層。由于沒有氫和氧鍵在TAC-ON膜形成，其膜層可以*透明（膜厚薄）。TAC-ON薄膜的膜層顏色為輕碳黑色，其膜層密度小于3，膜層硬度在3 000HV~5 000HV之間，摩擦系數(shù)zui大0.1，典型厚度在0.1~2微米，鍍膜溫度小于80攝氏度，其工作溫度小于350攝氏度。這種薄膜早已在多個行業(yè)有應用，但這兩年才開始大規(guī)模應用。

3 FCVA鍍膜層的應用

FCVA真空鍍膜技術是綠色無污染的技術，其應用的領域很廣，比如相機、手機的鏡頭，多為非球面鏡，通過模具壓制而成，對模具的要求高，有生產該模具的制造商應用了FCVA技術來鍍壓制鏡頭的模具。還有*性的應用，比如電腦硬盤中的片盤，其磁頭和磁盤上都需要保護，用類似技術形成碳膜。又如復印機的核心——墨盒，高質量復印機采用的是加高壓的網片，網片上面也有鍍膜。還有一些塑料器件直接采用該鍍膜技術來代替電鍍，因為塑料金屬化處理的方式通常為電鍍，但電鍍需要的塑料有選擇性，而真空鍍沒有，包括PC都可以進行鍍膜，且膜層厚度均勻、耐磨，比如相機鏡頭的卡環(huán)現(xiàn)在都采用鍍膜塑料，而以前為黃銅材質。

目前，采用FCVA鍍膜技術形成的TAC-ON以及氧化鈦膜層在紡織機械與縫制機械配件上皆有所應用，比如縫紉機機針、針桿、旋梭、切刀等部件。從前文介紹的情況看，在沉積方式、鍍膜真空鍍、預處理工藝方面的顯著特點決定了FCVA鍍膜技術在縫制機械行業(yè)的應用較之普通鍍膜技術更有優(yōu)勢。一是其鍍膜溫度小于 80攝氏度，不會造成45鋼材料的針桿或者其他軸類零件變形與二次回火，二是高表面硬度且具有*附著力，其膜層更致密，金剛石成分高，耐磨損、耐腐蝕且具有*的拉油能力，可顯著降低傳動部件磨損,實現(xiàn)無油潤滑或微油潤滑。

3.1 無油高速機種

由于類金剛石涂層—Tac涂層具有超高的表面硬度，摩擦系數(shù)非常低，能夠適應無油狀態(tài)下的高速摩擦運動。適合無油或高速、超高速機種中摩擦面積大、運動線速度高或不宜連續(xù)供油潤滑的軸銷類（比如針桿）、連桿類等零部件的鍍膜需要。

3.2 無油平縫機

旋梭是目前無油平縫機的技術瓶頸之一。通常旋梭的轉速是縫紉機主軸轉速的2倍，由于要為旋梭供油，不少原本可以成為無油機型的平縫機不得不成為微油機型，如果能在旋梭的導軌和導軌槽部位采用FCVA技術的鍍膜，則可能突破這一技術瓶頸。

3.3 高速包縫機、高速帶刀平縫機

高速包縫機、高速帶刀平縫機等帶切邊功能的機種，其切刀是zui易磨損的零件，而修磨切刀依靠的是機修工的經驗，往往由于切刀修磨不到位而影響縫紉機的切邊質量，采用鍍膜技術可延長其使用壽命。自動剪線平縫機的剪線刀如果應用FCVA鍍膜技術，將提高剪線的可靠性，從而提升整機的檔次。

現(xiàn)在FCVA鍍膜技術以及采用這種技術所鍍膜層多應用于縫制機械。比如在去年舉辦的CSIMA2011上，西安標準工業(yè)股份有限公司的GC6730、GC6760兩大系列的電腦控制直驅高速平縫機（屬于微油機）在行業(yè)中獲得了中國質量認證中心頒發(fā)的節(jié)能、環(huán)保產品認證證書，該系列機器中采用的就是FVCA真空鍍膜的針桿。