Mạ màu PVD inox: Nguyên lý, quy trình chuẩn và màu phổ biến

Mạ màu PVD (Physical Vapor Deposition) trên inox là lớp phủ mỏng bằng hợp chất kim loại-nitride/carbon-nitride tạo màu bền, chống xước, nâng thẩm mỹ và tuổi thọ của bề mặt. Đây là nhóm giải pháp hoàn thiện bề mặt cao cấp, bổ sung cho đánh bóng, đánh xước và các lớp phủ trong ngành inox. Bài viết này đi thẳng vào nguyên lý, quy trình, hệ màu, thông số kỹ thuật, kiểm định, ứng dụng và bảo trì — đủ để bạn thiết kế, thi công, và kiểm soát chất lượng ngay.

Mạ màu PVD inox là gì? Màu hình thành như thế nào?

– Định nghĩa: Lắng đọng hơi vật lý (PVD) là quá trình bay hơi/“bắn phá” vật liệu mục tiêu (Ti, Zr, Cr…) trong chân không để tạo lớp phim mỏng (thường 0,3–0,8 µm) bám lên bề mặt inox.
– Màu sắc: Không phải là “sơn” hay “mực”. Màu đến từ:
– Thành phần lớp phủ: TiN cho vàng, ZrN cho vàng champagne, CrN cho xám bạc, TiCN/TiAlN cho xám than–đen, DLC cho đen sâu.
– Hiệu ứng giao thoa quang học: Độ dày/đa lớp khác nhau làm lệch pha ánh sáng, cho ra các sắc độ rose gold, xanh, tím, cầu vồng…
– Đặc tính cơ bản:
– Độ cứng bề mặt cao (TiN/CrN thường 1500–2500 HV), chống trầy xước tốt.
– Bền màu hơn sơn/mạ điện trang trí, ổn định tới 300–500°C tùy vật liệu phủ.
– Lớp phủ rất mỏng, không thay đổi kích thước đáng kể, giữ được vân hairline/độ bóng gương.

Nguyên lý công nghệ PVD áp dụng cho inox

– Môi trường: Buồng chân không cao tới ~10⁻³–10⁻⁵ Torr. Khí làm việc: Ar làm khí bắn phá, N₂/C₂H₂/N₂+CH₄ để tạo nitride/carbonitride/DLC.
– Nguồn lắng đọng chính:
– Cathodic arc evaporation (hồ quang): Tốc độ phủ cao, bám dính tốt, nhưng có nguy cơ “droplets” (giọt kim loại) nếu không lọc tốt.
– Magnetron sputtering (DC/RF): Bề mặt mịn, kiểm soát màu tốt; HiPIMS cho mật độ plasma cao, bám dính tốt ở nhiệt độ nền thấp.
– Thông số điển hình:
– Nhiệt độ đế: 150–300°C cho lớp phủ trang trí trên inox; có thể thấp hơn với quy trình đặc biệt.
– Điện áp bias nền: -50 đến -200 V để tăng năng lượng ion, cải thiện bám dính.
– Tốc độ: 0,05–0,3 µm/giờ cho trang trí (phụ thuộc công nghệ/mục tiêu).

Quy trình mạ màu PVD inox từng bước

1) Chọn vật liệu nền và hoàn thiện trước PVD

– Mác inox: 201 (nội thất khô), 304 (đa dụng), 316/316L (ngoài trời, ven biển, môi trường clo).
– Hoàn thiện cơ học:
– Gương No.8/BA: cho màu sắc “sâu”, phản xạ cao.
– Hairline HL/Satin: cho hiệu ứng vân mảnh, giảm lộ vân tay.
– Bead-blast: nền mờ đều, giảm chói.
– Lưu ý: PVD tái hiện bề mặt nền; khiếu nại “màu loang” thường do nền chưa đồng đều.

2) Tiền xử lý làm sạch

– Tẩy dầu/kiềm + siêu âm + rửa nước DI.
– Hoạt hóa bề mặt: plasma/ion bombardment trong buồng (Ar glow discharge) để loại oxit/ẩm.
– Hạn chế: PVD không “che” được xỉ hàn, rỗ, vết mài sâu; phải xử lý nền trước.

3) Fixturing & che chắn

– Dùng giá treo xoay/đảo để tăng đồng đều. Che chắn (mask) các vùng không muốn phủ (lỗ ren, bề mặt lắp ghép).
– PVD là quá trình “line-of-sight”; hốc sâu, ống dài, khe khuất sẽ phủ kém.

4) Gia nhiệt – làm sạch ion

– Gia nhiệt đến nhiệt độ quy trình (150–300°C).
– Ion etching với Ar và bias âm để “khắc” bề mặt, tăng bám dính.

5) Lắng đọng lớp phủ

– Phủ lớp “key” (Cr/Ti mỏng) rồi đến lớp màu chính (TiN, ZrN, CrN, TiCN, DLC…).
– Điều khiển màu bằng: vật liệu mục tiêu, áp suất khí, tỷ lệ N₂/Ar, công suất, thời gian/lớp dày.

6) Làm nguội – đóng gói

– Làm nguội trong chân không/khí trơ để tránh ôxi hóa nhiệt.
– Đóng gói chống trầy: film PE/ giấy không bụi.

Bảng màu PVD inox phổ biến và vật liệu phủ

– Vàng gold 24K: TiN (vàng đậm), độ no màu cao.
– Vàng champagne: ZrN (ấm, sang, ít “gắt”).
– Rose gold (hồng đồng): TiN/TiCN đa lớp hoặc ZrN + lớp điều chỉnh dày.
– Đen/xám than: TiCN, TiAlN, CrN tối, hoặc DLC (đen sâu, chống mài mòn tốt).
– Đồng đỏ/đồng cổ: đa lớp TiN/ZrN + carbon; cần kiểm soát dày để đạt sắc cổ điển.
– Xanh dương, tím, cầu vồng: màng đa lớp mỏng tạo giao thoa; độ bền màu phụ thuộc thiết lập và độ dày.
Ghi chú: Cùng một tên màu nhưng sắc độ có thể khác nhau giữa nhà máy do cấu hình buồng, nguồn phủ, cách điều khiển độ dày.

Thông số kỹ thuật quan trọng khi đặt hàng/thiết kế

– Độ dày lớp phủ trang trí: 0,3–0,8 µm (tham chiếu — tăng dày không luôn đồng nghĩa bền hơn, vì ứng suất màng có thể tăng).
– Độ cứng bề mặt: TiN/CrN: ~1800–2500 HV; DLC có thể cao hơn.
– Độ đồng đều màu: chênh lệch ΔE*ab ≤ 1,0–2,0 giữa các tấm/chi tiết cùng mẻ là mục tiêu tốt trong trang trí cao cấp.
– Khả năng chống ăn mòn: phụ thuộc nền và tiền xử lý; với inox 304/316, lớp PVD tốt có thể đạt >200–500 h NSS (ASTM B117/ISO 9227) mà không đổi màu đáng kể. Ngoài khơi/ven biển nên dùng 316/316L + CrN/ZrN đa lớp.
– Kích thước/giới hạn gia công:
– Tấm: phổ biến 1219×2438 mm, có nhà máy nhận 1500×3000 mm (tùy buồng).
– Ống/hộp: dài 3–6 m; mặt trong ống ít được phủ do hiệu ứng “line-of-sight”.
– Dung sai/biến dạng: nhiệt quy trình có thể ảnh hưởng chi tiết mỏng; nên hoàn thiện cơ khí, uốn, hàn trước rồi mới PVD.
– Tương thích hóa chất: tránh clo/chất tẩy mạnh, axit chứa Cl⁻; có thể phủ thêm lớp chống vân tay (AFP) dạng sol-gel/ceramic mỏng để tăng khả năng chống bám bẩn.

So sánh PVD với sơn tĩnh điện và mạ điện trang trí

– Độ bền cơ học: PVD cứng hơn, chống xước vượt trội so với sơn; tốt hơn mạ điện trang trí (Ni/Cr) trong nhiều va quệt nhẹ.
– Màu sắc/kim loại tính: PVD cho hiệu ứng kim loại “thật”, giữ vân hairline/gương; sơn thường “phẳng”.
– Môi trường: PVD không dùng Cr⁶⁺, ít chất thải lỏng; thân thiện hơn mạ điện.
– Hình học: PVD khó phủ đồng đều hốc sâu; sơn tĩnh điện ưu thế ở chi tiết phức tạp.
– Chi phí vòng đời: đầu tư ban đầu cao hơn sơn, nhưng bền màu/khó trầy nên tổng chi phí sở hữu thường thấp hơn trong môi trường thương mại.

Ứng dụng điển hình

– Nội thất – ngoại thất: thang máy, ốp tường, vách thang máy, tay vịn, biển hiệu, cửa, trần kim loại.
– Kiến trúc: facade, lam chắn nắng, cột trang trí, lan can.
– Ngành nước – vệ sinh: phụ kiện trang trí, tay gạt, nắp che.
– Đồ gia dụng – trang thiết bị: tủ bếp inox màu, đồ decor, khung máy.

Kiểm soát chất lượng: tiêu chí và thử nghiệm

– Hình thái/màu: so màu bằng quang phổ CIE L*a*b*; ΔE*ab theo giới hạn thỏa thuận.
– Độ dày: đo calotte grinding, XRF, hoặc cắt mẫu đo mặt cắt (EN ISO 1463).
– Độ bám dính:
– Thử cào scratch test (ASTM C1624) xác định tải tới hạn LC.
– Thử vết lõm Rockwell theo VDI 3198 phân hạng HF1–HF6.
– Độ cứng vi mô: Vickers (HV0.05/HV0.1).
– Ăn mòn sương muối: ASTM B117/ISO 9227 (NSS) theo điều kiện sử dụng.
– Thử lau hóa chất nhẹ: dung dịch tẩy gia dụng trung tính; kiểm tra vết ố/biến màu.

Bảo trì và vệ sinh để bền màu lâu năm

– Vệ sinh định kỳ bằng khăn mềm + nước ấm + xà phòng trung tính (pH 6–8).
– Tránh: bột mài, pad cước, Javel, HCl/HF, chất tẩy gốc clo.
– Lau khô ngay sau khi ướt; ở ven biển nên rửa nước ngọt định kỳ để giảm muối bám.
– Với nền HL, chọn dung dịch có chất hoạt động bề mặt nhẹ để hạn chế vân tay. Có thể dùng lớp phủ nano AFP sau lắp đặt.

Lỗi thường gặp và cách phòng ngừa

– Màu loang/“bóng mây”: nền không đồng đều, dầu/ẩm còn sót; khắc phục bằng chuẩn hóa đánh bóng, làm sạch siêu âm, kiểm soát sấy.
– Tróc màng tại mép/điểm gồ: góc cạnh sắc, ứng suất màng cao; cần bo mép nhẹ, điều chỉnh bias/lớp đệm.
– Vệt giọt nhỏ (droplets) với hồ quang: dùng bộ lọc hồ quang hoặc chuyển sang sputtering cho bề mặt siêu mịn.
– Ăn mòn rỗ quanh mối hàn: do xỉ/oxy hóa chưa xử lý; bắt buộc tẩy mối hàn, passivation đúng quy trình trước PVD.
– Nứt lớp phủ sau khi uốn: PVD cứng và giòn; phải uốn/hàn trước rồi mới phủ.

Cách lựa chọn nhanh theo môi trường sử dụng

– Trong nhà khô, ít chà xát: inox 201/304 + TiN/ZrN/CrN; nền HL để hạn chế vân tay.
– Khu công cộng chịu va chạm: 304/316 + CrN/TiCN hoặc DLC cho chống xước cao.
– Ngoài trời/ven biển: 316/316L + CrN/ZrN đa lớp; bảo trì rửa muối định kỳ.
– Màu đen sâu: ưu tiên DLC hoặc đa lớp TiCN + điều chỉnh dày; kiểm tra hấp thụ nhiệt nếu lắp ngoài trời.

Chi phí: các yếu tố quyết định

– Loại mác inox và hoàn thiện nền (gương/HL/mờ).
– Màu/lớp phủ (DLC và đa lớp thường cao hơn TiN/CrN đơn).
– Kích thước, hình học, tỷ lệ che chắn, khối lượng/mẻ.
– Yêu cầu QC (ΔE chặt, NSS dài giờ, chứng chỉ thử nghiệm).
Gợi ý: gom lô theo màu/hoàn thiện để tối ưu chi phí và độ ổn định màu.

Tài liệu tham khảo

– Mattox, D. M. – Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing, 2nd Ed., Elsevier.
– ASTM C1624 – Standard Test Method for Adhesion Strength and Mechanical Failure Modes of Thin Coatings by Scratch Testing.
– VDI 3198 – Adhesion of hard coatings: Rockwell indentation test.
– ASTM B117 / ISO 9227 – Neutral Salt Spray (NSS) corrosion test.
– Hauzer Techno Coating – Decorative PVD coatings application notes (hệ màu, thông số trang trí).
– Bunshah, R. F. – Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, Noyes.

Kết luận

Mạ màu PVD trên inox tạo lớp phủ nitride/carbonitride siêu mỏng, cứng và bền màu, cho vẻ đẹp kim loại cao cấp mà sơn/mạ điện khó đạt. Để có kết quả tối ưu: chọn đúng mác inox theo môi trường, hoàn thiện nền đồng đều, tuân thủ quy trình tiền xử lý, kiểm soát thông số lắng đọng, và áp dụng bộ tiêu chí QC phù hợp. Bảng màu phổ biến (vàng, champagne, rose gold, đen/xám, đồng, cầu vồng) có thể tái lập ổn định khi kiểm soát vật liệu phủ và độ dày. Với thiết kế hợp lý và bảo trì đúng cách, PVD là giải pháp hoàn thiện bề mặt inox bền đẹp, kinh tế theo vòng đời cho công trình và sản phẩm cao cấp.

Cần tư vấn chọn màu, thông số và báo giá tốt nhất cho dự án của bạn? Liên hệ Inox Cường Thịnh – Hotline: 0343.417.281 – Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com