Was ist PVD-Beschichtung?

Was ist eine PVD-Beschichtung?

Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), auch bekannt als Vakuumbeschichtung, entstand in den 1970er Jahren und produzierte dünne Filme mit hoher Härte, niedrigem Reibungskoeffizienten, guter Verschleißfestigkeit und chemischer Stabilität. Die erste erfolgreiche Anwendung im Bereich der HSS-Werkzeuge hat viel Aufmerksamkeit in der Fertigungsindustrie auf der ganzen Welt auf sich gezogen, und die Menschen entwickeln leistungsstarke und hochzuverlässige Beschichtungsanlagen und führen gleichzeitig eingehendere Forschungen zu Beschichtungsanwendungen durch Hartmetall- und Keramikwerkzeuge.

Bis heute ist die physikalische Gasphasenabscheidung die anspruchsvollste und hochwertigste Art der Außenbehandlung, die es gibt.

Was ist das Grundprinzip der PVD-Beschichtung?

Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung handelt es sich um eine Wachstumsmethode mit physikalischer Dampfphasenreaktion. Der Abscheidungsprozess erfolgt unter Vakuum- oder Niederdruck-Gasentladungsbedingungen, also in einem isotropen Körper mit niedriger Temperatur. Die Materialquelle der Beschichtung ist ein festes Material, das verdampft oder gesputtert wird, um auf der Oberfläche des Substrats eine neue Beschichtung aus einem Material mit völlig anderen Eigenschaften als das Substrat zu erzeugen.

Es gibt drei Hauptstufen: das Verdampfen oder Sputtern des Beschichtungsmaterials, die Materialextraktion und die Abscheidung des verdampften oder gesputterten Materials zur Bildung der Beschichtung.

Das Prinzip der chemischen Gasphasenabscheidung ist seinem Prinzip ähnlich, und der Hauptunterschied liegt in der Lösung, bei der es sich um die Technologie des Aufbaus durch chemische Verfahren handelt.

Merkmale von PVD-Beschichtungsprodukten:

• Die Oberfläche des Produkts ist hell und edel und kann mit satten Farben plattiert werden.
• Im Vergleich zur Wasserplattierung hat die PVD-Filmschicht eine größere Bindungskraft, eine hohe Härte, Reibungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und eine stabilere Leistung.
• Während des umweltfreundlichen Produktionsprozesses entstehen keine giftigen oder umweltbelastenden Stoffe
• Mit zwei Eigenschaften, niedriger Temperatur und hoher Energie, kann es auf fast jedem Substrat einen Film bilden.
• Wenn die verwendete Ausrüstung normalerweise teurer ist und der Prozess komplexer und teurer ist, muss die Oberfläche des Werkstücks trocken und glatt gehalten werden, da sonst die Behandlungswirkung beeinträchtigt wird
• Ist die am weitesten verbreitete Technologie zur Behandlung von Metalloberflächen.

Merkmale der PVD-Beschichtung selbst:

• Die Notwendigkeit, eine feste oder geschmolzene Substanz als Ausgangsmaterial für den Abscheidungsprozess zu verwenden.
• Das Ausgangsmaterial wird physikalischen Prozessen unterzogen, um in die Gasphase überzugehen
• Erfordert eine Umgebung mit relativ niedrigem Gasdruck.
• In der Gasphase und auf der Substratoberfläche finden keine chemischen Reaktionen statt.

Vorteile der PVD-Beschichtung:

1. Niedrige Abscheidungstemperaturen, im Allgemeinen unter 600 °C, die wenig Einfluss auf die Biegefestigkeit des Werkzeugmaterials haben.
2. Der Spannungszustand innerhalb der Beschichtung ist eine Druckspannung, die eher für die Beschichtung von Präzisions- und komplexen Hartmetallwerkzeugen geeignet ist.
3. Keine Belastung der Umwelt, im Einklang mit dem aktuellen Entwicklungstrend umweltfreundlicher Prozesse und umweltfreundlicher Herstellung.
4. Mit dem Aufkommen der Nanobeschichtung wird die Qualität beschichteter Werkzeuge erheblich verbessert, nicht nur mit den Vorteilen einer hohen Haftfestigkeit, hohen Härte und guten Oxidationsbeständigkeit, sondern auch einer effektiven Kontrolle der Form und Präzision von Präzisionswerkzeugkanten.

Nachteile der PVD-Beschichtung:

1. Komplexität der Beschichtungsausrüstung, hohe Prozessanforderungen und lange Beschichtungszeit, wodurch die Werkzeugkosten steigen.
2. Herstellung von Werkzeugen mit schlechterer Schlagzähigkeit, Härte und Gleichmäßigkeit sowie geringerer Standzeit als technisch hergestellte Werkzeuge.
3. Einzelne Geometrie des beschichteten Produkts, die den Einsatzbereich einschränkt.
4. Anfälligkeit für Eigenspannungen und Mikrorisse, bedingt durch die unterschiedlichen Schwindungsraten der Beschichtung und des Substrats beim Abkühlen.

Kategorie PVD-Beschichtungstechnologie:

Derzeit gibt es in der PVD-Technologiebranche viele komplizierte Klassifizierungen, und es gibt keinen einheitlichen Klassifizierungsstandard. Die Klassifizierung, über die wir heute sprechen, basiert auf den unterschiedlichen Arten der Ionisierung des Zielmaterials (des zu behandelnden Materials). Es umfasst hauptsächlich Vakuumverdampfungsbeschichtung, Sputterbeschichtung und Ionenbeschichtung.

1. Vakuumdampfabscheidung (PVD)

PVD wird oft als Dampfabscheidung oder Verdampfungsabscheidung bezeichnet, bei dem das Zielmaterial unter Vakuum erhitzt wird, um es zu verdampfen und in Atome oder Moleküle zu sublimieren, die auf der Oberfläche des Werkstücks abgeschieden werden, um einen dünnen Film zu bilden. Die Vakuumdampfabscheidung ist auch das früheste PVD-Verfahren, so dass viele Leute es als repräsentativ für das gesamte PVD-Verfahren ansehen werden, also achten Sie auf die Unterscheidung.

2. Sputterbeschichtung (MSD)

MSD wird mit bestimmtem Inertgas Argon Ar in einer Vakuumumgebung gefüllt, wobei die Glimmentladungstechnologie verwendet wird, um Argon in einen ionischen Zustand zu ionisieren, das Argonion beschleunigt und bombardiert die Kathode unter der Wirkung eines elektrischen Feldes, so dass das Target an der Kathode nach unten gesputtert wird und auf der Oberfläche des Werkstücks abgelagert, um eine Filmschicht zu bilden.

3. Ionenbeschichtung (IP)

IP ist eine Vakuumumgebung, die Verwendung verschiedener Gasentladungstechnologien, das Ziel verdampfte einen Teil der Atomionisation zur gleichen Zeit, erzeugt aber auch eine große Anzahl von hochenergetischen neutralen Teilchen, die auf der Oberfläche des Werkstücks abgelagert werden, um a zu bilden Filmschicht.

Prozesskategorie PVD-Beschichtung:

Entsprechend dem Unterschied des physikalischen Mechanismus während der Abscheidung wird die physikalische Dampfabscheidung im Allgemeinen in Vakuumverdampfungsbeschichtungstechnologie, Vakuumsputterbeschichtung, Ionenbeschichtung und Molekularstrahlepitaxie unterteilt. In den letzten Jahren ist die Entwicklung der Dünnschichttechnologie und der Dünnschichtmaterialien mit bemerkenswerten Errungenschaften schnell vorangekommen, und auf der Grundlage der ursprünglichen, ionenstrahlverstärkten Abscheidungstechnologie, der EDM-Abscheidungstechnologie, der physikalischen Elektronenstrahl-Dampfabscheidungstechnologie und die Multilayer-Jet-Deposition-Technologie ist eine nach der anderen entstanden.

1. Ionenstrahlverstärkte Abscheidungstechnologie (IBED)

Die ionenstrahlverstärkte Abscheidung ist eine neue Technologie zur Oberflächenmodifikation von Materialien, die Ioneninjektion und Dünnschichtabscheidung integriert. Es beinhaltet das Bombardement-Mischen mit Ionenstrahlen bestimmter Energie, während die Beschichtung aus der Dampfphase abgeschieden wird, um monolithische oder zusammengesetzte Filmschichten zu bilden. Zusätzlich zur Beibehaltung der Vorteile der Ionenimplantation ermöglicht es das kontinuierliche Wachstum von Schichten beliebiger Dicke bei niedriger Beschussenergie und die Synthese von Verbundschichten mit idealen chemischen Verhältnissen (einschließlich neuer Schichten, die bei Raumtemperatur und -druck nicht erhalten werden können) bei Raumtemperatur Temperatur oder nahe Raumtemperatur. Diese Technologie hat die Vorteile einer niedrigen Prozesstemperatur (< 200 °C), einer starken Bindung an alle Substrate, einer Hochtemperaturphase, einer Untertemperaturphase und einer amorphen Legierung bei Raumtemperatur, einer einfachen Steuerung der chemischen Zusammensetzung und einer bequemen Steuerung des Wachstums Prozess. Der Hauptnachteil besteht darin, dass der Ionenstrahl direkt emittiert, sodass es schwierig ist, Oberflächen mit komplexen Formen zu behandeln.

2. Funkenabscheidungstechnologie (ESD)

Die EDM-Technologie soll die in der Stromversorgung zwischen der Metallelektrode (Anode) und dem Metallgrundmaterial (Kathode) gespeicherte hochenergetische elektrische Energie augenblicklich mit hoher Frequenz durch die Ionisierung der Luft zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Grundmaterial freisetzen , wobei ein Kanal gebildet wird, um eine Mikrozone mit sofortiger hoher Temperatur und hohem Druck auf der Oberfläche des Basismaterials zu erzeugen. Gleichzeitig wird das ionisierte Elektrodenmaterial geschmolzen und unter Einwirkung eines mikroelektrischen Feldes in das Grundmaterial infiltriert, wodurch eine metallurgische Verbindung entsteht. Der EDM-Prozess ist ein Prozess zwischen Schweißen und Sputtern oder Elementinfiltration, die mit der EDM-Technologie behandelte Metallabscheidungsschicht hat eine hohe Härte und eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, Korrosion und Abrieb, und die Ausrüstung ist einfach und vielseitig, die Verbindung zwischen der Abscheidungsschicht und das Substrat ist sehr stark und fällt im Allgemeinen nicht ab, das Werkstück wird nach der Behandlung nicht geglüht oder verformt, die Dicke der Abscheidungsschicht ist leicht zu kontrollieren und das Betriebsverfahren ist leicht zu beherrschen. Der Hauptnachteil ist der Mangel an theoretischer Unterstützung, und die Operation wurde noch nicht mechanisiert und automatisiert.

3. Physikalische Dampfabscheidungstechnologie mit Elektronenstrahl (EB-PVD)

Die physikalische Dampfabscheidungstechnologie mit Elektronenstrahlen ist eine Technik, die einen Elektronenstrahl mit hoher Energiedichte verwendet, um das verdampfte Material direkt zu erhitzen, das bei einer niedrigeren Temperatur auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden wird. Diese Technologie hat die Vorteile einer hohen Abscheidungsrate (10 kg/h ~ 15 kg/h Verdampfungsrate), einer dichten Beschichtung, einer einfachen und präzisen Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, einer säulenförmigen Kristallorganisation, keiner Verschmutzung und einer hohen thermischen Effizienz. Die Nachteile dieser Technologie sind teure Geräte und hohe Verarbeitungskosten. Gegenwärtig ist diese Technologie zu einem Hotspot für die Forschung in verschiedenen Ländern geworden.

4. Mehrschichtige Sprühabscheidungstechnologie (MLSD)

Verglichen mit der traditionellen Strahlabscheidungstechnologie besteht ein wichtiges Merkmal der Mehrschichtstrahlabscheidung darin, dass die Bewegung des Empfängersystems und des Tiegelsystems so eingestellt werden kann, dass der Abscheidungsprozess gleichförmig ist und sich die Flugbahn nicht wiederholt, wodurch eine flache abgeschiedene Oberfläche erhalten wird. Die Hauptmerkmale sind: Die Abkühlgeschwindigkeit während der Abscheidung ist höher als bei der herkömmlichen Strahlabscheidung, und die Kühlwirkung ist besser; großformatige Werkstücke können ohne Einfluss auf die Abkühlgeschwindigkeit vorbereitet werden; das Verfahren ist einfach und leicht, Werkstücke mit hoher Maßhaltigkeit und gleichmäßiger Oberfläche herzustellen; die Tröpfchenabscheidungsrate ist hoch; Die Materialmikrostruktur ist gleichmäßig und fein, und es gibt keine offensichtliche Grenzflächenreaktion, und die Materialeigenschaften sind besser. Die Technologie befindet sich jedoch noch im Stadium der Forschung, Entwicklung und Perfektion, so dass der Regelmäßigkeitsstudie der Bahn ihrer Abscheidung auf der Oberfläche des Werkstücks noch immer die theoretische Grundlage fehlt.

PVD-Beschichtung Anwendbare Materialien:

Für die Vakuumbeschichtung geeignete Materialien sind neben Naturmaterialien: Metalle, harte und weiche Materialien (ABS, ABS+PC, PC etc.), Verbundwerkstoffe, Keramik, Glas etc.

Die am häufigsten verwendete Vakuumplattierungs-Oberflächenbehandlung ist Aluminium, gefolgt von Silber und Kupfer.

Vergleich gängiger Aufdampfverfahren:

Typen	Prinzip	Eigenschaften	Geltungsbereich
Vakuumverdampfungsbeschichtung	Verdampfungssublimation	Glatte, schöne Beschichtung und hohe Oberflächenqualität	Hochtemperaturbeständige Materialien
Sputter-Beschichtung	Hochfrequenz-Sputtern	HF-Quelle, hochpräzise, ​​starre Folie	Metallische/nichtmetallische, leitende/nichtleitende Folien
Sputter-Beschichtung	Magnetron-Sputtern	Hohe Geschwindigkeit und niedrige Temperatur, hohe Präzision, hohe Reinheit und hohe Dichte	Metall/leitfähiger Film
Ionenbeschichtung	Verdampfung / Sputtern	Das Ziel bleibt fest und kann in mehreren Winkeln platziert und individuell gesteuert werden, um die Effizienz und Konsistenz der Filmdicke zu verbessern, mit einer großen Auswahl an Zielen, hoher Dichte und hoher Haftung	Dünne Filme aus Metallen/Verbindungen/Keramik/Halbleiter/Supraleiter usw.

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