¿Qué es el recubrimiento PVD?

¿Qué es un Recubrimiento PVD?

La deposición física de vapor (PVD), también conocida como recubrimiento al vacío, surgió en la década de 1970 y produjo películas delgadas con alta dureza, bajo coeficiente de fricción, buena resistencia al desgaste y estabilidad química. La exitosa aplicación inicial en el campo de las herramientas HSS ha atraído mucha atención de las industrias manufactureras de todo el mundo, y las personas están desarrollando equipos de recubrimiento de alto rendimiento y alta confiabilidad, al mismo tiempo que realizan investigaciones más profundas sobre aplicaciones de recubrimiento en Herramientas de carburo y cerámica.

A partir de hoy, la deposición física de vapor es el tipo de proceso de tratamiento exterior más sofisticado y de más alto nivel disponible.

¿Cuál es el principio básico del recubrimiento PVD?

La deposición física de vapor es un método de crecimiento de reacción en fase de vapor físico. El proceso de deposición se lleva a cabo en condiciones de vacío o descarga de gas a baja presión, es decir, en un cuerpo isotrópico a baja temperatura. La fuente de material del revestimiento es un material sólido que se evapora o pulveriza para producir un nuevo revestimiento de un material sobre la superficie del sustrato con propiedades completamente diferentes a las del sustrato.

Hay tres etapas principales: la evaporación o pulverización catódica del material de recubrimiento, la extracción del material y la deposición del material evaporado o pulverizado para formar el recubrimiento.

El principio de la deposición química de vapor es similar a su principio, y la principal diferencia está en la solución, que es la tecnología de construcción por método químico.

Características de los productos de recubrimiento PVD:

• La superficie del producto es brillante y noble y se puede enchapar con colores intensos.
• En comparación con el revestimiento de agua, la capa de película de PVD tiene una mayor fuerza de unión, alta dureza, resistencia a la fricción, resistencia a la corrosión y un rendimiento más estable.
• No se producen sustancias tóxicas ni contaminantes durante el proceso de producción, lo cual es amigable con el medio ambiente
• Con dos características de baja temperatura y alta energía, puede formar una película en casi cualquier sustrato.
• Cuando el equipo utilizado suele ser más caro, además el proceso es más complejo y costoso, la superficie de la pieza de trabajo debe mantenerse seca y lisa, de lo contrario, el efecto del tratamiento se verá afectado.
• Es la tecnología de tratamiento de superficies metálicas más común.

Características del propio recubrimiento PVD:

• La necesidad de utilizar una sustancia sólida o fundida como material de origen para el proceso de deposición.
• El material de origen se somete a procesos físicos para entrar en la fase gaseosa.
• Requiere un entorno de presión de gas relativamente baja.
• No se producen reacciones químicas en la fase gaseosa ni en la superficie del sustrato.

Ventajas del recubrimiento PVD:

1. Bajas temperaturas de deposición, generalmente por debajo de 600 °C, que tienen poco efecto sobre la resistencia a la flexión del material de la herramienta.
2. El estado de tensión dentro del recubrimiento es el estrés de compresión, que es más adecuado para el recubrimiento de herramientas complejas y de precisión de carburo.
3. Sin contaminación para el medio ambiente, en línea con la tendencia actual de desarrollo de procesos ecológicos y fabricación ecológica.
4. Con el surgimiento del nano-recubrimiento, la calidad de las herramientas recubiertas mejora significativamente, no solo con las ventajas de una alta fuerza de unión, alta dureza y buena resistencia a la oxidación, sino que también controla de manera efectiva la forma y la precisión de los bordes de las herramientas de precisión.

Desventajas del recubrimiento PVD:

1. Complejidad de los equipos de recubrimiento, altos requisitos de proceso y largo tiempo de recubrimiento, lo que hace que aumente el costo de las herramientas.
2. Producción de herramientas con peor resistencia al impacto, dureza y uniformidad, y vida útil más corta que las herramientas producidas técnicamente.
3. Geometría única del producto revestido, que limita el campo de uso.
4. Susceptibilidad a tensiones internas y microfisuras, debido a las diferentes tasas de contracción del recubrimiento y del sustrato durante el enfriamiento.

Categoría de tecnología de recubrimiento PVD:

En la actualidad, hay muchas clasificaciones complicadas en la industria de la tecnología PVD y no existe un estándar de clasificación uniforme. La clasificación de la que hablamos hoy se basa en las diferentes formas de ionización del material objetivo (el material a tratar). Incluye principalmente recubrimiento por evaporación al vacío, recubrimiento por pulverización catódica y recubrimiento iónico.

1. Deposición de vapor al vacío (PVD)

PVD a menudo se denomina deposición de vapor o deposición por evaporación, que es el proceso de calentar el material objetivo al vacío para que se vaporice y se sublime en átomos o moléculas, que se depositan en la superficie de la pieza de trabajo para formar una película delgada. La deposición de vapor al vacío también es el proceso PVD más antiguo, por lo que muchas personas lo tomarán como el representante de todo el proceso PVD, así que preste atención a la distinción.

2. Recubrimiento por pulverización catódica (MSD)

MSD se llena con cierto gas inerte argón Ar en un entorno de vacío, utilizando tecnología de descarga luminiscente para ionizar el argón en estado iónico, el ion de argón acelera y bombardea el cátodo bajo la acción del campo eléctrico, de modo que el objetivo en el cátodo se pulveriza y depositado en la superficie de la pieza de trabajo para formar una capa de película.

3. Recubrimiento de iones (IP)

IP es un entorno de vacío, el uso de varias tecnologías de descarga de gas, el objetivo evaporó parte de la ionización del átomo al mismo tiempo, pero también genera una gran cantidad de partículas neutras de alta energía, depositadas en la superficie de la pieza de trabajo para formar un capa de película

Categoría de proceso de recubrimiento PVD:

Según la diferencia del mecanismo físico durante la deposición, la deposición física de vapor generalmente se divide en tecnología de recubrimiento por evaporación al vacío, recubrimiento por pulverización al vacío, recubrimiento iónico y epitaxia de haz molecular. En los últimos años, el desarrollo de tecnología de película delgada y materiales de película delgada ha progresado rápidamente con logros notables, y sobre la base de la tecnología original de deposición mejorada por haz de iones, tecnología de deposición EDM, tecnología de deposición física de vapor por haz de electrones y La tecnología de deposición por chorro multicapa ha ido surgiendo una tras otra.

1. Tecnología de deposición mejorada por haz de iones (IBED)

La deposición mejorada por haz de iones es una nueva tecnología para la modificación superficial de materiales que integra la inyección de iones y la deposición de película delgada. Se trata de una mezcla de bombardeo con haces de iones de cierta energía mientras el vapor deposita el recubrimiento para formar capas de película monolítica o compuesta. Además de conservar las ventajas de la implantación de iones, permite el crecimiento continuo de capas de espesor arbitrario a baja energía de bombardeo y la síntesis de capas compuestas con proporciones químicas ideales (incluidas nuevas capas que no se pueden obtener a temperatura y presión ambiente) a temperatura ambiente. temperatura o cerca de la temperatura ambiente. Esta tecnología tiene las ventajas de una baja temperatura de proceso (<200 °C), una fuerte unión a todos los sustratos, fase de alta temperatura, fase de subtemperatura y aleación amorfa a temperatura ambiente, fácil control de la composición química y control conveniente del crecimiento. proceso. La principal desventaja es que el haz de iones es de emisión directa, por lo que es difícil tratar superficies con formas complejas.

2. Tecnología de deposición de chispas eléctricas (ESD)

La tecnología EDM consiste en liberar la energía eléctrica de alta energía almacenada en la fuente de alimentación entre el electrodo metálico (ánodo) y el material base metálico (cátodo) de forma instantánea a alta frecuencia, a través de la ionización del aire entre el material del electrodo y el material base. , formando un canal para producir una microzona instantánea de alta temperatura y alta presión en la superficie del material base. Al mismo tiempo, el material del electrodo ionizado se funde y se infiltra en el material base bajo la acción de un campo microeléctrico, formando un enlace metalúrgico. El proceso EDM es un proceso entre soldadura y sputtering o infiltración de elementos, la capa de deposición de metal tratada por tecnología EDM tiene alta dureza y buena resistencia a alta temperatura, corrosión y abrasión, y el equipo es simple y versátil, la unión entre la capa de deposición y el sustrato es muy fuerte y generalmente no se cae, la pieza de trabajo no se recocerá ni deformará después del tratamiento, el grosor de la capa de deposición es fácil de controlar y el método de operación es fácil de dominar. La principal desventaja es la falta de soporte teórico, y la operación aún no ha sido mecanizada y automatizada.

3. Tecnología de deposición física de vapor por haz de electrones (EB-PVD)

La tecnología de deposición física de vapor por haz de electrones es una técnica que utiliza un haz de electrones de alta densidad de energía para calentar directamente el material evaporado, que se deposita en la superficie del sustrato a una temperatura más baja. Esta tecnología tiene las ventajas de una alta tasa de deposición (tasa de evaporación de 10 kg/h~15 kg/h), recubrimiento denso, control fácil y preciso de la composición química, organización de cristales en columnas, ausencia de contaminación y alta eficiencia térmica. Las desventajas de esta tecnología son los equipos costosos y los altos costos de procesamiento. En la actualidad, esta tecnología se ha convertido en un punto caliente para la investigación en varios países.

4. Tecnología de deposición por pulverización multicapa (MLSD)

En comparación con la tecnología de deposición por chorro tradicional, una característica importante de la deposición por chorro multicapa es que el movimiento del sistema receptor y del sistema del crisol se puede ajustar para que el proceso de deposición sea uniforme y la trayectoria no se repita, obteniendo así una superficie depositada plana. Las características principales son: la tasa de enfriamiento durante la deposición es más alta que la de la deposición por chorro convencional y el efecto de enfriamiento es mejor; se pueden preparar piezas de trabajo de gran tamaño sin ninguna influencia en la velocidad de enfriamiento; el proceso es simple y fácil de preparar piezas de trabajo con alta precisión dimensional y superficie uniforme; la tasa de deposición de gotas es alta; la microestructura del material es uniforme y fina, y no hay una reacción interfacial obvia, y las propiedades del material son mejores. Sin embargo, la tecnología aún se encuentra en etapa de investigación, desarrollo y perfeccionamiento, por lo que el estudio de la regularidad de la trayectoria de su deposición a la superficie de la pieza aún carece de base teórica.

Recubrimiento PVD Materiales aplicables:

Además de los materiales naturales, los materiales adecuados para el revestimiento al vacío incluyen: metales, materiales duros y blandos (ABS, ABS+PC, PC, etc.), materiales compuestos, cerámica, vidrio, etc.

El tratamiento superficial de chapado al vacío más utilizado es el aluminio, seguido de la plata y el cobre.

Comparación de los procesos de deposición de vapor comúnmente utilizados:

Tipos	Principio	Caracteristicas	Aplicación
Revestimiento de evaporación al vacío	Sublimación por evaporación	Revestimiento suave y hermoso y alta calidad de superficie	Materiales resistentes a altas temperaturas
Recubrimiento por pulverización catódica	Pulverización por radiofrecuencia	Fuente de RF, alta precisión, película rígida	Películas metálicas/no metálicas, conductoras/no conductoras
Recubrimiento por pulverización catódica	Pulverización de magnetrón	Alta velocidad y baja temperatura, alta precisión, alta pureza y alta densidad	Película metálica/conductora
Recubrimiento iónico	Evaporación / Sputtering	El objetivo permanece sólido y puede colocarse en múltiples ángulos y controlarse individualmente para mejorar la eficiencia y la consistencia del espesor de la película, con una amplia gama de objetivos, alta densidad y alta adherencia.	Películas delgadas de metales/compuestos/cerámicas/semiconductores/superconductores, etc.

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