Qu'est-ce que le revêtement PVD ?

Qu'est-ce qu'un revêtement PVD ?

Le dépôt physique en phase vapeur (PVD), également connu sous le nom de placage sous vide, est apparu dans les années 1970 et a produit des films minces avec une dureté élevée, un faible coefficient de frottement, une bonne résistance à l'usure et une stabilité chimique. L'application réussie initiale dans le domaine des outils HSS a attiré beaucoup d'attention de la part des industries manufacturières du monde entier, et les gens développent des équipements de revêtement haute performance et haute fiabilité, tout en menant des recherches plus approfondies sur les applications de revêtement dans outils en carbure et en céramique.

À ce jour, le dépôt physique en phase vapeur est le type de traitement extérieur le plus sophistiqué et le plus sophistiqué disponible.

Quel est le principe de base du revêtement PVD ?

Le dépôt physique en phase vapeur est une méthode de croissance par réaction physique en phase vapeur. Le procédé de dépôt est réalisé sous vide ou dans des conditions de décharge gazeuse à basse pression, c'est-à-dire dans un corps isotrope à basse température. La source matérielle du revêtement est un matériau solide qui est évaporé ou pulvérisé pour produire un nouveau revêtement d'un matériau sur la surface du substrat avec des propriétés complètement différentes du substrat.

Il y a trois étapes principales : l'évaporation ou la pulvérisation du matériau de revêtement, l'extraction du matériau et le dépôt du matériau évaporé ou pulvérisé pour former le revêtement.

Le principe du dépôt chimique en phase vapeur est similaire à son principe, et la principale différence réside dans la solution, qui est la technologie de construction par méthode chimique.

Caractéristiques des produits de revêtement PVD :

• La surface du produit est brillante et noble et peut être plaquée de couleurs riches.
• Par rapport au placage à l'eau, la couche de film PVD a une plus grande force de liaison, une dureté élevée, une résistance au frottement, une résistance à la corrosion et des performances plus stables.
• Aucune substance toxique ou polluante n'est produite pendant le processus de production, ce qui est respectueux de l'environnement
• Avec deux caractéristiques de basse température et de haute énergie, il peut former un film sur presque n'importe quel substrat.
• Lorsque l'équipement utilisé est généralement plus cher, plus le processus est plus complexe et plus coûteux, la surface de la pièce doit être maintenue sèche et lisse, sinon l'effet du traitement sera affecté
• Est la technologie de traitement de surface métallique la plus courante.

Caractéristiques du revêtement PVD lui-même :

• La nécessité d'utiliser une substance solide ou fondue comme matériau source pour le processus de dépôt.
• Le matériau source est soumis à des processus physiques pour entrer dans la phase gazeuse
• Nécessite un environnement à pression de gaz relativement faible.
• Aucune réaction chimique ne se produit en phase gazeuse et à la surface du substrat.

Avantages du revêtement PVD :

1. Températures de dépôt basses, généralement inférieures à 600°C, qui ont peu d'effet sur la résistance à la flexion du matériau de l'outil.
2. L'état de contrainte à l'intérieur du revêtement est une contrainte de compression, qui convient mieux au revêtement d'outils de précision en carbure et d'outils complexes.
3. Aucune pollution de l'environnement, conformément à la tendance actuelle de développement des processus verts et de la fabrication verte.
4. Avec l'émergence du nano-revêtement, la qualité des outils revêtus est considérablement améliorée, non seulement avec les avantages d'une force de liaison élevée, d'une dureté élevée et d'une bonne résistance à l'oxydation, mais également un contrôle efficace de la forme et de la précision des arêtes d'outils de précision.

Inconvénients du revêtement PVD :

1. Complexité de l'équipement de revêtement, exigences de processus élevées et long temps de revêtement, ce qui fait augmenter le coût des outils.
2. Production d'outils avec une résistance aux chocs, une dureté et une uniformité inférieures et une durée de vie plus courte que les outils fabriqués techniquement.
3. Géométrie unique du produit enrobé, ce qui limite le domaine d'utilisation.
4. Sensibilité aux contraintes internes et aux microfissures, en raison des taux de retrait différents du revêtement et du substrat lors du refroidissement.

Catégorie de technologie de revêtement PVD :

À l'heure actuelle, il existe de nombreuses classifications compliquées dans l'industrie de la technologie PVD et il n'existe pas de norme de classification uniforme. La classification dont nous parlons aujourd'hui est basée sur les différentes voies d'ionisation du matériau cible (le matériau à traiter). Il comprend principalement le revêtement par évaporation sous vide, le revêtement par pulvérisation cathodique et le revêtement ionique.

1. Dépôt en phase vapeur sous vide (PVD)

Le PVD est souvent appelé dépôt en phase vapeur ou dépôt par évaporation, qui est le processus de chauffage du matériau cible sous vide pour le faire se vaporiser et se sublimer en atomes ou molécules, qui sont déposés sur la surface de la pièce pour former un film mince. Le dépôt en phase vapeur sous vide est également le premier processus PVD, de sorte que de nombreuses personnes le prendront comme le représentant de l'ensemble du processus PVD, alors faites attention à la distinction.

2. Revêtement par pulvérisation (MSD)

MSD est rempli de certains gaz inertes argon Ar dans un environnement sous vide, en utilisant la technologie de décharge luminescente pour ioniser l'argon à l'état ionique, l'ion argon accélère et bombarde la cathode sous l'action du champ électrique, de sorte que la cible à la cathode est pulvérisée et déposé à la surface de la pièce pour former une couche de film.

3. Revêtement ionique (IP)

IP est un environnement sous vide, l'utilisation de diverses technologies de décharge de gaz, la cible a évaporé une partie de l'ionisation de l'atome en même temps, mais génère également un grand nombre de particules neutres à haute énergie, déposées à la surface de la pièce pour former un couche de film.

Catégorie de processus de revêtement PVD :

Selon la différence de mécanisme physique lors du dépôt, le dépôt physique en phase vapeur est généralement divisé en technologie de revêtement par évaporation sous vide, revêtement par pulvérisation sous vide, revêtement ionique et épitaxie par faisceau moléculaire. Ces dernières années, le développement de la technologie des couches minces et des matériaux à couches minces a progressé rapidement avec des réalisations remarquables, et sur la base de la technologie originale de dépôt amélioré par faisceau ionique, de la technologie de dépôt EDM, de la technologie de dépôt physique en phase vapeur par faisceau d'électrons et les technologies de dépôt par jet multicouches sont apparues les unes après les autres.

1. Technologie de dépôt amélioré par faisceau d'ions (IBED)

Le dépôt assisté par faisceau d'ions est une nouvelle technologie de modification de surface de matériaux qui intègre l'injection d'ions et le dépôt de couches minces. Cela implique un mélange par bombardement avec des faisceaux d'ions d'une certaine énergie tout en déposant le revêtement en phase vapeur pour former des couches de film monolithiques ou composées. En plus de conserver les avantages de l'implantation ionique, il permet la croissance continue de couches d'épaisseur arbitraire à faible énergie de bombardement et la synthèse de couches composées avec des rapports chimiques idéaux (y compris de nouvelles couches qui ne peuvent pas être obtenues à température et pression ambiantes) à température ambiante. température ou proche de la température ambiante. Cette technologie présente les avantages d'une température de processus basse (<200 °C), d'une forte adhérence à tous les substrats, d'une phase à haute température, d'une phase à sous-température et d'un alliage amorphe à température ambiante, d'un contrôle facile de la composition chimique et d'un contrôle pratique de la croissance traiter. Le principal inconvénient est que le faisceau d'ions est à émission directe, il est donc difficile de traiter des surfaces aux formes complexes.

2. Technologie de dépôt par étincelle électrique (ESD)

La technologie EDM consiste à libérer l'énergie électrique à haute énergie stockée dans l'alimentation entre l'électrode métallique (anode) et le matériau de base métallique (cathode) instantanément à haute fréquence, grâce à l'ionisation de l'air entre le matériau d'électrode et le matériau de base , formant un canal pour produire une micro-zone instantanée à haute température et haute pression sur la surface du matériau de base. En même temps, le matériau d'électrode ionisé est fondu et infiltré dans le matériau de base sous l'action d'un micro champ électrique, formant une liaison métallurgique. Le processus EDM est un processus entre le soudage et la pulvérisation cathodique ou l'infiltration d'éléments, la couche de dépôt métallique traitée par la technologie EDM a une dureté élevée et une bonne résistance aux hautes températures, à la corrosion et à l'abrasion, et l'équipement est simple et polyvalent, la liaison entre la couche de dépôt et le substrat est très résistant et ne tombe généralement pas, la pièce ne sera pas recuite ou déformée après le traitement, l'épaisseur de la couche de dépôt est facile à contrôler et la méthode de fonctionnement est facile à maîtriser. Le principal inconvénient est le manque de support théorique, et l'opération n'a pas encore été mécanisée et automatisée.

3. Technologie de dépôt physique en phase vapeur par faisceau d'électrons (EB-PVD)

La technologie de dépôt physique en phase vapeur par faisceau d'électrons est une technique qui utilise un faisceau d'électrons à haute densité d'énergie pour chauffer directement le matériau évaporé, qui est déposé sur la surface du substrat à une température plus basse. Cette technologie présente les avantages d'un taux de dépôt élevé (taux d'évaporation de 10 kg/h ~ 15 kg/h), d'un revêtement dense, d'un contrôle facile et précis de la composition chimique, d'une organisation cristalline colonnaire, d'aucune pollution et d'une efficacité thermique élevée. Les inconvénients de cette technologie sont un équipement coûteux et des coûts de traitement élevés. À l'heure actuelle, cette technologie est devenue un point chaud pour la recherche dans divers pays.

4. Technologie de dépôt par pulvérisation multicouche (MLSD)

Par rapport à la technologie traditionnelle de dépôt par jet, une caractéristique importante du dépôt par jet multicouche est que le mouvement du système récepteur et du système de creuset peut être ajusté de sorte que le processus de dépôt soit uniforme et que la trajectoire ne se répète pas, obtenant ainsi une surface déposée plate. Les principales caractéristiques sont les suivantes : la vitesse de refroidissement pendant le dépôt est supérieure à celle du dépôt par jet conventionnel et l'effet de refroidissement est meilleur ; les pièces de grande taille peuvent être préparées sans aucune influence sur la vitesse de refroidissement ; le processus est simple et facile à préparer des pièces avec une précision dimensionnelle élevée et une surface uniforme ; le taux de dépôt de gouttelettes est élevé ; la microstructure du matériau est uniforme et fine, et il n'y a pas de réaction interfaciale évidente, et les propriétés du matériau sont meilleures. Cependant, la technologie est encore au stade de la recherche, du développement et de la perfection, de sorte que l'étude de la régularité de la trajectoire de son dépôt à la surface de la pièce manque encore de base théorique.

Revêtement PVD Matériaux applicables :

Outre les matériaux naturels, les matériaux adaptés au placage sous vide comprennent : les métaux, les matériaux durs et mous (ABS, ABS+PC, PC, etc.), les matériaux composites, la céramique, le verre, etc.

Le traitement de surface de placage sous vide le plus couramment utilisé est l'aluminium, suivi de l'argent et du cuivre.

Comparaison des procédés de dépôt en phase vapeur couramment utilisés :

Types	Principe	Fonctionnalités:	Champ d'application
Revêtement par évaporation sous vide	Sublimation par évaporation	Revêtement lisse et beau et qualité de surface élevée	Matériaux résistants aux hautes températures
Revêtement par pulvérisation	Pulvérisation par radiofréquence	Source RF, haute précision, film rigide	Films métalliques/non métalliques, conducteurs/non conducteurs
Revêtement par pulvérisation	Pulvérisation magnétron	Haute vitesse et basse température, haute précision, haute pureté et haute densité	Métal/film conducteur
Revêtement ionique	Évaporation / Pulvérisation	La cible reste solide et peut être placée sous plusieurs angles et contrôlée individuellement pour améliorer l'efficacité et la cohérence de l'épaisseur du film, avec une large gamme de cibles, une densité élevée et une adhérence élevée	Couches minces de métaux/composés/céramiques/semi-conducteurs/supraconducteurs, etc.

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