Cos'è il rivestimento PVD?

Cos'è un rivestimento PVD?

La Physical Vapor Deposition (PVD), nota anche come placcatura sotto vuoto, è emersa negli anni '1970 e ha prodotto film sottili con elevata durezza, basso coefficiente di attrito, buona resistenza all'usura e stabilità chimica. L'applicazione iniziale di successo nel campo degli utensili HSS ha attirato molta attenzione da parte delle industrie manifatturiere di tutto il mondo e le persone stanno sviluppando apparecchiature di rivestimento ad alte prestazioni e alta affidabilità, conducendo anche ricerche più approfondite sulle applicazioni di rivestimento in utensili in metallo duro e ceramica.

Ad oggi, la deposizione fisica da vapore è il tipo di processo di trattamento esterno più sofisticato e di fascia alta disponibile.

Qual è il principio di base del rivestimento PVD?

La deposizione fisica da vapore è un metodo di crescita della reazione fisica in fase vapore. Il processo di deposizione viene effettuato in condizioni di vuoto o di scarico di gas a bassa pressione, cioè in un corpo isotropo a bassa temperatura. La fonte materiale del rivestimento è un materiale solido che viene evaporato o polverizzato per produrre un nuovo rivestimento di un materiale sulla superficie del substrato con proprietà completamente diverse dal substrato.

Ci sono tre fasi principali: evaporazione o polverizzazione del materiale di rivestimento, estrazione del materiale e deposizione del materiale evaporato o polverizzato per formare il rivestimento.

Il principio della deposizione chimica da vapore è simile al suo principio e la differenza principale è nella soluzione, che è la tecnologia di costruzione con metodo chimico.

Caratteristiche dei prodotti di rivestimento PVD:

• La superficie del prodotto è luminosa e nobile e può essere placcata con colori intensi.
• Rispetto alla placcatura in acqua, lo strato di pellicola PVD ha una maggiore forza di legame, elevata durezza, resistenza all'attrito, resistenza alla corrosione e prestazioni più stabili.
• Durante il processo produttivo, che rispetta l'ambiente, non vengono prodotte sostanze tossiche o inquinanti
• Con due caratteristiche di bassa temperatura e alta energia, può formare una pellicola su quasi tutti i substrati.
• L'attrezzatura utilizzata è solitamente più costosa, inoltre il processo è più complesso e più costoso, la superficie del pezzo deve essere mantenuta asciutta e liscia, altrimenti l'effetto del trattamento ne risentirà
• È la tecnologia di trattamento delle superfici metalliche più comune.

Caratteristiche del rivestimento PVD stesso:

• La necessità di utilizzare una sostanza solida o fusa come materiale di partenza per il processo di deposizione.
• Il materiale di partenza è sottoposto a processi fisici per entrare nella fase gassosa
• Richiede un ambiente a pressione del gas relativamente bassa.
• Non si verificano reazioni chimiche in fase gassosa e sulla superficie del substrato.

Vantaggi del rivestimento PVD:

1. Basse temperature di deposizione, generalmente inferiori a 600°C, che hanno scarso effetto sulla resistenza alla flessione del materiale dell'utensile.
2. Lo stato di sollecitazione all'interno del rivestimento è la sollecitazione di compressione, che è più adatta per il rivestimento di utensili di precisione in metallo duro e complessi.
3. Nessun inquinamento per l'ambiente, in linea con l'attuale trend di sviluppo dei processi green e della green manufacturing.
4. Con l'emergere del nano-rivestimento, la qualità degli strumenti rivestiti è notevolmente migliorata, non solo con i vantaggi di elevata forza di adesione, elevata durezza e buona resistenza all'ossidazione, ma controlla anche efficacemente la forma e la precisione dei taglienti degli utensili di precisione.

Svantaggi del rivestimento PVD:

1. Complessità delle apparecchiature di rivestimento, requisiti di processo elevati e lunghi tempi di rivestimento, che fanno aumentare il costo degli strumenti.
2. Produzione di utensili con minore resistenza agli urti, durezza e uniformità e durata di servizio inferiore rispetto agli utensili prodotti tecnicamente.
3. Geometria unica del prodotto rivestito, che limita il campo di utilizzo.
4. Suscettibilità alle sollecitazioni interne e alle microfessurazioni, a causa dei diversi tassi di ritiro del rivestimento e del supporto durante il raffreddamento.

Categoria della tecnologia di rivestimento PVD:

Al momento, ci sono molte classificazioni complicate nel settore della tecnologia PVD e non esiste uno standard di classificazione uniforme. La classificazione di cui parliamo oggi si basa sulle diverse modalità di ionizzazione del materiale target (il materiale da trattare). Comprende principalmente il rivestimento per evaporazione sotto vuoto, il rivestimento per sputtering e il rivestimento ionico.

1. Deposizione di vapore sotto vuoto (PVD)

Il PVD è spesso indicato come deposizione di vapore o deposizione per evaporazione, che è il processo di riscaldamento del materiale target sotto vuoto per farlo vaporizzare e sublimare in atomi o molecole, che vengono depositati sulla superficie del pezzo per formare un film sottile. La deposizione di vapore sotto vuoto è anche il primo processo PVD, quindi molte persone lo prenderanno come rappresentante dell'intero processo PVD, quindi prestare attenzione alla distinzione.

2. Rivestimento a spruzzo (MSD)

L'MSD è riempito con un certo gas inerte argon Ar in un ambiente sotto vuoto, utilizzando la tecnologia di scarica a bagliore per ionizzare l'argon in uno stato ionico, lo ione argon accelera e bombarda il catodo sotto l'azione del campo elettrico, in modo che il bersaglio al catodo venga spruzzato e depositato sulla superficie del pezzo in lavorazione per formare uno strato di pellicola.

3. Rivestimento ionico (IP)

IP è un ambiente sottovuoto, l'uso di varie tecnologie di scarica di gas, la parte target evaporata della ionizzazione dell'atomo allo stesso tempo, ma genera anche un gran numero di particelle neutre ad alta energia, depositate sulla superficie del pezzo per formare un strato di pellicola.

Categoria del processo di rivestimento PVD:

In base alla differenza del meccanismo fisico durante la deposizione, la deposizione fisica da vapore è generalmente suddivisa in tecnologia di rivestimento per evaporazione sotto vuoto, rivestimento per spruzzatura sotto vuoto, rivestimento ionico ed epitassia a fascio molecolare. Negli ultimi anni, lo sviluppo della tecnologia a film sottile e dei materiali a film sottile è progredito rapidamente con risultati notevoli e, sulla base della tecnologia di deposizione potenziata a fascio ionico originale, della tecnologia di deposizione EDM, della tecnologia di deposizione fisica da vapore a fascio di elettroni e la tecnologia di deposizione a getto multistrato è emersa una dopo l'altra.

1. Tecnologia di deposizione potenziata a fascio ionico (IBED)

La deposizione potenziata con fascio ionico è una nuova tecnologia per la modifica della superficie dei materiali che integra l'iniezione di ioni e la deposizione a film sottile. Implica la miscelazione del bombardamento con fasci ionici di una certa energia mentre il vapore deposita il rivestimento per formare strati di pellicola monolitica o composta. Oltre a mantenere i vantaggi dell'impianto ionico, consente la crescita continua di strati di spessore arbitrario a bassa energia di bombardamento e la sintesi di strati composti con rapporti chimici ideali (compresi nuovi strati che non possono essere ottenuti a temperatura e pressione ambiente) a temperatura ambiente temperatura o vicino alla temperatura ambiente. Questa tecnologia presenta i vantaggi di bassa temperatura di processo (<200°C), forte legame a tutti i substrati, fase ad alta temperatura, fase a temperatura inferiore e lega amorfa a temperatura ambiente, facile controllo della composizione chimica e comodo controllo della crescita processi. Lo svantaggio principale è che il fascio ionico è a emissione diretta, quindi è difficile trattare superfici con forme complesse.

2. Tecnologia di deposizione di scintille elettriche (ESD)

La tecnologia EDM consiste nel rilasciare istantaneamente ad alta frequenza l'energia elettrica ad alta energia immagazzinata nell'alimentazione tra l'elettrodo metallico (anodo) e il materiale di base metallico (catodo), attraverso la ionizzazione dell'aria tra il materiale dell'elettrodo e il materiale di base , formando un canale per produrre micro-zona istantanea ad alta temperatura e alta pressione sulla superficie del materiale di base. Allo stesso tempo, il materiale dell'elettrodo ionizzato viene fuso e infiltrato nel materiale di base sotto l'azione del micro campo elettrico, formando un legame metallurgico. Il processo EDM è un processo tra saldatura e sputtering o infiltrazione di elementi, lo strato di deposizione del metallo trattato con tecnologia EDM ha un'elevata durezza e una buona resistenza alle alte temperature, alla corrosione e all'abrasione e l'attrezzatura è semplice e versatile, il legame tra lo strato di deposizione e il substrato è molto resistente e generalmente non cade, il pezzo non verrà ricotto o deformato dopo il trattamento, lo spessore dello strato di deposizione è facile da controllare e il metodo operativo è facile da padroneggiare. Lo svantaggio principale è la mancanza di supporto teorico e l'operazione non è stata ancora meccanizzata e automatizzata.

3. Tecnologia di deposizione fisica da vapore a fascio di elettroni (EB-PVD)

La tecnologia di deposizione fisica da vapore a fascio di elettroni è una tecnica che utilizza un fascio di elettroni ad alta densità di energia per riscaldare direttamente il materiale evaporato, che si deposita sulla superficie del substrato a una temperatura inferiore. Questa tecnologia presenta i vantaggi di un'elevata velocità di deposizione (velocità di evaporazione 10kg/h~15kg/h), rivestimento denso, controllo facile e preciso della composizione chimica, organizzazione del cristallo colonnare, nessun inquinamento ed elevata efficienza termica. Gli svantaggi di questa tecnologia sono apparecchiature costose e costi di elaborazione elevati. Attualmente, questa tecnologia è diventata un punto caldo per la ricerca in vari paesi.

4. Tecnologia di deposizione spray multistrato (MLSD)

Rispetto alla tradizionale tecnologia di deposizione a getto, una caratteristica importante della deposizione a getto multistrato è che il movimento del sistema ricevitore e del sistema a crogiolo può essere regolato in modo che il processo di deposizione sia uniforme e la traiettoria non si ripeta, ottenendo così una superficie depositata piatta. Le caratteristiche principali sono: la velocità di raffreddamento durante la deposizione è superiore a quella della deposizione a getto convenzionale e l'effetto di raffreddamento è migliore; è possibile preparare pezzi di grandi dimensioni senza alcuna influenza sulla velocità di raffreddamento; il processo è semplice e facile per preparare pezzi con elevata precisione dimensionale e superficie uniforme; il tasso di deposizione delle goccioline è elevato; la microstruttura del materiale è uniforme e fine e non vi è alcuna reazione interfacciale evidente e le proprietà del materiale sono migliori. Tuttavia, la tecnologia è ancora in fase di ricerca, sviluppo e perfezionamento, quindi lo studio della regolarità della traiettoria della sua deposizione sulla superficie del pezzo è ancora privo di basi teoriche.

Rivestimento PVD Materiali applicabili:

Oltre ai materiali naturali, i materiali adatti alla placcatura sottovuoto includono: metalli, materiali duri e morbidi (ABS, ABS+PC, PC, ecc.), materiali compositi, ceramica, vetro, ecc.

Il trattamento superficiale di placcatura sottovuoto più comunemente utilizzato è l'alluminio, seguito da argento e rame.

Confronto dei processi di deposizione da vapore comunemente usati:

Tipi	Principio	Caratteristiche	Ambito di applicazione
Rivestimento per evaporazione sotto vuoto	Sublimazione per evaporazione	Rivestimento liscio e bello e alta qualità della superficie	Materiali resistenti alle alte temperature
Rivestimento a spruzzo	Sputtering a radiofrequenza	Sorgente RF, alta precisione, film rigido	Pellicole metalliche/non metalliche, conduttive/non conduttive
Rivestimento a spruzzo	Spruzzi di magnetron	Alta velocità e bassa temperatura, alta precisione, elevata purezza e alta densità	Pellicola metallica/conduttiva
Rivestimento ionico	Evaporazione / Sputtering	Il target rimane solido e può essere posizionato a più angolazioni e controllato individualmente per migliorare l'efficienza e la consistenza dello spessore del film, con un'ampia gamma di target, alta densità e alta adesione	Film sottili di metalli/composti/ceramica/semiconduttori/superconduttori, ecc.

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