PVDコーティングとは何ですか？

PVDコーティングとは？

真空めっきとしても知られる物理蒸着 (PVD) は、1970 年代に登場し、高硬度、低摩擦係数、優れた耐摩耗性、および化学的安定性を備えた薄膜を生成しました。 ハイスツールの分野での最初の適用の成功は、世界中の製造業から多くの注目を集めており、人々は高性能で信頼性の高いコーティング装置を開発すると同時に、コーティングアプリケーションのより詳細な研究を行っています。カーバイドおよびセラミックツール。

現在、物理蒸着は、利用可能な最も洗練された最高級の外装処理プロセスです。

PVDコーティングの基本原理は？

物理蒸着は、物理気相反応成長法です。 堆積プロセスは、真空または低圧ガス放出条件下、つまり低温等方性体内で実行されます。 コーティングの材料源は固体材料であり、これを蒸発またはスパッタリングして、基板とはまったく異なる特性を持つ材料の新しいコーティングを基板の表面に生成します。

コーティング材料の蒸発またはスパッタリング、材料の抽出、およびコーティングを形成するための蒸発またはスパッタリング材料の堆積の XNUMX つの主要な段階があります。

化学蒸着の原理はその原理に似ており、主な違いは溶液にあります。これは、化学的方法による構築の技術です。

PVD コーティング製品の特徴:

• 製品の表面は明るく高貴で、豊かな色のメッキが可能です。
• 水メッキと比較して、PVDフィルム層は結合力が高く、硬度が高く、耐摩擦性、耐食性が高く、性能が安定しています。
• 製造過程で有毒物質や汚染物質が発生せず、環境にやさしい
• 低温と高エネルギーというXNUMXつの特徴により、ほぼすべての基板上に成膜できます。
• 使用される機器が通常より高価である場合、さらにプロセスがより複雑で高価になる場合、ワークピースの表面を乾燥した滑らかな状態に保つ必要があります。そうしないと、処理効果が影響を受けます
• 最も一般的な金属表面処理技術です。

PVD コーティング自体の特徴:

• 堆積プロセスのソース材料として固体または溶融物質を使用する必要性。
• 原材料は物理的プロセスを受けて気相に入ります
• 比較的低いガス圧環境が必要です。
• 気相や基板表面では化学反応は起こりません。

PVD コーティングの利点:

1. 一般に 600°C 未満の低い堆積温度は、工具材料の曲げ強度にほとんど影響を与えません。
2. コーティング内の応力状態は圧縮応力であり、超硬精密および複雑なツールのコーティングにより適しています。
3. グリーンプロセスとグリーン製造の現在の開発トレンドに沿って、環境への汚染はありません。
4. ナノコーティングの出現により、コーティングされたツールの品質が大幅に向上し、高い結合強度、高い硬度、および優れた耐酸化性という利点だけでなく、精密ツールエッジの形状と精度を効果的に制御できます。

PVD コーティングの欠点:

1. コーティング装置の複雑さ、高度なプロセス要件、長いコーティング時間により、ツールのコストが増加します。
2. 技術的に製造された工具よりも耐衝撃性、硬度、均一性が低く、耐用年数が短い工具の製造。
3. 使用分野を限定するコーティングされた製品の単一形状。
4. 冷却中のコーティングと基材の収縮率が異なるため、内部応力とマイクロクラックの影響を受けやすい。

PVD コーティング技術のカテゴリ:

現在、PVD 技術業界には多くの複雑な分類があり、統一された分類基準はありません。 今日話している分類は、ターゲット物質 (処理される物質) のイオン化のさまざまな方法に基づいています。 主に真空蒸着コーティング、スパッタリングコーティング、イオンコーティングが含まれます。

1. 真空蒸着 (PVD)

PVD は、多くの場合、蒸着または蒸着と呼ばれます。これは、ターゲット材料を真空下で加熱して気化させ、原子または分子に昇華させ、ワークピースの表面に堆積させて薄膜を形成するプロセスです。 真空蒸着は最も初期の PVD ​​プロセスでもあり、PVD プロセス全体の代表として捉える人も多いので、区別に注意してください。

2. スパッタ コーティング (MSD)

MSD は真空環境で特定の不活性ガス アルゴン Ar で満たされ、グロー放電技術を使用してアルゴンをイオン状態にイオン化し、アルゴン イオンが電界の作用で加速してカソードに衝突し、カソードのターゲットがスパッタリングされ、ワークピースの表面に付着して皮膜層を形成します。

3. イオンコーティング（IP）

IPは真空環境であり、さまざまなガス放電技術を使用し、同時に原子イオン化のターゲット蒸発部分ですが、ワークピースの表面に堆積して形成する高エネルギー中性粒子を多数生成しますフィルム層。

PVD コーティング プロセス カテゴリ:

蒸着中の物理機構の違いにより、物理蒸着は一般に真空蒸着コーティング技術、真空スパッタリングコーティング、イオンコーティング、分子線エピタキシーに分けられます。 近年、薄膜技術や薄膜材料の開発は目覚ましい成果を挙げて急速に進歩し、独自のイオンビーム強化蒸着技術、放電加工技術、電子ビーム物理蒸着技術、多層ジェット蒸着技術が次々と登場。

1. イオンビーム強化蒸着技術 (IBED)

イオンビーム強化蒸着は、イオン注入と薄膜蒸着を統合した、材料の表面改質のための新しい技術です。 これは、モノリシックまたは複合膜層を形成するためにコーティングを蒸着しながら、特定のエネルギーのイオンビームと混合する衝撃を伴います。 イオン注入の利点を保持することに加えて、低衝撃エネルギーで任意の厚さの層を連続的に成長させ、理想的な化学比を持つ化合物層 (室温と圧力では得られない新しい層を含む) を室温で合成することができます。室温または室温付近。 この技術には、低いプロセス温度 (<200°C)、すべての基板への強力な結合、室温での高温相、低温相、アモルファス合金、化学組成の容易な制御、および成長の便利な制御という利点があります。処理する。 主な欠点は、イオン ビームが直接放出されるため、複雑な形状の表面を処理することが難しいことです。

2. 放電加工技術（ESD）

EDM 技術は、金属電極 (陽極) と金属基材 (陰極) の間の電源に蓄えられた高エネルギーの電気エネルギーを、電極材料と基材の間の空気のイオン化により、高周波で瞬時に放出することです。 、基材の表面に瞬間的な高温高圧のマイクロゾーンを生成するためのチャネルを形成します。 同時に、イオン化された電極材料が溶融し、微小電界の作用で母材に浸透し、金属結合を形成します。 EDMプロセスは、溶接とスパッタリングまたは要素浸透の間のプロセスであり、EDM技術で処理された金属堆積層は、硬度が高く、高温、腐食、摩耗に対する耐性が高く、機器はシンプルで用途が広く、堆積層間の結合基板は非常に強く、一般的に脱落しません。処理後にワークピースがアニールまたは変形することはありません。堆積層の厚さは制御しやすく、操作方法は習得しやすいです。 主な欠点は、理論的なサポートの欠如であり、操作はまだ機械化および自動化されていません。

3. 電子ビーム物理蒸着技術（EB-PVD）

電子ビーム物理蒸着技術は、高エネルギー密度の電子ビームを使用して蒸発材料を直接加熱し、低温で基板の表面に堆積させる技術です。 この技術には、高い堆積速度 (10kg/h~15kg/h の蒸発速度)、緻密なコーティング、化学組成の簡単かつ正確な制御、柱状結晶組織、無公害、および高い熱効率という利点があります。 この技術の欠点は、高価な機器と高い処理コストです。 現在、この技術は各国で研究のホットスポットとなっています。

4. 多層スプレー蒸着技術 (MLSD)

従来のジェット蒸着技術と比較して、多層ジェット蒸着の重要な特徴は、レシーバー システムとるつぼシステムの動きを調整できるため、蒸着プロセスが均一になり、軌道が繰り返されず、平坦な蒸着面が得られることです。 主な特徴は次のとおりです。堆積中の冷却速度は、従来のジェット堆積よりも高く、冷却効果が優れています。 冷却速度に影響を与えることなく、大型のワークピースを準備できます。 プロセスはシンプルで、高い寸法精度と均一な表面を備えたワークピースを簡単に準備できます。 液滴の堆積率が高い。 材料の微細構造は均一で微細であり、明らかな界面反応はなく、材料特性は優れています。 ただし、この技術はまだ研究、開発、完成の段階にあるため、ワークピースの表面への堆積の軌跡の規則性研究にはまだ理論的根拠がありません。

PVD コーティング適用材料:

真空めっきに適した材料は、天然素材の他、金属、硬質・軟質材料（ABS、ABS+PC、PCなど）、複合材料、セラミックス、ガラスなど。

最も一般的に使用される真空メッキの表面処理はアルミニウムで、銀と銅がそれに続きます。

一般的に使用される蒸着プロセスの比較:

種類	原則	特徴	アプリケーションの範囲
真空蒸着コーティング	蒸発昇華	滑らかで美しいコーティングと高い表面品質	耐熱材料
スパッタコーティング	高周波スパッタリング	RF ソース、高精度、剛性フィルム	金属/非金属、導電性/非導電性フィルム
スパッタコーティング	マグネトロンスパッタリング	高速・低温・高精度・高純度・高密度	金属・導電膜
イオンコーティング	蒸着・スパッタリング	ターゲットは固体のままで、複数の角度で配置し、個別に制御して効率と膜厚の一貫性を向上させることができ、幅広いターゲット、高密度、高接着性を備えています	金属・化合物・セラミックス・半導体・超伝導体などの薄膜

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