Что такое PVD-покрытие?

Что такое PVD-покрытие?

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD), также известное как вакуумное покрытие, появилось в 1970-х годах и позволяло производить тонкие пленки с высокой твердостью, низким коэффициентом трения, хорошей износостойкостью и химической стабильностью. Первоначальное успешное применение в области инструментов из быстрорежущей стали привлекло большое внимание обрабатывающей промышленности по всему миру, и люди разрабатывают высокопроизводительное и надежное оборудование для нанесения покрытий, а также проводят более глубокие исследования в области применения покрытий в твердосплавные и керамические инструменты.

На сегодняшний день физическое осаждение из паровой фазы является наиболее сложным и высокотехнологичным методом внешней обработки.

Каков основной принцип покрытия PVD?

Физическое осаждение из паровой фазы представляет собой метод роста с физической паровой фазой. Процесс осаждения осуществляется в условиях вакуума или газового разряда низкого давления, т.е. в низкотемпературном изотропном теле. Источником материала покрытия является твердый материал, который испаряется или напыляется для получения нового покрытия из материала на поверхности подложки с совершенно отличными от подложки свойствами.

Существует три основных этапа: испарение или распыление материала покрытия, извлечение материала и осаждение испаренного или распыленного материала для формирования покрытия.

Принцип химического осаждения из газовой фазы схож с его принципом, а главное отличие заключается в растворе, представляющем собой технологию строительства химическим методом.

Особенности продуктов с покрытием PVD:

• Поверхность изделия яркая и благородная, может быть окрашена в насыщенные цвета.
• По сравнению с покрытием водой, слой пленки PVD обладает большей силой сцепления, высокой твердостью, сопротивлением трению, коррозионной стойкостью и более стабильными характеристиками.
• В процессе производства не образуются токсичные или загрязняющие вещества, что является безопасным для окружающей среды.
• Обладая двумя характеристиками: низкой температурой и высокой энергией, он может образовывать пленку практически на любой подложке.
• Когда используемое оборудование обычно более дорогое, плюс процесс более сложный и дорогой, поверхность заготовки должна быть сухой и гладкой, иначе эффект обработки будет снижен.
• Является наиболее распространенной технологией обработки поверхности металла.

Особенности самого покрытия PVD:

• Необходимость использования твердого или расплавленного вещества в качестве исходного материала для процесса осаждения.
• Исходный материал подвергается физическим процессам для перехода в газовую фазу.
• Требуется среда с относительно низким давлением газа.
• Никаких химических реакций в газовой фазе и на поверхности подложки не происходит.

Преимущества покрытия PVD:

1. Низкие температуры наплавки, обычно ниже 600°C, мало влияют на прочность на изгиб материала инструмента.
2. Напряженное состояние внутри покрытия представляет собой сжимающее напряжение, которое больше подходит для покрытия твердосплавных прецизионных и сложных инструментов.
3. Отсутствие загрязнения окружающей среды в соответствии с текущей тенденцией развития «зеленых» процессов и «зеленого» производства.
4. С появлением нанопокрытий качество инструментов с покрытием значительно улучшилось не только за счет таких преимуществ, как высокая прочность сцепления, высокая твердость и хорошая стойкость к окислению, но и за счет эффективного контроля формы и точности прецизионных кромок инструментов.

Недостатки PVD-покрытия:

1. Сложность оборудования для нанесения покрытий, высокие требования к процессу и длительное время покрытия, что приводит к увеличению стоимости инструментов.
2. Производство инструментов с меньшей ударной вязкостью, твердостью и однородностью, а также с более коротким сроком службы, чем технически изготовленные инструменты.
3. Единая геометрия изделия с покрытием, ограничивающая область использования.
4. Подверженность внутренним напряжениям и микротрещинам из-за разной скорости усадки покрытия и подложки при остывании.

Категория технологии покрытия PVD:

В настоящее время в индустрии технологий PVD существует множество сложных классификаций, и нет единого стандарта классификации. Классификация, о которой мы говорим сегодня, основана на различных способах ионизации целевого материала (материала, подлежащего обработке). Он в основном включает в себя вакуумное напыление, напыление и ионное покрытие.

1. Вакуумное осаждение паров (PVD)

PVD часто называют осаждением из паровой фазы или напылением, которое представляет собой процесс нагрева целевого материала в вакууме, чтобы заставить его испаряться и сублимировать в атомы или молекулы, которые осаждаются на поверхность заготовки с образованием тонкой пленки. Вакуумное осаждение из паровой фазы также является самым ранним процессом PVD, поэтому многие люди считают его представителем всего процесса PVD, поэтому обратите внимание на различие.

2. Напыление покрытия (MSD)

МСД заполнен определенным инертным газом аргоном Ar в вакуумной среде, с использованием технологии тлеющего разряда для ионизации аргона в ионное состояние, ион аргона ускоряется и бомбардирует катод под действием электрического поля, так что мишень на катоде распыляется и наносится на поверхность заготовки с образованием пленочного слоя.

3. Ионное покрытие (IP)

IP - это вакуумная среда, использование различных газоразрядных технологий, целевая испаряемая часть атомной ионизации одновременно, а также генерация большого количества нейтральных частиц высокой энергии, оседающих на поверхности заготовки для формирования пленочный слой.

Категория процесса покрытия PVD:

В соответствии с различием физического механизма во время осаждения, физическое осаждение из паровой фазы обычно делится на технологию покрытия вакуумным испарением, покрытие вакуумным напылением, ионное покрытие и молекулярно-лучевую эпитаксию. В последние годы развитие тонкопленочных технологий и тонкопленочных материалов быстро развивалось с замечательными достижениями и на основе оригинальной технологии ионно-лучевого осаждения, технологии электроэрозионного осаждения, технологии электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы и Технологии многослойного струйного напыления появлялись одна за другой.

1. Технология ионно-лучевого осаждения (IBED)

Ионно-лучевое осаждение — это новая технология модификации поверхности материалов, которая объединяет инжекцию ионов и осаждение тонких пленок. Он включает бомбардировку смешиванием с ионными пучками определенной энергии при осаждении покрытия из паровой фазы с образованием монолитных или составных пленочных слоев. Помимо сохранения преимуществ ионной имплантации, она позволяет непрерывно выращивать слои произвольной толщины при низкой энергии бомбардировки и синтезировать составные слои с идеальными химическими соотношениями (включая новые слои, которые невозможно получить при комнатной температуре и давлении) при комнатной температуре. температуре или близкой к комнатной температуре. Эта технология имеет преимущества низкой температуры процесса (<200°C), прочного сцепления со всеми субстратами, высокотемпературной фазы, субтемпературной фазы и аморфного сплава при комнатной температуре, легкого контроля химического состава и удобного контроля роста. процесс. Основным недостатком является то, что ионный пучок является прямым, что затрудняет обработку поверхностей сложной формы.

2. Технология электроискрового напыления (ESD)

Технология EDM заключается в мгновенном высвобождении высокой энергии электрической энергии, хранящейся в источнике питания между металлическим электродом (анодом) и металлическим основным материалом (катодом), на высокой частоте посредством ионизации воздуха между материалом электрода и основным материалом. , образуя канал для создания мгновенной микрозоны высокой температуры и высокого давления на поверхности основного материала. В то же время ионизированный материал электрода расплавляется и проникает в основной материал под действием микроэлектрического поля, образуя металлургическую связь. Процесс EDM представляет собой процесс между сваркой и напылением или пропиткой элемента, слой осаждения металла, обработанный по технологии EDM, имеет высокую твердость и хорошую устойчивость к высоким температурам, коррозии и истиранию, а оборудование простое и универсальное, связь между слоем осаждения и подложка очень прочная и, как правило, не отваливается, заготовка не будет отжигаться или деформироваться после обработки, толщину слоя осаждения легко контролировать, а метод работы легко освоить. Основным недостатком является отсутствие теоретического обеспечения, а операция еще не механизирована и не автоматизирована.

3. Технология электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы (EB-PVD).

Технология физического осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча — это метод, в котором используется электронный луч с высокой плотностью энергии для прямого нагрева испаряемого материала, который осаждается на поверхности подложки при более низкой температуре. Эта технология имеет преимущества высокой скорости осаждения (скорость испарения 10 кг/ч ~ 15 кг/ч), плотного покрытия, простого и точного контроля химического состава, столбчатой ​​организации кристаллов, отсутствия загрязнения и высокой термической эффективности. Недостатками этой технологии являются дорогое оборудование и высокие затраты на обработку. В настоящее время эта технология стала горячей точкой для исследований в разных странах.

4. Технология многослойного напыления (MLSD)

По сравнению с традиционной технологией струйного напыления важной особенностью многослойного струйного напыления является то, что движение приемной системы и тигельной системы можно регулировать таким образом, чтобы процесс напыления был равномерным, а траектория не повторялась, что позволило получить плоскую наплавленную поверхность. Основные особенности: скорость охлаждения при напылении выше, чем при обычном струйном напылении, и эффект охлаждения лучше; возможность изготовления крупногабаритных заготовок без влияния на скорость охлаждения; процесс прост и удобен в изготовлении заготовок с высокой точностью размеров и однородной поверхностью; скорость осаждения капель высокая; микроструктура материала однородная и тонкая, нет очевидной межфазной реакции, а свойства материала лучше. Однако технология все еще находится в стадии исследования, разработки и совершенствования, поэтому изучение закономерностей траектории ее осаждения на поверхность заготовки еще не имеет теоретической базы.

Покрытие PVD Применимые материалы:

Помимо природных материалов, к материалам, пригодным для вакуумного покрытия, относятся: металлы, твердые и мягкие материалы (АБС, АБС+ПК, ПК и т. д.), композитные материалы, керамика, стекло и т. д.

Наиболее часто используемой обработкой поверхности вакуумного покрытия является алюминий, за которым следуют серебро и медь.

Сравнение часто используемых процессов осаждения из паровой фазы:

Тип	Принцип	Особенности	Сфера применения
Покрытие вакуумным напылением	Испарительная сублимация	Гладкое, красивое покрытие и высокое качество поверхности	Материалы, устойчивые к высоким температурам
Напыление покрытия	Радиочастотное напыление	Источник РЧ, высокая точность, жесткая пленка	Металлические/неметаллические, проводящие/непроводящие пленки
Напыление покрытия	Магнетронное напыление	Высокая скорость и низкая температура, высокая точность, высокая чистота и высокая плотность	Металл/проводящая пленка
Ионное покрытие	Испарение/распыление	Мишень остается твердой и может быть размещена под разными углами и управляться индивидуально для повышения эффективности и постоянства толщины пленки, с широким диапазоном целей, высокой плотностью и высокой адгезией.	Тонкие пленки металлов/соединений/керамики/полупроводников/сверхпроводников и т.д.

Откройте для себя передовую технологию нанесения PVD-покрытия на BaiQue

Заинтересованы в улучшении характеристик и эстетики вашего продукта с помощью передового PVD-покрытия? В BaiQue Accessories мы гордимся нашей полностью интегрированной производственной линией для нанесения гальванических покрытий PVD, тщательно разработанной и управляемой собственными силами. Это позволяет нам предлагать беспрецедентный контроль качества и индивидуальную настройку на каждом этапе процесса нанесения покрытия. От замысловатых ювелирных изделий до надежных деталей двигателей — наше современное оборудование оснащено всем необходимым для выполнения самых разнообразных требований с точностью и совершенством. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как наши комплексные решения для PVD-покрытия могут изменить вашу продукцию. Почувствуйте разницу BaiQue сегодня.