Применение вакуумного покрытия
Dec 25, 2017| Введение
Вакуум - это среда, в которой давление газа меньше, чем окружающее. Плазма представляет собой газообразную среду, в которой имеется достаточно ионов и электронов, чтобы там была заметная электропроводность. Вакуумное покрытие представляет собой осаждение пленки или покрытия в вакууме (или в плазме с низким давлением). Как правило, этот термин применяется к процессам, которые наносят атомы (или молекулы) по одному за раз, такие как физическое осаждение из паровой фазы (PVD) или процессы химического осаждения из паровой фазы низкого давления (LP-CVD) или плазмообразующий CVD (PECVD). В процессах PVD осаждаемый материал происходит от испарения твердой или жидкой поверхности. В процессах CVD осаждаемый материал происходит от вида химического пара-предшественника, который разлагается путем восстановления или термического разложения, главным образом на горячей поверхности.
В некоторых случаях осаждаемый материал реагирует с газообразной средой или кодируемыми видами для образования пленки сложного материала, такого как оксид, нитрид, карбид или карбонитрид. При обработке CVD использование плазмы для фрагментации предшественника химического пара в паровой фазе позволяет проводить процессы разложения или восстановления при более низких температурах, чем при термической активации. PECVD может выполняться при давлениях, столь же низких, как при использовании PVD-обработки (PECVD низкого давления, LP-PECVD), где пары предшественника разлагаются в основном в плазме. В некоторых случаях для осаждения сплавов, композитов или соединений используется гибридный процесс осаждения PVD и LP-PECVD. Примером являются карбонитриды металлов, где углерод исходит от химического предшественника пара, такого как ацетилен; азот поступает из газа; и металл от испарения, распыления или дугового испарения твердой или жидкой поверхности.
Декоративные и декоративные / износостойкие покрытия
Металлизация для строго декоративных целей - большой рынок. Области применения варьируются от покрывающих полимерных полотен, которые затем превращаются в декоративные применения, такие как воздушные шары и этикетки, на металлизацию трехмерных изделий, таких как спортивные трофеи, цинковые литые и литые полимерные декоративные светильники и косметические контейнеры. Часто эти покрытия состоят из отражающего алюминиевого покрытия, которое наносится на гладкое основное покрытие, затем поверх покрытого окрашенным лаком, чтобы обеспечить покрытие желаемого цвета и текстуры, а также коррозию и износостойкость.
В некоторых применениях, помимо декоративных аспектов покрытия, покрытие должно выдерживать износ. Например, нитрид титана (TiN) окрашен в золотой цвет, а карбонитрид титана (TiC x N y ) может варьироваться в зависимости от цвета от золота до фиолетового до черного. Нитрид циркония (ZrN) имеет цвет латуни и намного более износостойкий и устойчивый к царапинам, чем латунь. Декоративные / износостойкие покрытия используются на дверной фурнитуре, сантехниках, модных предметах, морской технике и других подобных приложениях.
Твердые и износостойкие покрытия
Твердые покрытия часто называют металлургическими покрытиями и представляют собой трибологическое покрытие. Твердые покрытия используются для увеличения эффективности резания и срока службы режущих инструментов и для поддержания допусков размеров компонентов, используемых в приложениях, где может произойти износ, например, литьевых форм. Кроме того, покрытия могут выступать в качестве диффузионного барьера, где высокие температуры создаются движением между поверхностями или защитой от коррозии в агрессивных средах. Существуют различные классы материалов с твердым покрытием. К ним относятся: ионообменные оксиды металлов (Al 2 O 3 , ZrO 2 и TiO 2 ), ковалентно связанные материалы (SiC, борный углерод [B4C], алмаз, алмазоподобный углерод [DLC], TiC, AlN, CrC, смешанные сплавы карбида, нитрида и карбонитрида, кубический нитрид бора) и некоторые металлические сплавы (кобальт-хром-алюминий-иттрий [CoCrAlY], NiAl, NiCrBSi). В некоторых случаях покрытия могут быть слоистыми, чтобы сочетать свойства.
Твердые покрытия также используются для минимизации усталостного износа, например, в шарикоподшипниках. Износостойкие покрытия также могут быть нанесены на поверхности, где имеется легкая или периодическая нагрузка. Например, твердые покрытия наносятся на пластмассы, чтобы улучшить устойчивость к царапинам. Применения выполнены на формованных пластиковых объективах и пластиковых навесах самолетов. В некоторых случаях износостойкие покрытия, такие как SiO 2 или Al 2 O 3 , могут быть нанесены на уже твердые поверхности, такие как стекло, для повышения стойкости к царапинам.
Коррозионные защитные покрытия
Защита от агрессивной химической среды может быть выполнена несколькими способами. Поверхность может быть покрыта инертным материалом или материалом, который образует защитную поверхность после взаимодействия с окружающей средой или с материалом, который будет приживаться в жертву для защиты основного материала. Тантал, платина и углерод являются инертными во многих химических средах. Например, угольные покрытия используются на металлах, которые имплантируются в организм человека для обеспечения совместимости. В аэрокосмической промышленности части покрыты алюминиевым покрытием методом PVD ионного осаждения из паровой фазы (IVD), чтобы предотвратить гальваническую коррозию разнородных материалов в контакте.
Хром, алюминий, кремний и MCrAlY (где M - сплавы Ni, Co, Fe) будут реагировать с кислородом с образованием на поверхности когерентного защитного слоя оксида. Если ионы металлов (Fe, Cu) диффундируют быстрее, чем кислород через оксид, на поверхности образуется толстый оксид. Если кислород диффундирует быстрее через оксид, чем ионы металлов (Al, Si, Ti, Zr - «клапанные» металлы), окисление произойдет на границе раздела и образуется тонкий оксид. Покрытия сплавов MCrAlY используются в качестве защитных покрытий на лопатках турбины авиационных двигателей. Кадмий, алюминий и сплавы Al: Zn используются в качестве гальванических расходуемых покрытий на стали. Вакуумное кадмиевое покрытие («vac cad») имеет преимущество перед гальваническим кадмием в том, что нет возможности водородного охрупчивания высокопрочной стали при использовании обработки вакуумного осаждения.