Вакуумное покрытие (технология PVD)

Вакуумное покрытие (технология PVD)

1. Разработка технологии вакуумных покрытий

Вакуумная технология нанесения покрытий не начинается долгое время. В 1960-х годах CVD (химическое осаждение из паровой фазы) было применено к твердосплавным режущим инструментам. Поскольку технология должна быть реализована при высокой температуре (температура процесса выше 1000 ° C), тип покрытия является одиночным и имеет большие ограничения, поэтому он не был популяризирован вначале. В конце 1970-х годов начала появляться технология PVD (физического осаждения из паровой фазы), и технология PVD-покрытия быстро развивалась в течение короткого периода времени от 20 до 30 лет. Причины следующие:

(1) он образует мембрану в вакуумно-герметичной полости, и практически не существует проблемы загрязнения окружающей среды, которая способствует защите окружающей среды;
(2) он может получить яркую и роскошную поверхность. В цвете присутствуют зрелые семь цветов, серебро, прозрачный, золотой, черный и любой цвет от золотого до черного, который может удовлетворить различные декоративные потребности;
(3) могут быть легко получены керамические покрытия и композитные покрытия с высокой твердостью и износостойкостью, которые трудно получить другими способами. При применении к инструментам и пресс-формам срок службы может быть увеличен вдвое, и может быть достигнут эффект низкой стоимости и высокого дохода.
(4) Кроме того, технология покрытия PVD имеет две характеристики низкой температуры и высокой энергии, и может формировать пленку практически на любой подложке. Поэтому неудивительно, что технология PVD-покрытия имеет широкий спектр применения и быстрое развитие.

С развитием технологии вакуумного покрытия появились PCVD (физико-химическое осаждение из паровой фазы), mt-cvd (среднетемпературное химическое осаждение из паровой фазы) и другие новые технологии. Различное оборудование для нанесения покрытий и процессы нанесения покрытий появились бесконечно. В настоящее время существует два зрелых метода PVD: мультидуговое покрытие и магнетронное распыление. Оборудование для дуговой гальваники простое по конструкции и простое в эксплуатации. Недостаток многодугового покрытия заключается в том, что, когда толщина покрытия достигает 0,3 мкм, скорость осаждения близка к отражательной способности в условиях низкотемпературного покрытия с традиционным источником питания постоянного тока, и формирование пленки становится очень трудным. Кроме того, поверхность мембраны становится мутной. Другой недостаток многодуговой металлизации заключается в том, что металл после испарения испаряется, поэтому частицы осаждения больше, плотность ниже, а износостойкость хуже, чем у магнетронного распыления. Можно видеть, что мультидуговое покрытие и магнетронное напыление имеют преимущества и недостатки соответственно. Чтобы в полной мере использовать их преимущества и как можно больше дополнять друг друга, появилась машина для нанесения покрытий, объединяющая мультидуговую технологию и технологию магнетрона. В этом процессе представлен новый метод многодугового покрытия, затем покрытие сгущается магнетронным распылением, и, наконец, цвет поверхностного покрытия стабилизируется с помощью многодугового покрытия.

2. Технические принципы

PVD (физическое осаждение из паровой фазы) подразделяется на вакуумное испарение, вакуумное напыление и вакуумное ионное осаждение. Мы обычно говорим, что PVD покрытие относится к вакуумному ионному покрытию и вакуумному распылению; Обычно указанное покрытие NCVM относится к вакуумному испарению покрытия.

Основные принципы вакуумного испарения: в условиях вакуума металл и металлические сплавы испаряются, а затем осаждаются на поверхности подложки. Метод испарения обычно используется для нагревания сопротивлением, и электронный луч бомбардирует материал покрытия, чтобы испариться в газовую фазу, а затем нанесен на поверхность подложки. Исторически вакуумное испарение - самая ранняя технология, используемая в методе PVD.

Основной принцип распыления покрытия: в условиях вакуума газообразного аргона (Ar) аргон будет тлеющим разрядом. В это время атомы аргона (Ar) будут ионизироваться в ионы аргона (Ar). Под действием силы электрического поля ионы аргона будут ускорять бомбардировку катодной мишени, выполненной из плакирующего материала, который будет распыляться и осаждаться на поверхности заготовки. Падающие ионы в напыляемом покрытии обычно получают тлеющим разрядом в диапазоне 10-2 Па ~ 10 Па. Следовательно, во время полета к подложке распыленные частицы имеют тенденцию сталкиваться с молекулами газа в вакуумной камере, делая направление движения случайным, и осажденная пленка легко становится однородной.

Основной принцип ионного осаждения: в условиях вакуума, с использованием некоторой технологии плазменной ионизации, так что часть ионизации при ионизации с образованием ионов одновременно вырабатывает много нейтральных атомов с высокой энергией в подложке для нанесения покрытия плюс отрицательное смещение. Таким образом, под действием глубокого отрицательного смещения ионы осаждаются на поверхности подложки, образуя тонкую пленку.

Технологические этапы технологии PVD

1. Очистка заготовки: аргон используется для тлеющего разряда, когда подключено постоянное напряжение, и аргон бомбардируется ионами аргона, которые будут разбрызгивать частицы и грязь на поверхности заготовки.
2. Газификация гальванического покрытия: то есть после переменного тока гальваническое покрытие испаряется.
3. Миграция гальванических ионов: атомы, молекулы или ионы, подаваемые источником газификации, устремляются к заготовке с высокой скоростью после столкновения и высокого напряжения электрического поля;
4. Осаждение атомов, молекул или ионов на подложке: когда количество испаряющихся ионов на поверхности заготовки превышает количество разбрызгиваемых ионов, оно постепенно накапливается, образуя слой покрытия, прочно прилипшего к поверхности заготовки. ,
После ионизации частиц ионным покрытием испарительный материал имеет три тысячи с кинетической энергией в пять тысяч электрон-вольт, высокоскоростные артефакты бомбардировки, не только скорость осаждения является высокой, и способен проникать сквозь поверхность, образуя глубокий диффузионный слой матрицы Глубина диффузии межфазного слоя ионного осаждения будет составлять четыре-пять микрон, то есть глубина диффузии обычного вакуумного покрытия глубоко в десятки раз, даже в сто раз, и так быстро прилипает друг к другу.

Преимущества производительности продукта

1. Технические характеристики

(1) PVD пленка может наноситься непосредственно на нержавеющую сталь и твердый сплав. Для относительно мягких литейных форм, таких как цинковый сплав, медь и железо, сначала следует провести химическое хромирование, а затем подходит PVD-покрытие. Тем не менее, PVD-покрытие после гальванического покрытия легко пузырится, и уровень дефектности высок.
(2) типичная температура обработки покрытия PVD составляет от 250 250 до 450 ℃;
(3) тип и толщина покрытия определяют время процесса, общее время процесса составляет 3 ~ 6 часов;
(4) толщина слоя PVD покрытия микронного сорта, толщина разбавителя, в среднем 0,3 мкм ~ 5 мкм, толщина мембранного слоя декоративного покрытия обычно составляет 0,3 мкм ~ 1 мкм, поэтому это может быть почти не влияет исходные размеры заготовки повышают всевозможные физические свойства и химические свойства на поверхности заготовки и могут поддерживать размер заготовки, не нужно снова после обработки гальваническим покрытием;
(5) Технология PVD не только улучшает прочность сцепления между пленкой покрытия и материалом подложки, но также развивает компоненты покрытия из TiN первого поколения в TiC, TiCN, ZrN, CrN, MoS2, TiAlN, TiAlCN, олово-Aln, CNx. , DLC и ta-c композитные покрытия, формирующие поверхностный эффект разных цветов.
( 6) в настоящее время цвета пленочного слоя могут быть изготовлены из темного золота, светлого золота, кофе, бронзы, рентгеновского, черного, серо-черного, семицветного и т. Д. Цвет плакирования можно контролировать с помощью управления. параметры в процессе нанесения покрытия. После нанесения покрытия значение цвета может быть измерено соответствующими инструментами, так что цвет можно определить количественно, чтобы определить, соответствует ли окрашенный цвет требованиям.

2. Технические преимущества

(1) адгезия покрытия хорошая
В обычном вакуумном покрытии практически отсутствует связь между поверхностью заготовки и покрытием, как будто полностью отделенная. Ионное покрытие, высокоскоростные артефакты ионной бомбардировки, способные проникать сквозь поверхность, образуя глубокий диффузионный слой матрицы, глубина межфазной диффузии ионного покрытия составляла бы четыре-пять микрон, после того как ионное покрытие образца для испытания на растяжение показало, что все путь к разрушению, покрытие металлом, пластическое удлинение, без отслаивания или отслаивания, видно, насколько прочна адгезия, мембранный слой равномерный, плотный.
(2) сильная намотка и покрытие
Во время ионного осаждения частицы испарителя движутся вдоль направления электрического поля в виде заряженных ионов. Следовательно, везде, где есть электрическое поле, можно получить хорошее покрытие, которое намного лучше, чем обычное вакуумное покрытие, которое можно получить только в прямом направлении. Поэтому этот метод очень подходит для внутренних отверстий, канавок и узких швов покрытых металлом деталей. Другие методы трудно обшить детали. При обычном вакуумном покрытии можно наносить покрытие только на прямую поверхность, испаряющиеся частицы, такие как лестница, могут подниматься только по лестнице; И ионное осаждение может быть равномерно вокруг задней части гальванических частей, а внутреннее отверстие, заряженные ионы подобно вертолету, может лететь по заданному маршруту в любое место в пределах радиуса своей активности.

(2) хорошее качество покрытия
Покрытие ионного покрытия компактно, без проколов, пузырьков и даже толщины. Даже поверхность края и бороздка могут быть даже покрыты металлом, не образуют металлическую опухоль. Такие детали, как резьба, также могут быть покрыты металлом, с высокой твердостью, высокой износостойкостью (низкий коэффициент трения), хорошей коррозионной стойкостью и химической стабильностью, более длительный срок службы пленки; В то же время пленка может значительно улучшить внешний вид декоративных свойств заготовки.
(4) упрощенный процесс очистки
Большинство существующих процессов нанесения покрытия требуют тщательной очистки заготовки заранее. Однако сам процесс ионного осаждения играет роль очистки ионной бомбардировки, и эта роль была продолжена в течение всего процесса нанесения покрытия. Превосходный эффект очистки, может сделать покрытие непосредственно рядом с основанием, эффективно улучшить адгезию, упростить много предварительных работ по очистке.

(5) широкий спектр гальванических материалов
Ионное покрытие заключается в использовании высокоэнергетических ионов для бомбардировки поверхности заготовки, чтобы большое количество электрической энергии на поверхности заготовки превращалось в тепловую энергию, чтобы способствовать диффузии поверхностных тканей и химических реакций. Однако высокая температура не влияет на всю заготовку, особенно на центр заготовки. Следовательно, этот процесс нанесения покрытия имеет широкий спектр применения и небольшое ограничение. Как правило, могут быть нанесены различные металлы, сплавы и некоторые синтетические материалы, изоляционные материалы, термочувствительные материалы и материалы с высокой температурой плавления. Может наноситься на металлическую заготовку неметаллической или металлической, также может наноситься на неметаллическую или неметаллическую, даже может покрываться пластиком, резиной, кварцем, керамикой и так далее.

Перспектива рынка и применение

Применение технологии покрытия PVD в основном делится на две категории: декоративное покрытие и покрытие инструмента.
1. Декоративное покрытие
Назначение декоративной обшивки: в основном улучшить внешний вид декоративных характеристик и цвета заготовки, в то же время сделать заготовку более износостойкой, коррозионной и продлить срок ее службы; Этот аспект в основном касается профессии аппаратного обеспечения в каждой области, например, дверной и оконной фурнитуры, замков, сантехники и т. Д. По профессии.

2. Инструменты покрыты металлом
Назначение гальванического покрытия инструмента: в основном для повышения твердости поверхности и износостойкости заготовки, снижения коэффициента трения поверхности, увеличения срока службы заготовки; Этот аспект в основном используется в различных режущих инструментах, токарных инструментах (таких как токарные инструменты, строгальный станок, фреза, сверло и т. Д.) И других продуктах.

IKS PVD, производство вакуумных лакировочных машин из Китая, контакт: iks.pvd@foxmail.com