پوشش خلاء (PVD Technology)

پوشش خلاء (فن آوری PVD)

1. توسعه تکنولوژی پوشش خلاء

فن آوری پوشش خلاء برای مدت طولانی شروع نمی شود. در دهه 1960، تکنولوژی CVD (تخمیر بخار شیمیایی) برای ابزارهای برشکاری کاربید استفاده شد. همانطور که تکنولوژی باید در دمای بالا انجام شود (دمای فرایند بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد)، نوع پوشش یکنواخت است و دارای محدودیت های زیادی است، بنابراین در ابتدا محبوبیت نداشت. در اواخر دهه 1970 تکنولوژی PVD (رسوب بخار فیزیکی) ظاهر شد و تکنولوژی پوشش PVD در کوتاه مدت از 20 تا 30 سال به سرعت توسعه یافت. دلایل به شرح زیر است:

(1) آن یک غشا در حفره بسته بندی خلاء تشکیل شده است، و تقریبا هیچ آلودگی محیط زیست وجود دارد، که منجر به حفاظت از محیط زیست می شود؛
(2) می تواند سطح روشن و لوکس را به دست آورد. در رنگ، به رنگ سفید، هفت رنگ، نقره، شفاف، طلایی، سیاه و سفید و هر رنگ از طلایی به سیاه و سفید، که می تواند نیازهای مختلف تزئینی را مشاهده کنید وجود دارد؛
(3) پوشش های سرامیکی و پوششهای کامپوزیتی با سختی بالا و مقاومت در برابر سایش که برای به دست آوردن سایر روش ها دشوار است، می تواند به آسانی به دست آید. هنگامی که به ابزار و قالب ها اعمال می شود، عمر سرویس می تواند دو برابر شود و اثر کم هزینه و درآمد بالا می تواند به دست آید.
(4) علاوه بر این، فن آوری پوشش PVD دارای دو ویژگی از درجه حرارت پایین و انرژی بالا است، و می تواند فیلم در تقریبا هر سوبستره. بنابراین، جای تعجب نیست که تکنولوژی پوشش PVD دارای طیف وسیعی از برنامه های کاربردی و توسعه سریع است.

با توسعه تکنولوژی پوشش خلاء، PCVD (رسوب بخار فیزیکی و شیمیایی)، mt-cvd (درجه حرارت متوسط بخار شیمیایی شیمیایی) و سایر تکنولوژی های جدید ظهور کرده است. تجهیزات پوشش و فرآیندهای پوششی مختلف به صورت بی پایان ظاهر شده است. در حال حاضر دو روش متداول PVD وجود دارد: چند لایه سازی و اسپکترومغناطیسی مگنترون. تجهیزات گرمایش چند قوس ساده در ساختار و آسان به کار است. ناکارآمدی چند قوس الکتریکی این است که وقتی که ضخامت پوشش به 0.3um برسد، نرخ رسوب نزدیک به بازتابی تحت شرایط پوشش حرارت پایین با منبع تغذیه سنتی DC است و شکل گیری فیلم بسیار دشوار است. علاوه بر این، سطح غشاء غلیظ می شود. یکی دیگر از ناکارآمدیهای چندخطی این است که فلز پس از ذوب تبخیر میشود، بنابراین ذرات رسوب بزرگتر هستند، تراکم پایینتر است، و مقاومت به سایش بدتر از پاشش مگنترون است. دیده می شود که پوشش چند قوسی و پوشش اسپری مگنترون دارای مزایا و معایب است. به منظور ارائه بازی کامل به مزایای خود و به حداکثر رساندن یکدیگر، دستگاه پوشش دستگاه یکپارچه سازی فن آوری چندگانه و فناوری مگنترون ساخته شده است. در این فرایند، روش جدیدی از چند عایقکاری ارائه شده است و پس از آن لایه ی پوشش مگنترون تشدید می شود و در نهایت رنگ پوشش سطح توسط چند لایه پوشش تثبیت می شود.

2. اصول فنی

PVD (رسوب بخار فیزیکی) به تبخیر خلاء رسوب، رسوب خلاء اسپری و رسوب یون خلاء تقسیم می شود. ما معمولا می گویند که پوشش PVD، اشاره به پوشش خلاء یون و اسپکتروسکوپی خلاء؛ معمولا پوشش NCVM، به پوشش تبخیری خلاء اشاره دارد.

اصول پایه تبخیر خلاء: تحت شرایط خلاء، فلزات و آلیاژهای فلزی تبخیر می شوند و سپس روی سطح بستر قرار می گیرند. روش تبخیر معمولا برای گرم شدن مقاومت استفاده می شود و پرتو الکترونی مواد بتنی را به فاز گاز تبدیل می کند و سپس روی سطح بستر قرار می گیرد. از لحاظ تاریخی، تبخیر خلاء اولین تکنولوژی استفاده شده در روش PVD است.

اصل اصلی پوشش لکه: تحت شرایط خلاء گاز آرگون (Ar)، آرگون تبخیر خواهد شد تخلیه شده است. در این زمان، اتم های آرگون (Ar) به یون های آرگون (Ar) یونیزه می شوند. تحت اثر نیروی میدان الکتریکی، یونهای آرگون بمباران هدف کاتد را از مواد غرقابی، که بر روی سطح کار قطعه می شود، تشدید می کنند، تسریع می کنند. یون های حادثه ای در پوشش لکه ای به طور کلی توسط تخلیه درخشندگی در دامنه 10-2 Pa ~ 10Pa به دست می آیند. بنابراین، در طول پرواز به بستر، ذرات پراکنده با مولکول های گاز در محفظه خلاء برخورد می کنند، مسیر حرکت را تصادفی می کنند و فیلم پوشیده شده می تواند یکنواخت باشد.

اصول اولیه یون سازی: تحت شرایط خلاء، با استفاده از نوعی از تکنولوژی یونیزاسیون پلاسما، به طوری که اتم اشعه ماوراء بنفش بخش یونیزاسیون به یون، در عین حال تولید بسیاری از اتم های خنثی با انرژی بالا، در substrate پوشش و منفی تعصب. به این ترتیب، تحت اثر تعصب عمیق منفی، یون ها بر روی سطح سوبسترای رسوب می شوند تا یک فیلم نازک ایجاد شود.

مراحل فرآیند فن آوری PVD

1. تمیز کردن قطعه کار: آرگون برای تخلیه درخشش مورد استفاده قرار می گیرد وقتی که برق dc متصل است و آرگون با یون های آرگون بمباران می شود، که ذرات و خاک را بر روی سطح قطعه پرتاب می کند.
2. گازپاشایی: پس از ac، تبخیر تبخیر می شود.
3. مهاجرت یونهای رسوب: اتمها، مولکولها یا یونهای تولید شده توسط منبع گازسیون، با سرعت بالا پس از برخورد و میدان الکتریکی ولتاژ بالا به قطعه کار می پردازند.
4. رسوب اتم ها، مولکول ها یا یون های پوشش در بستر: زمانی که مقدار یون های تبخیر شده روی سطح قطعه کار بیش از مقدار یون های پراکنده شده است، به تدریج تجمع می یابد تا یک لایه از پوشش را به طور قاطع به سطح قطعه کار متصل کند .
پس از یونیزاسیون ذرات یون سازی، مواد تبخیر دارای سه هزار تن به انرژی جنبشی پنج هزار ولت و مصنوعات بمباران با سرعت بالا هستند و نه تنها سرعت سپرده سریع است و قادر به نفوذ به سطح می شود و عمیق به لایه انتشار ماتریکس عمق نفوذ پخش یون از 4 تا 5 میکرون، به عبارت دیگر، از عمق نفوذ پوشش جامد خلاء عمیق ده ها بار، حتی صد بار، و به سرعت به هم متصل می شود.

مزایای عملکرد محصول

1. ویژگی های فنی

(1) PVD فیلم را می توان به طور مستقیم بر روی فولاد ضد زنگ و آلیاژ سخت پوشیده شده است. برای ریخته گری های نرم نسبتا نرم مانند آلیاژ روی، مس و آهن، ابتدا باید پوشش کروم شیمیایی انجام شود و پس از آن PVD پوشش مناسب باشد. با این حال، پوشش PVD پس از آبکاری آسان به حباب، و نرخ نقص بالا است.
(2) درجه حرارت پردازش پوشش PVD معمولی از 250 ℃ تا 450 ℃؛
(3) نوع پوشش و ضخامت تعیین زمان روند، زمان پردازش عمومی 3 ~ 6 ساعت است؛
(4) ضخامت لایه پوشش PVD از درجه میکرون، ضخامت نازک، به طور متوسط 0.3 mU ~ 5 میکرون، ضخامت لایه غشای پوشش تزئینی معمولا 0.3 mU ~ 1 mu m، بنابراین می توان تقریبا تاثیر نمی گذارد اندازه اصلی قطعه کار تمام انواع خواص فیزیکی و خواص شیمیایی بر روی سطح قطعه را افزایش می دهد و می تواند اندازه قطعه کار را حفظ کند، پس از پردازش پوشش، نیازی به دوباره نباشد؛
(5) فن آوری PVD نه تنها باعث افزایش استحکام اتصال بین پوشش فیلم و مواد بستر می شود، بلکه همچنین اجزای پوشش را از نسل اول TiN به TiC، TiCN، ZrN، CrN، MoS2، TiAlN، TiAlCN، Tin-Aln، CNx ، پوشش های کامپوزیتی DLC و ta-c، تشکیل اثر سطحی رنگ های مختلف.
( 6) در حال حاضر، رنگ لایه فیلم را می توان ساخته شده است طلای تیره، طلای سبک، قهوه، برنز، پرتو گام، سیاه و سفید، خاکستری سیاه، هفت رنگ و غیره. رنگ پوشش را می توان با کنترل پارامترهای در فرایند پوشش. پس از پوشش، مقدار رنگ را می توان با ابزار مربوطه اندازه گیری کرد، به طوری که رنگ را می توان برای تعیین اینکه آیا رنگ پلاستیکی مطابق با الزامات است، اندازه گیری می شود.

2. مزایای فنی

(1) عملکرد چسبندگی پوشش خوب است
در پوشش خلاء معمول، تقریبا هیچ ارتباطی بین سطح قطعه کار و پوشش وجود ندارد، به شرط اینکه کاملا جدا شود. غلظت یون ها، مصنوعات با سرعت بالا بمباران یون، قادر به نفوذ به سطح، تشکیل عمقی به لایه انتشار ماتریکس، عمق نفوذ پخش یون چهار تا پنج میکرون است، پس از آن که یون سازی نمونه برای آزمون کششی نشان داد که تمام راه رفتن به شکستگی، پوشش با ماتریس کشش پلاستیک فلزی، بدون لایه برداری و یا پوسته پوسته شدن، قابل مشاهده چقدر چسبندگی قوی، پوشش یکنواخت غشاء، متراکم است.
(2) قدرت سیم پیچ و سرامیک
در طی جوش یون، ذرات تبخیر کننده در امتداد میدان الکتریکی به شکل یون های شار حرارتی حرکت می کنند. بنابراین، در هر جایی که میدان الکتریکی وجود دارد، پوشش خوب می تواند بدست آید، که بسیار بهتر از پوشش خلاء معمولی است که تنها می تواند در جهت مستقیم به دست آید. بنابراین، این روش برای سوراخ های داخلی، شیارها و اتصالات باریک از قطعات قابل لایه مناسب است. روشهای دیگر برای پوشاندن قطعات سخت است. با پوشش جامد معمولی تنها می تواند سطح مستقیم را پوشش دهد، ذرات تبخیری مانند نردبان کوهنوردی، تنها می توانند نردبان را بالا ببرند؛ و جوش یونی می تواند به طور یکنواخت در اطراف قسمت های پوشش داده شده و سوراخ داخلی، یون های شارژ مانند یک هلیکوپتر باشد، می تواند در امتداد مسیر تجویز شده به هر مکان در شعاع فعالیت آن پرواز کند.

(2) کیفیت پوشش خوب
پوشش یون پوشش دارای فشردگی، بدون پین هول، حباب و حتی ضخامت است. حتی سطح لبه و شیار می تواند حتی پوشیده شده، تومور فلزی را تشکیل نمی دهند. قطعات مانند موضوع نیز می تواند با سختی بالا، مقاومت در برابر سایش بالا (ضریب اصطکاک کم)، مقاومت در برابر خوردگی خوب و ثبات شیمیایی، طول عمر فیلم بیشتر شود. در همان زمان فیلم می تواند به شدت بهبود ظاهر خواص تزئینی قطعه کار.
(4) ساده سازی فرایند تمیز کردن
اکثر فرایندهای پوشش موجود مستلزم تمیزکاری دقیق از قطعه کار در پیش است. با این حال، فرایند یون سازی به خودی خود نقش تمیز کردن بمباران یونی دارد و این نقش در طول فرایند پوشش ادامه یافته است. اثر تمیز عالی، می تواند پوشش را به طور مستقیم به بستر ایجاد، به طور موثر چسبندگی را افزایش می دهد، کارهای تمیز کردن قبل از پوشش را ساده کرده است.

(5) طیف گسترده ای از مواد پوشش
یون سازی با استفاده از یون های با انرژی بالا برای بمباران سطح قطعه کار، به طوری که مقدار زیادی از انرژی الکتریکی بر روی سطح قطعه کار به انرژی گرمایی، به منظور ترویج انتشار بافت و واکنش های شیمیایی. با این حال، تمام قطعه کار، به خصوص مرکز کار قطعه، تحت تاثیر دما نیست. بنابراین، این فرایند پوشش طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی و محدودیت های کوچک است. به طور کلی، فلزات مختلف، آلیاژها و برخی مواد مصنوعی، مواد عایق، مواد حساس به حرارت و مواد نقطه ذوب بالا می توانند پوشیده شوند. می توان روی فلز کاری غیر فلزی یا فلزی گذاشت، همچنین می تواند بر روی غیر فلزی یا غیر فلزی پوشیده شود، حتی می تواند پلاستیک، لاستیک، کوارتز، سرامیک و غیره پوشیده شود.

چشم انداز بازار و کاربرد

استفاده از تکنولوژی پوشش PVD به طور عمده به دو دسته تقسیم می شود: تزئینی و پوشش دادن ابزار.
1. پوشش تزئینی
هدف از پوشش تزئینی: به طور عمده برای بهبود ظاهر عملکرد و رنگ تزئینی قطعه کار، در همان زمان به قطعه کار بیشتر خوردگی مقاوم در برابر سایش و گسترش عمر مفید آن؛ این جنبه عمدتا حرفه سخت افزار در هر دامنه، مانند سخت افزار درب و پنجره، قفل ها، سخت افزار بهداشتی و غیره حرفه ای را اعمال می کند.

2.تولد پلاستیکی
هدف قرار دادن ابزار: عمدتا به منظور بهبود سختی سطح و مقاومت در برابر سایش قطعه کار، کاهش ضریب اصطکاک سطح، بهبود عمر کار قطعه کار؛ این جنبه عمدتا در ابزارهای برش، ابزارهای برش (مانند ابزارهای تراشکاری، چاقو، میلز، مته و غیره) و دیگر محصولات استفاده می شود.

IKS PVD، دستگاه تولید خلاء از چین، تماس: iks.pvd@foxmail.com