PVD (fizičko taloženje parom) premaz, također poznat kao tankoslojni premaz, tehnika je koja uključuje isparavanje krutog materijala u vakuumu i njegovo nanošenje na površinu proizvoda. Međutim, ovi premazi nisu samo metalni slojevi. Umjesto toga, složeni materijali se nanose atom po atom, što rezultira tankim, spojenim metalnim ili metal-keramičkim površinskim slojem koji dramatično poboljšava izgled, trajnost i/ili funkciju proizvoda.
Ova se metoda široko koristi u zrakoplovnoj, automobilskoj i medicinskoj industriji, između ostalog, kako bi se osigurao dugotrajan izgled nakita, bolje dugoročne performanse i jednostavnost čišćenja.
Ali, kakav je proces PVD premaza? Kako se nanosi na površinu proizvoda? Ovaj blog će biti dovoljan da se to detaljno istraži. Dakle, krenimo.
PVD postupak premazivanja
PVD metode mogu se koristiti za nanošenje jednoslojnih, višeslojnih i višestupanjskih premaznih sustava, kao i sastava i struktura legura. Ove se strategije stalno mijenjaju i nastavljaju biti izvor inspiracije za brojna istraživanja.
PVD tehnologija tankog filma uključuje širok raspon tehnike taloženja poput isparavanja elektronskim snopom ili isparavanja u vrućem čamcu, reaktivnog isparavanja i ionskog prevlačenja. Procesi temeljeni na raspršivanju, bilo plazmom ili ionskim snopom, također su uključeni u PVD tehnike.
PVD se također koristi za opisivanje taloženja izvora luka, koje se može filtrirati ili ne. Najčešći PVD procesi Za taloženje tankih filmova koriste se raspršivanje (ili katodno prskanje) i isparavanje. Isparavanje je proces taloženja tankog sloja atoma korištenjem topline. Dok se atomi ili molekule odvajaju od čvrste mete utjecajem plinovitih iona u načinu raspršivanja (plazma). Obje strategije su usavršene u niz različitih tehnika.
Toplinsko isparavanje
Toplinsko isparavanje je dobro poznata metoda za nanošenje tankog sloja u kojoj izvorni materijal isparava u vakuumskoj komori ispod 1 × 10⁻⁶ torra (1.3 × 10⁻⁴ Pa) zbog zagrijavanja na visokoj temperaturi, što omogućuje česticama pare da lakše i izravno odu na podlogu, gdje se ponovno skrutnu. Vakuumsko taloženje je tradicionalni naziv za proces toplinskog isparavanja.
U ovom postupku koristi se brodić za zadržavanje naboja ili otporna zavojnica u obliku praha ili čvrste šipke. Otporna brodić/zavojnica izložena je ogromnoj istosmjernoj struji (DC) kako bi se postigle visoke temperature taljenja potrebne za metale, gdje visoki vakuum (ispod 10⁻⁴ Pa) pomaže u isparavanju metala i njegovom naknadnom transportu do podloge. Ovaj pristup je posebno koristan za materijale s niskim talištem. Donja slika prikazuje dvije vrste procesa termičkog isparavanja.
Proces termičkog isparavanja
Za taloženje tankih filmova najčešće se koristi otporničko zagrijavanje. Otpornički zagrijana nit ili čamac, obično oblikovani od vatrostalnih metala poput W, Mo ili Ta sa ili bez keramičkih premaza, isparavaju izvorne materijale. Taloženje elektronskim snopom koristi se za isparavanje vatrostalnih metala jer jednostavno otporničko zagrijavanje ne može ispariti materijale s visokim talištem.
Raspršivanje
Raspršivanje je PVD proces u kojem eksplozija energetskih čestica atomske veličine uzrokuje fizičko isparavanje atoma s površine. Raspršivanje omogućuje veću kontrolu nad sastavom višeelementnih filmova, kao i širi raspon materijala koji se talože.
Sputter premaz je postupak koji se koristi za premazivanje podloge vrlo tankim, funkcionalnim premazom. Postupak započinje električnim nabojem primijenjenim na katodu za raspršivanje, što stvara plazmu koja uzrokuje izbacivanje materijala s površine mete. Ionsko bombardiranje izvornog materijala, odnosno mete, osnova je procesa.
Ilustracija procesa raspršivanja
Ali, kako se odvija nanošenje raspršivanjem? Pa, nanošenje raspršivanjem može se koristiti za nanošenje filmova elementarnih materijala kao i filmova legura uz zadržavanje sastava materijala mete. To je moguće jer se materijal uklanja sloj po sloj s mete, što je jedna od ključnih prednosti procesa. To omogućuje nanošenje složenijih legura poput Al-Si-Cu za metalizaciju poluvodiča i metalnih Cr-A-lY legura za premaze lopatica zrakoplovnih turbina.
Koraci PVD premazivanja
PVD (fizičko taloženje parom) je proces nanošenja isparavanjem koji uključuje prijenos materijala na atomskoj razini. sljedeći slijed koraka se može koristiti za opis procesa.
(1) Materijal koji se taloži pretvara se u paru pomoću fizikalnih metoda (visokotemperaturni vakuum ili plinovita plazma),
(2) para se prenosi od svog izvora do mjesta niskog tlaka i
(3) para se kondenzira na podlozi stvarajući tanki film.
PVD metode se obično koriste za nanošenje tankih filmova debljine od nekoliko nanometara do tisuća nanometara. Pomoću njih se mogu izraditi višeslojni premazi, postupno nanošenje sastava, vrlo debeli premazi i samostojeće strukture.
Podloga za PVD premaz
Najvažnije je koja se vrsta podloge može koristiti za PVD premaz? Pa, većina metala može se PVD premazati, dok neki materijali zahtijevaju osnovni sloj nikla i kroma za poboljšanje otpornosti na koroziju. PVD premaz je svestrana metoda koja se može primijeniti na širok raspon materijala, uključujući termoplaste. U tim se materijalima koristi tehnika LTAVD (niskotemperaturno lučno nanošenje iz pare), koja nanosi metalne premaze na nižoj temperaturi od PVD-a.
Neki osnovni materijali bolje prianjaju na metalni nanos od drugih. Ključno je odabrati odgovarajući postupak kako bi se postigla najtrajnija i najprivlačnija završna obrada metala. Za najbolje rezultate može biti potrebno galvaniziranje niklom ili kromom, ovisno o materijalu. Neki materijali lakše apsorbiraju PVD premaze od drugih.
- Titan, grafit i nehrđajući čelik su primjeri materijala koji se mogu premazati bez upotrebe osnovnog sloja.
- Čelik, mesing i bakar – Nikal/krom se obično galvanizira prije PVD obrade radi poboljšane otpornosti na koroziju, ali se može nanositi i izravno.
- Odljevci od plastike, aluminija i cinka – Obično se koristi metoda taloženja iz parne faze na niskim temperaturama (LTAVD) za vrhunsku otpornost na koroziju.
Većina podloga bila je fiksirana u vakuumskoj komori u srednjem vertikalnom položaju, dok su neke bile postavljene na različitim visinama. Većina podloga bila je postavljena u srednji vertikalni položaj, a nekoliko ih je bilo na dnu i vrhu držača podloge.
PVD premazi postaju sve popularniji za završnu obradu metala jer se mogu nanositi na širok raspon podloga ili osnovnih materijala. Mogu se postići različite boje ovisno o plinovima uvedenim tijekom PVD procesa. Kada koristite PVD premaze za poliranje metala, ne morate se držati metalnih boja, koje su popularne u mnogim industrijama.
Uzorci su prije taloženja odmašćeni i očišćeni u industrijskoj automatiziranoj ultrazvučnoj liniji za čišćenje.
Priprema uzorka za PVD premaz
Priprema uzorka za PVD premazivanje je vrlo važna. Ali, kako pripremiti uzorak za PVD premazivanje? Koje korake treba poduzeti?
U pogonima za masovnu proizvodnju, podloga se čisti ultrazvukom prije nanošenja PVD premaza. Čišćenje je višestepeni postupak nakon kojeg slijedi ispiranje i sušenje.
Žrhlovi su pripremljeni za PVD korištenjem tehnike ultrazvučnog čišćenja. Ulja, maziva, rashladna emulzija i čestice moraju se ukloniti s dijelova koliko god je to moguće prije nanošenja premaza.
Prva faza bila je ultrazvučno odmašćivanje odmašćivačem (pH~11) u deioniziranoj vodi kako bi se uklonili površinski onečišćujući materijali (trajanje čišćenja 15 minuta), nakon čega slijedi ultrazvučno ispiranje u deioniziranoj vodi i sušenje na čistom vrućem zraku.
Prednosti PVD premaza
PVD premaz se koristi zbog svojih nekoliko Prednosti, Uključujući:
(i) premazi nastali PVD-om mogu imati bolja svojstva od materijala podloge;
(ii) mogu se koristiti sve vrste anorganskih i neke vrste organskih materijala;
(iii) postupak je ekološki prihvatljiviji od mnogih drugih postupaka, poput galvanizacije.
Ali, kako PVD premaz povećava mehanička svojstva proizvoda? Razgovarajmo o tome detaljnije.
Poboljšana trajnost
Medicinski ili kirurški alat koji je PVD presvučen trajat će 10 puta dulje od onog koji nije. PVD presvlačenje dodaje tanki, ali robusni sloj materijala koji dulje korodira.
Performanse i snaga
Dodana prevlaka čini materijal čvršćim, stoga PVD premaz medicinskih predmeta pomaže u trajnosti. Budući da postoji manja opasnost od udubljenja ili krhotina, robusniji kirurški instrument poboljšat će funkciju uređaja.
Medicinski uređaji s PVD premazom poboljšavaju podmazivanje i čine ih otpornijima na vodu. Medicinski alati s PVD premazom stvaraju biokompatibilniji alat koji ne reagira s kostima, biološkim tekućinama ili tkivom, ovisno o materijalu koji je premazan na uređaju.
oštrenje
PVD premaz može pomoći kirurškom alatu da dulje održi oštricu ili rub oštrijim poboljšavajući zadržavanje ruba.
varijacija
Za premazivanje medicinskog alata mogu se koristiti različiti PVD premazi u boji. To se može koristiti za razlikovanje sličnih alata ili za kategorizaciju određenih potrepština.
Podmazivanje dijelova mehaničkih komponenti u pokretu predstavlja problem u automobilskoj industriji. Zupčanici, klipovi, bregaste osovine i ležajevi primjeri su tih dijelova. PVD premazi pružili su fantastično rješenje za ovaj izazov. Oni mijenjaju površinska svojstva tretiranih dijelova, smanjujući koeficijente trenja i povećavajući otpornost na habanje.
.
S druge strane, PVD ima neke nedostatke, uključujući
(i) problemi s premazivanjem složenih oblika;
(ii) visoki troškovi procesa i niska proizvodnja; i
(iii) složenost procesa.
Industrijska primjena PVD premaza
PVD metode se koriste za premazivanje materijala u raznim industrijskim primjenama, uključujući
- Alati za rezanje, alati za glodanje, alati za bušenje, alati za oblikovanje, dijelovi motora i ležajevi.
- U industriji vozila, kućanskih aparata, pribora za pisanje, elektronike i igračaka,
- Dekorativni premaz stvara metalni dojam na plastici.
- Leće, optika, naočale, zasloni osjetljivi na dodir i ogledala premazani su optičkim premazom.
- Medicinski uređaji, poput implantata, pacemakera i kirurške opreme, premazani su premazom otpornim na habanje.
- Premaz otporan na habanje i metalizacijski premaz za staklo solarnih ćelija od kristalnog silicija.
- Materijal za pakiranje s metaliziranim slojem.
Tanki PVD (fizičko taloženje iz parne faze) premazi postali su sve uobičajeniji za sve vrste alata za rezanje posljednjih godina. Ove se tehnologije trenutno široko koriste u proizvodnji svrdala, glodala i svrdla za bušenje, između ostalog.
TiN PVD premazi prepoznati su kao poboljšanje za obradu metala s visokočvrstim i abrazivnim čelicima, kao i obojenim metalima, nakon deset godina uspješne primjene u rezanju, probijanju, hladnom oblikovanju, brizganju plastike i tlačnom lijevanju nekih metalnih legura. Visoka toplinska stabilnost TiAlN premaza (do 700 ° C) činio se odlučujućim faktorom, što ukazuje na to da bi se ovaj premaz trebao koristiti kada je potrebna vrhunska otpornost na oksidaciju.
Foto Chris Yates on Unsplash
CrN (PVD) premazi pronalaze svoje mjesto u sve širem, ali još uvijek selektivnom rasponu masovno proizvedenih proizvoda. Mogu se izraditi kao pojedinačni CrN premazi na umjerenim i visokim temperaturama, kao i dvostruki TiN+CrN premazi. Na visokim temperaturama, niskonaponski termionski luk u BAI 730M Za taloženje CrN-a korišten je aparat , dok je na niskim temperaturama (ispod 250 °C) korištena metoda raspršivanja plazma snopom u SPUTRON aparatu.
Uvjeti za uspješnu artroplastiku zgloba vrlo su strogi; potrebna je dobro uravnotežena kombinacija mehaničkih svojstava i dobre biokompatibilnosti. Zbog svoje relativne inertnosti, izvanrednih svojstava podnošenja opterećenja i izvrsne otpornosti na habanje, legure na bazi Co-Cr koriste se već dugi niz godina.
Međutim, postoji rizik da sporo nakupljanje metalnih iona poput kobalta i kroma može dovesti do negativnih kliničkih ishoda. Stoga se postavlja pitanje; koje bi trebalo biti moguće rješenje za to?
Nakon toga, tanki sloj TiN-a nanesen je metodom fizičkog naparavanja kako bi se smanjilo ispuštanje potencijalno opasnih metalnih iona iz kirurških implantata (PVD) na bazi Co-Cr-Mo. Za ispitivanje korozijskih svojstava in vitro korištene su elektrokemijske tehnike i atomska apsorpcijska analiza.
Zaključak
PVD premaz poznat je i kao tankoslojni premaz. Ovo je tehnika nanošenja jednoslojnih i višeslojnih premaza na uzorke. Postoji mnogo tehnika za nanošenje PVD premaza, ali najčešće korištene metode su isparavanje i raspršivanje. U tim metodama možemo koristiti materijale s niskim i visokim talištem. PVD premaz može se nanositi na širok raspon materijala, uključujući termoplaste. Uzorak treba pripremiti i očistiti u ultrazvučnom odmašćivaču prije PVD premazivanja. Postoji širok raspon industrijskih primjena koje uključuju automobilsku industriju, medicinske implantate, zrakoplovstvo itd. Ipak, imate li bilo kakvih pitanja o PVD premazu? Ne ustručavajte se, javite nam komentarom ispod.
