PVD (fizikinio garų nusodinimo) dengimas, dar žinomas kaip plonasluoksnis dengimas, yra technika, kurios metu kieta medžiaga išgarinama vakuume ir nusodinama ant gaminio paviršiaus. Tačiau šios dangos nėra vien metalo sluoksniai. Vietoj to, sudėtingos medžiagos nusodinamos atomas po atomo, todėl susidaro plonas, sujungtas metalo arba metalo-keramikos paviršiaus sluoksnis, kuris žymiai pagerina gaminio išvaizdą, patvarumą ir (arba) funkciją.
Šis metodas plačiai naudojamas, be kita ko, aviacijos ir kosmoso, automobilių ir medicinos pramonės šakose, siekiant užtikrinti ilgalaikę, papuošalą primenančią išvaizdą, geresnį ilgalaikį našumą ir patogesnį valymą.
Tačiau koks yra PVD dangų gamybos procesas? Kaip jos nusodinamos ant gaminio paviršiaus? Šio tinklaraščio įrašo pakaks, kad tai išsamiai išnagrinėtume. Taigi, pradėkime.
PVD dengimo procesas
PVD metodai gali būti naudojami viensluoksnėms, daugiasluoksnėms ir daugialaipsnėms dangų sistemoms, taip pat lydinių sudėtims ir struktūroms nusodinti. Šios strategijos nuolat keičiasi ir tebėra įkvėpimo šaltinis daugeliui tyrimų.
PVD plonasluoksnė technologija apima platų spektrą nusodinimo metodai pavyzdžiui, elektronų pluošto arba karšto garinimo valtimi, reaktyvusis garinimas ir jonų dengimas. Procesai, pagrįsti purškimu, tiek plazmoje, tiek jonų pluošte, taip pat priskiriami PVD technologijoms.
PVD taip pat naudojamas apibūdinti lanko šaltinio nusodinimą, kuris gali būti filtruojamas arba ne. Labiausiai paplitęs PVD procesai Plonasluoksniam nusodinimui naudojami dulkinimas (arba katodinis purškimas) ir garinimas. Garinimas yra plono atomų sluoksnio nusodinimo procesas, naudojant šilumą. Tuo tarpu atomai arba molekulės nuo kietojo taikinio yra atskiriami dujinių jonų smūgiu dulkinimo režimu (plazmoje). Abi strategijos buvo patobulintos ir ištobulintos į keletą skirtingų metodų.
Terminis garavimas
Terminis garinimas yra gerai žinomas plono sluoksnio dengimo metodas, kai pradinė medžiaga garinama vakuuminėje kameroje esant mažesniam nei 1 × 10−6 toro (1.3 × 10−4 Pa) slėgiui dėl aukštos temperatūros kaitinimo, todėl garų dalelės gali lengviau ir tiesiai patekti į pagrindą, kur vėl sukietėja. Vakuuminis nusodinimas yra tradicinis terminio garinimo proceso pavadinimas.
Šioje procedūroje naudojama krūvį laikanti valtis arba varžinė ritė miltelių arba kieto strypo pavidalu. Varžinė valtis/ritė veikiama didele nuolatine srove (NS), kad būtų pasiekta aukšta metalų lydymosi temperatūra, kur aukštas vakuumas (žemesnis nei 10-4 Pa) padeda metalui išgaruoti ir vėliau patekti į pagrindą. Šis metodas ypač naudingas medžiagoms, kurių lydymosi temperatūra žema. Žemiau pateiktame paveikslėlyje pavaizduoti du terminio garinimo procesų tipai.
Terminio garinimo procesas
Plonų sluoksnių nusodinimui dažniausiai naudojamas varžinis kaitinimas. Varžiškai kaitinamas siūlas arba valtis, paprastai suformuota iš ugniai atsparių metalų, tokių kaip W, Mo arba Ta, su keraminėmis dangomis arba be jų, išgarina pirmines medžiagas. Elektronų pluošto nusodinimas naudojamas ugniai atspariems metalams išgarinti, nes paprastas varžinis kaitinimas negali išgarinti aukštos lydymosi temperatūros medžiagų.
Dulkinimo nusodinimas
Purškimas yra PVD procesas, kurio metu sprogdinimo būdu susidarančios, energingos ir atominio dydžio dalelės fiziškai išgarina atomus iš paviršiaus. Purškimas leidžia geriau kontroliuoti daugiaelementių plėvelių sudėtį, taip pat platesnį nusodinamų medžiagų spektrą.
Purškimo danga yra procedūra, naudojama substratui padengti labai plonu, funkciniu sluoksniu. Procedūra pradedama elektros krūviu, nukreiptu į purškimo katodą, kuris sukuria plazmą, dėl kurios medžiaga yra išstumiama nuo taikinio paviršiaus. Proceso pagrindas yra šaltinio medžiagos arba taikinio bombardavimas jonais.
Tačiau kaip vyksta dulkių nusodinimas? Dulkinimo būdu galima nusodinti tiek elementariųjų medžiagų, tiek lydinių plėveles, išlaikant tikslinės medžiagos sudėtį. Tai įmanoma, nes medžiaga nuo tikslinės medžiagos pašalinama sluoksnis po sluoksnio, o tai yra vienas iš pagrindinių šio proceso privalumų. Tai leidžia nusodinti sudėtingesnius lydinius, tokius kaip Al-Si-Cu puslaidininkių metalizavimui ir metalinius Cr-A-LY lydinius orlaivių turbinų menčių dangoms.
PVD dengimo etapai
PVD (fizikinis garų nusodinimas) yra garinimo dengimo procesas, kurio metu medžiagos pernešamos atominiu lygmeniu. tokia seka Procesui apibūdinti galima naudoti žingsnių skaičių.
(1) Nusodinama medžiaga fizikiniais metodais (aukštos temperatūros vakuumu arba dujine plazma) paverčiama garais.
(2) garai perkeliami iš šaltinio į žemo slėgio vietą ir
(3) garai kondensuojasi ant pagrindo ir susidaro plona plėvelė.
PVD metodai paprastai naudojami plonoms plėvelėms, kurių storis svyruoja nuo kelių nanometrų iki tūkstančių nanometrų, nusodinti. Naudojant juos, galima pagaminti daugiasluoksnes dangas, graduotas kompozicines dangas, labai storas dangas ir laisvai stovinčias struktūras.
PVD dangos pagrindas
Svarbiausia yra tai, kokio tipo substratas gali būti naudojamas PVD dangai? Na, dauguma metalų gali būti padengti PVD danga, o kai kurioms medžiagoms reikalingas nikelio ir chromo pagrindo sluoksnis, siekiant pagerinti atsparumą korozijai. PVD dengimas yra universalus metodas, kuris gali būti taikomas įvairioms medžiagoms, įskaitant termoplastus. Šioms medžiagoms naudojama LTAVD (žemos temperatūros lanko garų nusodinimo) technika, kurios metu metalinės dangos nusodinamos žemesnėje temperatūroje nei PVD.
Kai kurios pagrindinės medžiagos geriau limpa prie metalo nusodinimo sluoksnio nei kitos. Labai svarbu pasirinkti tinkamą procesą, kad metalo apdaila būtų patvariausia ir patraukliausia. Priklausomai nuo medžiagos, geriausiems rezultatams pasiekti gali prireikti nikelio arba chromo galvanizavimo. Kai kurios medžiagos PVD dangas sugeria lengviau nei kitos.
- Titanas, grafitas ir nerūdijantis plienas yra medžiagų, kurias galima dengti nenaudojant pagrindo sluoksnio, pavyzdžiai.
- Plienas, žalvaris ir varis – Paprastai nikelis/chromas yra galvanizuojamas prieš PVD apdorojimą, siekiant pagerinti atsparumą korozijai, tačiau gali būti naudojamas ir tiesiogiai.
- Plastiko, aliuminio ir cinko liejiniai – paprastai naudojamas žemos temperatūros lanko garinimo nusodinimo (LTAVD) metodas, siekiant didesnio atsparumo korozijai.
Dauguma substratų buvo pritvirtinti vakuuminėje kameroje vidurinėje vertikalioje padėtyje, o kai kurie buvo išdėstyti skirtinguose aukščiuose. Dauguma substratų buvo padėti vertikalios padėties viduryje, o keli – substrato laikiklio apačioje ir viršuje.
PVD dangos tampa vis populiaresnės metalo apdailai, nes jas galima naudoti ant įvairių pagrindų ar pagrindinių medžiagų. Priklausomai nuo PVD proceso metu įvedamų dujų, galima gauti skirtingas spalvas. Kai naudojate PVD dangas metalui poliruoti, jums nereikia apsiriboti metalinėmis spalvomis, kurios yra populiarios daugelyje pramonės šakų.
Prieš nusodinimą mėginiai buvo nuriebalinti ir išvalyti pramoninio dydžio automatinėje ultragarsinėje valymo linijoje.
Mėginio paruošimas PVD dangai
Mėginio paruošimas PVD dangai yra labai svarbus. Tačiau kaip reikėtų paruošti mėginį PVD dangai? Kokių veiksmų reikėtų imtis?
Masinės gamybos įrenginiuose prieš dengiant PVD dangą pagrindas valomas ultragarsu. Valymas yra daugiapakopė procedūra, po kurios atliekamas skalavimas ir džiovinimas.
PVD dengimui skirtos briaunos buvo paruoštos ultragarsiniu valymo būdu. Prieš dengiant detales, nuo jų reikia kuo geriau pašalinti alyvas, tepalus, aušinimo emulsiją ir daleles.
Pirmasis etapas buvo ultragarsinis riebalų šalinimas naudojant riebalų šalinimo priemonę (pH ~ 11) dejonizuotame vandenyje, siekiant pašalinti paviršiaus teršalus (valymo trukmė 15 minučių), po to ultragarsinis plovimas dejonizuotame vandenyje ir džiovinimas gryname karštame ore.
PVD dangos privalumai
PVD danga naudojama dėl kelių jos privalumų privalumas,, Įskaitant:
i) PVD būdu suformuotos dangos gali turėti geresnes savybes nei pagrindo medžiaga;
(ii) galima naudoti visų rūšių neorganines ir kai kurių rūšių organines medžiagas;
(iii) šis procesas yra ekologiškesnis nei daugelis kitų procesų, pavyzdžiui, galvanizavimas.
Tačiau kaip PVD danga pagerina gaminio mechanines savybes? Aptarkime tai išsamiau.
Patobulintas patvarumas
Medicininis ar chirurginis įrankis, padengtas PVD danga, tarnaus 10 kartų ilgiau nei nepadengtas. PVD danga sukuria ploną, bet tvirtą medžiagos dangą, kuriai reikia daugiau laiko korozijai.
Našumas ir jėga
Pridėtinė danga padaro medžiagą tvirtesnę, todėl PVD danga medicininiams prietaisams suteikia ilgaamžiškumo. Kadangi yra mažesnis įlenkimų ar įskilimų pavojus, tvirtesnis chirurginis instrumentas pagerins prietaiso veikimą.
PVD danga padengti medicinos prietaisai pagerina tepimą ir padidina jų atsparumą vandeniui. PVD danga padengti medicinos įrankiai sukuria biologiškai suderinamesnį įrankį, kuris nereaguoja į kaulus, biologinius skysčius ar audinius, priklausomai nuo medžiagos, kuria padengtas prietaisas.
Galandimas
PVD danga gali padėti chirurginiam įrankiui ilgiau išlaikyti ašmenis ar ašmenis aštresnius, pagerindama ašmenų išlaikymą.
Variantas
Medicinos įrankiams dengti gali būti naudojamos įvairių spalvų PVD dangos medžiagos. Tai gali būti naudojama norint atskirti panašius įrankius arba suskirstyti į kategorijas konkrečius reikmenis.
Judančių mechaninių komponentų dalių tepimas yra automobilių pramonės rūpestis. Krumpliaračiai, stūmokliai, kumšteliniai velenai ir guoliai yra šių dalių pavyzdžiai. PVD dangos pasiūlė puikų šio iššūkio sprendimą. Jos keičia apdorojamų dalių paviršiaus savybes, sumažindamos trinties koeficientus ir padidindamos atsparumą dilimui.
.
Kita vertus, PVD turi tam tikrų trūkumų, įskaitant
(i) sudėtingų formų dengimo problemos;
(ii) didelės proceso sąnaudos ir mažas našumas;
(iii) proceso sudėtingumas.
PVD dangos pramoninis pritaikymas
PVD metodai naudojami medžiagoms dengti įvairiose pramonės šakose, įskaitant
- Pjovimo įrankiai, frezavimo įrankiai, gręžimo įrankiai, liejimo įrankiai, variklio dalys ir guoliai.
- Transporto priemonių versle, buitinės technikos, rašymo priemonių, elektronikos sektoriuje ir žaislų pramonėje,
- Dekoratyvinė danga sukuria metalinį įspūdį ant plastiko.
- Lęšiai, optika, akiniai, jutikliniai ekranai ir veidrodžiai yra padengti optine danga.
- Medicinos prietaisai, tokie kaip implantai, širdies stimuliatoriai ir chirurginė įranga, yra padengti atsparia dilimui danga.
- Saulės elementų stiklo dilimui atspari danga ir metalizavimo danga kristalinio silicio saulės elementams.
- Pakavimo medžiaga su metalizacijos sluoksniu.
Pastaraisiais metais plonos PVD (fizikinio garų nusodinimo) dangos tapo vis labiau paplitusios visų tipų pjovimo instrumentuose. Šios technologijos šiuo metu plačiai naudojamos grąžtų, frezų, ištekinimo antgalių ir kitų gaminių gamyboje.
Po dešimties metų sėkmingo taikymo pjaustant, perforuojant, šaltojo formavimo, plastikų liejimo ir kai kurių metalų lydinių liejimui, TiN PVD dangos buvo pripažintos kaip patobulinimas apdirbant didelio stiprumo ir abrazyvinius plienus, taip pat spalvotuosius metalus. Didelis TiAlN dangos terminis stabilumas (iki...) 700 ° C) atrodė esąs lemiamas veiksnys, rodantis, kad ši danga turėtų būti naudojama, kai reikalingas didesnis atsparumas oksidacijai.
Nuotrauka Chrisas Yatesas on Unsplash
CrN (PVD) dangos randa savo vietą vis platesniame, bet vis dar selektyviame masinės gamybos prekių asortimente. Jos gali būti gaminamos kaip viengubos CrN dangos vidutinėje ir aukštoje temperatūroje, taip pat kaip dvigubos TiN + CrN dangos. Aukštoje temperatūroje žemos įtampos termioninis lankas... BAI 730M CrN nusodinimui buvo naudojamas „SPUTRON“ aparatas, o žemoje temperatūroje (žemesnėje nei 250 °C) – plazminio pluošto dulkinimo metodas.
Sėkmingos sąnario endoprotezavimo operacijos sąlygos yra labai griežtos; reikalingas gerai subalansuotas mechaninių savybių ir gero biologinio suderinamumo derinys. Dėl savo santykinio inertiškumo, puikių apkrovos laikomųjų savybių ir puikaus atsparumo dilimui, Co-Cr lydiniai naudojami jau daugelį metų.
Tačiau kyla rizika, kad lėtas metalų jonų, tokių kaip kobaltas ir chromas, kaupimasis gali sukelti neigiamų klinikinių rezultatų. Todėl kyla klausimas: koks turėtų būti galimas šios problemos sprendimas?
Vėliau, naudojant fizikinio garinimo nusodinimo metodą, buvo uždėtas plonas TiN sluoksnis, siekiant sumažinti potencialiai pavojingų metalo jonų išsiskyrimą iš Co-Cr-Mo pagrindu pagamintų chirurginių implantų (PVD). In vitro korozijos savybėms tirti buvo naudojami elektrocheminiai metodai ir atominės absorbcijos analizė.
Išvada
PVD danga taip pat žinoma kaip plonasluoksnė danga. Tai būdas, kuriuo ant mėginių uždedamos vienos ir kelių sluoksnių dangos. Yra daug PVD dangos užtepimo būdų, tačiau dažniausiai naudojami garinimas ir dulkinimas. Taikant šiuos metodus, galime naudoti žemos ir aukštos lydymosi temperatūros medžiagas. PVD danga gali būti taikoma įvairioms medžiagoms, įskaitant termoplastus. Prieš dengiant PVD danga, mėginys turi būti paruoštas ir nuvalytas ultragarsiniu riebalų šalinimo įrenginiu. Ji naudojama įvairiose pramonės šakose, įskaitant automobilių, medicininių implantų, aviacijos ir kosmoso pramonę ir kt. Vis dėlto, jei turite klausimų apie PVD dangą? Nedvejodami praneškite mums komentaruose.
