Salutan PVD (pemendapan wap fizikal), juga dikenali sebagai salutan filem nipis, ialah teknik yang melibatkan pengewapan bahan pepejal dalam vakum dan memendapkannya ke permukaan produk. Walau bagaimanapun, salutan ini bukan sekadar lapisan logam. Sebaliknya, bahan kompleks dimendapkan secara atom demi atom, menghasilkan lapisan permukaan logam atau logam-seramik yang nipis dan terikat yang meningkatkan penampilan, ketahanan dan/atau fungsi produk secara dramatik.
Kaedah ini digunakan secara meluas dalam industri aeroangkasa, automotif dan perubatan, antara lain, untuk memberikan rupa seperti barang kemas yang tahan lama, prestasi jangka panjang yang lebih baik dan kemudahan pembersihan.
Tetapi, apakah proses salutan PVD? Bagaimanakah ia dimendapkan pada permukaan produk? Blog ini sudah cukup untuk meneroka perkara ini secara terperinci. Jadi, mari kita mulakan.
Proses Salutan PVD
Kaedah PVD boleh digunakan untuk memendapkan sistem salutan berlapis tunggal, berbilang lapisan dan berbilang darjah, serta komposisi dan struktur aloi. Strategi ini sentiasa berubah dan terus menjadi sumber inspirasi untuk pelbagai penyiasatan.
Teknologi filem nipis PVD merangkumi pelbagai jenis teknik pemendapan seperti penyejatan pancaran elektron atau bot panas, penyejatan reaktif dan penyaduran ion. Proses berdasarkan percikan, sama ada melalui plasma atau pancaran ion, juga termasuk dalam teknik PVD.
PVD juga digunakan untuk menggambarkan pemendapan sumber arka, yang boleh ditapis atau tidak. Yang paling lazim Proses PVD Untuk pemendapan filem nipis, terdapat penyemburan (atau penyemburan katodik) dan penyejatan. Penyejatan ialah proses memendapkan lapisan atom nipis menggunakan haba dalam proses tersebut. Manakala, atom atau molekul tercabut daripada sasaran pepejal oleh kesan ion gas dalam mod penyemburan (plasma). Kedua-dua strategi telah diperhalusi kepada beberapa teknik yang berbeza.
Penyejatan Terma
Penyejatan haba merupakan kaedah yang terkenal untuk menyalut lapisan nipis di mana bahan sumber menyejat dalam ruang vakum di bawah 1 × 10−6 torr (1.3 × 10−4 Pa) disebabkan oleh pemanasan suhu tinggi, membolehkan zarah wap pergi dengan lebih mudah dan terus ke substrat, di mana ia memejal semula. Pemendapan vakum ialah nama tradisional untuk proses penyejatan haba.
Bot penahan cas atau gegelung resistif dalam bentuk serbuk atau bar pepejal digunakan dalam prosedur ini. Bot/gegelung resistif didedahkan kepada arus terus (DC) yang besar untuk mencapai suhu lebur tinggi yang diperlukan untuk logam, di mana vakum tinggi (di bawah 10-4 Pa) membantu dalam penyejatan logam dan pengangkutan seterusnya ke substrat. Pendekatan ini amat berguna untuk bahan takat lebur rendah. Rajah di bawah menggambarkan dua jenis proses penyejatan terma.
Proses penyejatan haba
Untuk pemendapan filem nipis, pemanasan resistif paling kerap digunakan. Filamen atau bot yang dipanaskan secara resistif, biasanya terbentuk daripada logam refraktori seperti W, Mo atau Ta dengan atau tanpa salutan seramik, menyejatkan bahan sumber. Pemendapan alur elektron digunakan untuk menyejatkan logam refraktori kerana pemanasan resistif mudah tidak mampu menyejatkan bahan takat lebur yang tinggi.
Pemendapan terpercik
Percikan ialah proses PVD di mana letupan, zarah bertenaga dan bersaiz atom menyebabkan pengewapan fizikal atom dari permukaan. Pemendapan percikan membolehkan lebih banyak kawalan ke atas komposisi filem berbilang unsur serta pelbagai bahan yang akan dimendapkan.
Salutan sputter adalah prosedur yang digunakan untuk menyalut substrat dengan salutan berfungsi yang sangat nipis. Prosedur ini bermula dengan cas elektrik yang dikenakan pada katod percikan, yang menghasilkan plasma, yang menyebabkan bahan tersebut terkeluar dari permukaan sasaran. Pengeboman ion terhadap bahan sumber, atau sasaran, adalah asas proses tersebut.
Tetapi, bagaimana pemendapan percikan berlaku? Pemendapan percikan boleh digunakan untuk memendapkan filem bahan unsur serta filem aloi sambil mengekalkan komposisi bahan sasaran. Ini mungkin kerana bahan tersebut dikeluarkan lapisan demi lapisan dari sasaran, yang merupakan salah satu kelebihan utama proses ini. Ini membolehkan pemendapan aloi yang lebih rumit seperti Al-Si-Cu untuk pemetaan semikonduktor dan aloi logam Cr-A-lY untuk salutan bilah turbin pesawat.
Langkah-langkah Salutan PVD
PVD (pemendapan wap fizikal) ialah proses salutan pengewapan yang melibatkan pemindahan bahan peringkat atom. urutan berikut langkah-langkah boleh digunakan untuk menerangkan proses tersebut.
(1) Bahan yang hendak dimendapkan diubah menjadi wap menggunakan kaedah fizikal (vakum suhu tinggi atau plasma gas),
(2) wap dipindahkan dari sumbernya ke lokasi bertekanan rendah, dan
(3) wap mengembun pada substrat untuk menghasilkan filem nipis.
Kaedah PVD biasanya digunakan untuk memendapkan filem nipis dengan ketebalan antara beberapa nanometer hingga ribuan nanometer. Salutan berbilang lapisan, mendapan komposisi bergred, mendapan yang sangat tebal dan struktur berdiri sendiri semuanya boleh dibuat menggunakannya.
Substrat untuk salutan PVD
Perkara yang paling penting ialah jenis substrat yang boleh digunakan untuk salutan PVD? Kebanyakan logam boleh disalut PVD, manakala sesetengah bahan memerlukan lapisan asas nikel dan kromium untuk meningkatkan ketahanan kakisan. Salutan PVD ialah kaedah serba boleh yang boleh digunakan pada pelbagai jenis bahan, termasuk termoplastik. Teknik LTAVD (Pemendapan wap arka suhu rendah), yang memendapkan salutan logam pada suhu yang lebih rendah daripada PVD, digunakan dalam bahan-bahan ini.
Sesetengah bahan asas melekat pada pemendapan logam dengan lebih baik berbanding yang lain. Adalah penting untuk memilih proses yang betul bagi mendapatkan kemasan logam yang paling tahan lama dan menarik. Penyaduran nikel atau krom mungkin diperlukan untuk hasil yang terbaik, bergantung pada bahan. Sesetengah bahan menyerap salutan PVD dengan lebih mudah berbanding yang lain.
- Titanium, grafit dan keluli tahan karat adalah contoh bahan yang boleh disalut tanpa menggunakan lapisan asas.
- Keluli, Loyang dan Kuprum – Biasanya nikel/kromium disadur elektrik sebelum pemprosesan PVD untuk ketahanan kakisan yang lebih baik, tetapi boleh digunakan secara langsung
- Tuangan Plastik, Aluminium dan Zink – Biasanya menggunakan kaedah Pemendapan Wap Arka Suhu Rendah (LTAVD) untuk ketahanan kakisan yang unggul.
Kebanyakan substrat telah ditetapkan di dalam ruang vakum pada kedudukan menegak tengah, manakala sebahagiannya diletakkan pada ketinggian yang berbeza-beza. Kebanyakan substrat diletakkan di tengah kedudukan menegak, dengan beberapa di bahagian bawah dan atas pemegang substrat.
Salutan PVD menjadi semakin popular untuk kemasan logam kerana ia boleh digunakan pada pelbagai substrat atau bahan asas. Warna yang berbeza boleh dicapai bergantung pada gas yang diperkenalkan semasa proses PVD. Apabila anda menggunakan salutan PVD untuk menggilap logam anda, anda tidak perlu berpegang pada warna metalik, yang popular dalam banyak industri.
Sampel telah dinyahgris dan dibersihkan dalam talian pembersihan ultrasonik automatik bersaiz industri sebelum pemendapan.
Penyediaan sampel untuk salutan PVD
Penyediaan sampel untuk salutan PVD adalah sangat penting. Tetapi, bagaimana sampel harus disediakan untuk salutan PVD? Apakah langkah-langkah yang perlu diambil?
Di kemudahan pengeluaran besar-besaran, substrat dibersihkan menggunakan ultrasonik sebelum salutan PVD diletakkan. Pembersihan adalah prosedur berbilang langkah yang diikuti dengan pembilasan dan pengeringan.
Gerinda telah disediakan untuk PVD menggunakan teknik pembersihan ultrasonik. Minyak, pelincir, emulsi penyejuk dan zarah mesti dikeluarkan dari bahagian sebanyak mungkin sebelum menyalut.
Peringkat pertama ialah penyahgris ultrasonik dengan penyahgris (pH~11) dalam air ternyahion untuk menghapuskan bahan cemar permukaan (tempoh pembersihan 15 minit), diikuti dengan pembilasan ultrasonik dalam air ternyahion dan pengeringan dalam udara panas tulen.
Kelebihan salutan PVD
Salutan PVD sedang digunakan kerana beberapa kelebihan, Termasuk:
(i) salutan yang dibentuk oleh PVD mungkin mempunyai sifat yang lebih baik daripada bahan substrat;
(ii) semua jenis bahan bukan organik dan beberapa jenis bahan organik boleh digunakan;
(iii) proses ini lebih mesra alam berbanding kebanyakan proses lain, seperti penyaduran elektrik.
Tetapi, bagaimanakah salutan PVD meningkatkan sifat mekanikal produk? Mari kita bincangkan perkara ini secara terperinci.
Ketahanan yang dipertingkatkan
Alat perubatan atau pembedahan yang telah disalut PVD akan tahan 10 kali lebih lama daripada yang tidak disalut PVD. Penyaduran PVD menambah lapisan bahan yang nipis tetapi kukuh yang mengambil masa lebih lama untuk berkarat.
Prestasi dan Kekuatan
Penyaduran tambahan menjadikan bahan lebih tahan lasak, oleh itu, salutan PVD pada barangan perubatan membantu meningkatkan ketahanan. Oleh kerana terdapat kurang bahaya kemek atau sumbing, instrumen pembedahan yang lebih teguh akan meningkatkan fungsi peranti.
Peranti perubatan salutan PVD meningkatkan pelinciran dan menjadikannya lebih kalis air. Peralatan perubatan salutan PVD menghasilkan alat yang lebih bioserasi yang tidak reaktif terhadap tulang, cecair biologi atau tisu, bergantung pada bahan yang disalut pada peranti.
Mengasah
Salutan PVD boleh membantu alat pembedahan mengekalkan bilah atau mata pisaunya lebih tajam untuk tempoh yang lebih lama dengan meningkatkan pengekalan mata pisau.
Perubahan
Pelbagai bahan salutan PVD berwarna boleh digunakan untuk menyalut alat perubatan. Ini boleh digunakan untuk membezakan antara alat yang serupa atau untuk mengkategorikan bekalan tertentu.
Pelinciran bahagian dalam komponen mekanikal yang bergerak merupakan satu kebimbangan dalam industri automotif. Gear, omboh, sesondol dan galas adalah contoh bahagian-bahagian ini. Salutan PVD telah memberikan penyelesaian yang hebat untuk cabaran ini. Ia mengubah sifat permukaan bahagian yang dirawat, mengurangkan pekali geseran dan meningkatkan rintangan haus.
.
Sebaliknya, PVD mempunyai beberapa kelemahan, termasuk
(i) isu dengan bentuk kompleks salutan;
(ii) kos proses yang tinggi dan output yang rendah; dan
(iii) kerumitan proses.
Aplikasi Perindustrian Salutan PVD
Kaedah PVD digunakan untuk menyalut bahan dalam pelbagai aplikasi industri, termasuk
- Peralatan pemotongan, peralatan penggilingan, peralatan penggerudian, peralatan pengacuan, bahagian enjin dan galas.
- Dalam perniagaan kenderaan, peralatan rumah, alat tulis, sektor elektronik dan industri mainan,
- Lapisan hiasan menghasilkan kesan logam pada plastik.
- Kanta, optik, cermin mata, skrin sentuh dan cermin semuanya disalut dengan salutan optik.
- Peranti perubatan, seperti implan, alat pacu jantung dan peralatan pembedahan, disalut dengan salutan tahan haus.
- Salutan tahan haus kaca sel solar dan salutan metalisasi untuk sel solar silikon kristal.
- Bahan pembungkusan dengan lapisan penglogaman.
Salutan PVD (Pemendapan Wap Fizikal) nipis telah menjadi semakin biasa untuk semua jenis instrumen pemotong dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Teknologi ini kini digunakan secara meluas dalam pengeluaran mata gerudi, pemotong penggilingan dan mata gerudi, antara barangan lain.
Salutan TiN PVD diiktiraf sebagai penambahbaikan untuk logam yang bekerja dengan keluli kekuatan tinggi dan kasar serta logam bukan ferus selepas sepuluh tahun aplikasi yang berjaya dalam pemotongan, penebukan, pembentukan sejuk, pengacuan suntikan plastik dan tuangan acuan bagi beberapa aloi logam. Kestabilan haba salutan TiAlN yang tinggi (sehingga 700 ° C) nampaknya menjadi faktor penentu, menunjukkan bahawa salutan ini harus digunakan apabila rintangan pengoksidaan yang lebih baik diperlukan.
Gambar oleh Chris Yates on Unsplash
Salutan CrN (PVD) sedang menemui jalannya ke dalam rangkaian barangan pengeluaran besar-besaran yang semakin meluas tetapi masih selektif. Ia boleh dibuat sebagai salutan CrN tunggal pada suhu sederhana dan tinggi, serta salutan TiN+CrN berganda. Pada suhu tinggi, arka termionik voltan rendah dalam BAI 730M Radas telah digunakan untuk memendapkan CrN, manakala, pada suhu rendah (di bawah 250 °C), kaedah percikan pancaran plasma dalam radas SPUTRON telah digunakan.
Syarat-syarat untuk artroplasti sendi yang berjaya adalah sangat ketat; gabungan kualiti mekanikal dan biokompatibiliti yang baik diperlukan. Disebabkan oleh ketiadaan relatifnya, kualiti galas beban yang luar biasa, dan rintangan haus yang sangat baik, aloi berasaskan Co-Cr telah digunakan selama bertahun-tahun.
Walau bagaimanapun, terdapat risiko bahawa pengumpulan ion logam secara perlahan seperti kobalt dan kromium boleh menyebabkan hasil klinikal yang negatif. Oleh itu, persoalannya timbul; apakah penyelesaian yang mungkin untuk ini?
Selepas itu, lapisan nipis TiN diletakkan menggunakan Pemendapan Wap Fizikal untuk mengurangkan pelepasan ion logam yang berpotensi berbahaya daripada implan pembedahan berasaskan Co-Cr-Mo (PVD). Teknik elektrokimia dan analisis penyerapan atom telah digunakan untuk memeriksa prestasi kakisan in vitro.
Kesimpulan
Salutan PVD juga dikenali sebagai salutan filem nipis. Ini adalah teknik untuk mendapan salutan tunggal dan berbilang lapisan pada sampel. Terdapat banyak teknik untuk mendapan salutan PVD tetapi kaedah yang paling biasa digunakan adalah penyejatan dan percikan. Dalam kaedah ini, kita boleh menggunakan bahan takat lebur rendah dan tinggi. Salutan PVD boleh digunakan pada pelbagai jenis bahan termasuk termoplastik. Sampel hendaklah disediakan dan dibersihkan dalam penyahgris ultrasonik sebelum salutan PVD. Terdapat pelbagai aplikasi perindustrian yang merangkumi automotif, implan perubatan, aeroangkasa, dan sebagainya. Namun, adakah anda mempunyai sebarang soalan tentang salutan PVD? Jangan teragak-agak, beritahu kami dengan memberi komen di bawah.
