Revestimento PVD (deposição física de vapor), também conhecido como revestimento de película fina, é uma técnica que envolve vaporizar um material sólido em vácuo e depositá-lo na superfície de um produto. Esses revestimentos, no entanto, não são apenas camadas de metal. Em vez disso, materiais complexos são depositados átomo por átomo, resultando em uma fina camada de superfície de metal ou metal-cerâmica ligada que melhora drasticamente a aparência, durabilidade e/ou função de um produto.
Este método é amplamente utilizado nas indústrias aeroespacial, automotiva e médica, entre outras, para fornecer uma aparência semelhante a uma joia de longa duração, melhor desempenho a longo prazo e conveniência de limpeza.
Mas, qual é o processo de revestimentos PVD? Como ele é depositado na superfície do produto? Este blog será suficiente para explorar isso em detalhes. Então, vamos começar.
Processo de revestimento PVD
Os métodos PVD podem ser usados para depositar sistemas de revestimento monocamadas, multicamadas e multigraduados, bem como composições e estruturas de ligas. Estas estratégias estão sempre mudando e continuam a ser fonte de inspiração para inúmeras investigações.
A tecnologia de filme fino PVD inclui uma ampla gama de técnicas de deposição como evaporação por feixe de elétrons ou barco quente, evaporação reativa e revestimento iônico. Processos baseados em pulverização catódica, seja por plasma ou feixe de íons, também estão incluídos nas técnicas de PVD.
PVD também é usado para descrever a deposição da fonte de arco, que pode ser filtrada ou não. O mais prevalente Processos PVD para deposição de filmes finos são pulverização catódica (ou pulverização catódica) e evaporação. A evaporação é o processo de deposição de uma fina camada de átomos usando calor no processo. Já os átomos ou moléculas são desalojados do alvo sólido pelo impacto de íons gasosos no modo de pulverização catódica (plasma). Ambas as estratégias foram refinadas em uma série de técnicas distintas.
Evaporação Térmica
A evaporação térmica é um método bem conhecido para revestir uma camada fina na qual o material de origem evapora em uma câmara de vácuo abaixo de 1 × 10−6 torr (1.3 × 10−4 Pa) devido ao aquecimento em alta temperatura, permitindo que as partículas de vapor se vão mais fácil e diretamente para um substrato, onde solidificam novamente. A deposição a vácuo é o nome tradicional para o processo de evaporação térmica.
Um barco de retenção de carga ou bobina resistiva na forma de pó ou barra sólida é empregado neste procedimento. O barco/bobina resistivo é exposto a uma enorme corrente contínua (DC) para atingir as altas temperaturas de fusão exigidas para metais, onde o alto vácuo (abaixo 10-4 Pa) auxilia na evaporação do metal e posterior transporte para o substrato. Esta abordagem é especialmente útil para materiais de baixo ponto de fusão. A figura abaixo mostra dois tipos de processos de evaporação térmica.
Processo de evaporação térmica
Para a deposição de filmes finos, o aquecimento resistivo é normalmente utilizado. Um filamento ou barco aquecido resistivamente, geralmente formado de metais refratários como W, Mo ou Ta com ou sem revestimentos cerâmicos, evapora os materiais de origem. Uma deposição por feixe de elétrons é usada para evaporar metais refratários porque o simples aquecimento resistivo é incapaz de evaporar materiais com alto ponto de fusão.
Deposição por pulverização catódica
Sputtering é um processo PVD no qual partículas explosivas, energéticas e de tamanho atômico causam a vaporização física de átomos de uma superfície. A deposição por pulverização catódica permite maior controle sobre a composição de filmes multielementares, bem como uma gama mais ampla de materiais a serem depositados.
Revestimento de pulverização é um procedimento usado para revestir um substrato com um revestimento funcional muito fino. O procedimento começa com uma carga elétrica aplicada a um cátodo de pulverização catódica, que cria um plasma, que faz com que o material seja expelido da superfície alvo. O bombardeio iônico do material de origem, ou alvo, é a base do processo.
Ilustração do processo de Sputtering
Mas como ocorre a deposição por pulverização catódica? Bem, a deposição por pulverização catódica pode ser usada para depositar filmes de materiais elementares, bem como filmes de ligas, mantendo a composição do material alvo. Isso é possível porque o material é removido camada por camada do alvo, o que é uma das principais vantagens do processo. Isso permite a deposição de ligas mais complicadas, como Al-Si-Cu para metalização de semicondutores e ligas metálicas Cr-A-lY para revestimentos de lâminas de turbinas de aeronaves.
Etapas do revestimento PVD
PVD (deposição física de vapor) é um processo de revestimento por vaporização que envolve transferência de material em nível atômico. O sequência seguinte de etapas podem ser usadas para descrever o processo.
(1) O material a ser depositado é transformado em vapor por métodos físicos (vácuo de alta temperatura ou plasma gasoso),
(2) o vapor é transferido de sua fonte para um local de baixa pressão, e
(3) o vapor condensa no substrato para produzir uma película fina.
Os métodos PVD são normalmente usados para depositar filmes finos com espessuras que variam de alguns nanômetros a milhares de nanômetros. Revestimentos multicamadas, depósitos de composição graduada, depósitos muito espessos e estruturas independentes podem ser feitos com eles.
Substrato para revestimento PVD
O mais importante é que tipo de substrato pode ser utilizado para o revestimento PVD? Bem, a maioria dos metais pode ser revestida com PVD, enquanto alguns materiais requerem uma camada base de níquel e cromo para melhorar a resistência à corrosão. O revestimento PVD é um método versátil que pode ser aplicado a uma ampla gama de materiais, incluindo termoplásticos. A técnica LTAVD (Low-temperature arc vapor deposition), que deposita revestimentos metálicos a uma temperatura inferior à do PVD, é utilizada nestes materiais.
Alguns materiais de base aderem à deposição de metal melhor do que outros. É essencial selecionar o processo adequado para obter o acabamento de metal mais durável e atraente. A galvanoplastia de níquel ou cromo pode ser necessária para os melhores resultados, dependendo do material. Alguns materiais absorvem revestimentos PVD mais prontamente do que outros.
- Titânio, grafite e aço inoxidável são exemplos de materiais que podem ser revestidos sem o uso de camada base.
- Aço, latão e cobre – Normalmente, o níquel/cromo é galvanizado antes do processamento PVD para melhorar a resistência à corrosão, mas pode ser aplicado diretamente
- Fundições de plástico, alumínio e zinco – Normalmente usa o método de deposição de vapor por arco de baixa temperatura (LTAVD) para resistência superior à corrosão.
A maioria dos substratos foi fixada na câmara de vácuo na posição vertical média, enquanto alguns foram posicionados em alturas variadas. A maioria dos substratos foi colocada no meio da posição vertical, com alguns na parte inferior e superior do suporte de substrato.
Revestimentos PVD estão se tornando cada vez mais populares para acabamento de metal porque podem ser aplicados a uma ampla gama de substratos ou materiais de base. Cores diferentes podem ser obtidas dependendo dos gases introduzidos durante o processo PVD. Quando você usa revestimentos PVD para polir seu metal, não precisa se ater a cores metálicas, que são populares em muitas indústrias.
As amostras foram desengorduradas e limpas em uma linha de limpeza ultrassônica automatizada de tamanho industrial antes da deposição.
Preparação de amostra para revestimento PVD
A preparação da amostra para revestimento PVD é muito essencial. Mas, como deve ser preparada uma amostra para revestimento PVD? Que medidas devem ser tomadas?
Em instalações de produção em massa, o substrato é limpo por ultrassom antes da aplicação do revestimento PVD. A limpeza é um procedimento de várias etapas seguido de enxágue e secagem.
As rebarbas foram preparadas para PVD utilizando a técnica de limpeza ultrassônica. Óleos, lubrificantes, emulsões de resfriamento e partículas devem ser removidos das peças tanto quanto possível antes do revestimento.
A primeira etapa foi o desengorduramento ultrassônico com desengordurante (pH~11) em água deionizada para eliminar contaminantes superficiais (duração da limpeza 15 minutos), seguido de enxágue ultrassônico em água deionizada e secagem em ar quente puro.
Vantagens do revestimento PVD
O revestimento PVD está sendo utilizado devido às suas diversas vantagens, incluindo:
(i) os revestimentos formados por PVD podem ter propriedades melhores que o material do substrato;
(ii) todos os tipos de materiais inorgânicos e alguns tipos de materiais orgânicos podem ser utilizados;
(iii) o processo é mais ecológico do que muitos outros processos, como a galvanoplastia.
Mas, como o revestimento PVD aumenta as propriedades mecânicas do produto? Vamos discutir isso em detalhes.
Durabilidade aprimorada
Uma ferramenta médica ou cirúrgica revestida com PVD sobreviverá 10 vezes mais do que outra que não tenha sido. O revestimento PVD adiciona uma cobertura fina, porém robusta, de material que leva mais tempo para corroer.
Desempenho e Força
O revestimento adicionado torna o material mais resistente, portanto, itens médicos com revestimento PVD ajudam na durabilidade. Como há menos perigo de amassados ou lascas, um instrumento cirúrgico mais robusto melhorará a função do dispositivo.
Os dispositivos médicos com revestimento PVD melhoram a lubrificação e os tornam mais resistentes à água. As ferramentas médicas com revestimento PVD criam uma ferramenta mais biocompatível que não reage ao osso, fluidos biológicos ou tecido, dependendo do material revestido no dispositivo.
Afiação
O revestimento PVD pode ajudar uma ferramenta cirúrgica a manter sua lâmina ou borda mais afiada por mais tempo, melhorando a retenção da borda.
Variação
Vários materiais de revestimento PVD coloridos podem ser usados para revestir uma ferramenta médica. Isto pode ser usado para distinguir entre ferramentas semelhantes ou para categorizar suprimentos específicos.
A lubrificação de peças em componentes mecânicos em movimento é uma preocupação na indústria automotiva. Engrenagens, pistões, cames e rolamentos são exemplos dessas peças. Os revestimentos PVD têm fornecido uma solução fantástica para esse desafio. Eles alteram as propriedades da superfície das peças tratadas, reduzindo os coeficientes de atrito e aumentando a resistência ao desgaste
.
O PVD, por outro lado, tem algumas desvantagens, incluindo
(i) problemas com o revestimento de formas complexas;
(ii) alto custo de processo e baixo rendimento; e
(iii) complexidade do processo.
Aplicações industriais do revestimento PVD
Os métodos PVD são usados para revestir materiais em diversas aplicações industriais, incluindo
- Ferramentas de corte, ferramentas de fresamento, ferramentas de perfuração, ferramentas de moldagem, peças de motor e rolamentos.
- No ramo de veículos, eletrodomésticos, ferramentas de escrita, setor eletrônico e indústria de brinquedos,
- O revestimento decorativo cria uma impressão metálica nos plásticos.
- Lentes, ópticas, óculos, telas sensíveis ao toque e espelhos são todos revestidos com um revestimento óptico.
- Dispositivos médicos, como implantes, marca-passos e equipamentos cirúrgicos, são revestidos com um revestimento resistente ao desgaste.
- Revestimento resistente ao desgaste de vidro de células solares e revestimento de metalização para células solares de silício cristalino.
- Material de embalagem com camada de metalização.
Os revestimentos finos de PVD (Physical Vapor Deposition) tornaram-se cada vez mais comuns para todos os tipos de instrumentos de corte nos últimos anos. Essas tecnologias são atualmente amplamente empregadas na produção de brocas, fresas e brocas, entre outros itens.
Os revestimentos TiN PVD foram reconhecidos como uma melhoria para o trabalho de metais com aços abrasivos e de alta resistência, bem como metais não ferrosos, após dez anos de aplicação bem-sucedida em corte, puncionamento, conformação a frio, moldagem por injeção de plásticos e fundição sob pressão de algumas ligas metálicas. A alta estabilidade térmica do revestimento TiAlN (até 700 ° C) pareceu ser o fator decisivo, indicando que este revestimento deve ser utilizado quando for necessária resistência superior à oxidação.
Foto por Chris Yates on Unsplash
Os revestimentos CrN (PVD) estão abrindo caminho para uma gama cada vez maior, mas ainda seletiva, de produtos produzidos em massa. Eles podem ser feitos como revestimentos simples de CrN em temperaturas moderadas e altas, bem como revestimentos duplos de TiN+CrN. Em altas temperaturas, um arco termiônico de baixa tensão em um BAI 730M foi utilizado um aparelho para depositar CrN, enquanto que, a baixas temperaturas (abaixo de 250 ° C), foi utilizado um método de pulverização catódica por feixe de plasma em um aparelho SPUTRON.
As condições para uma artroplastia articular bem-sucedida são muito rigorosas; é necessária uma mistura bem equilibrada de qualidades mecânicas e boa biocompatibilidade. Devido à sua relativa inércia, excelentes qualidades de suporte de carga e excelente resistência ao desgaste, as ligas à base de Co-Cr têm sido utilizadas há muitos anos.
No entanto, existe o risco de que um acúmulo lento de íons metálicos como cobalto e cromo possa levar a resultados clínicos negativos. Assim, a questão é levantada; qual deve ser a possível solução para isso?
Posteriormente, uma fina camada de TiN foi colocada usando Deposição Física de Vapor para diminuir a descarga de íons metálicos potencialmente perigosos de implantes cirúrgicos à base de Co-Cr-Mo (PVD). Técnicas eletroquímicas e análise de absorção atômica foram utilizadas para examinar o desempenho de corrosão in vitro.
Conclusão
O revestimento PVD também é conhecido como revestimento de película fina. Esta é uma técnica para depositar revestimentos simples e multicamadas em amostras. Existem muitas técnicas para depositar o revestimento PVD, mas os métodos mais comumente aplicados são a evaporação e a pulverização catódica. Nestes métodos, podemos utilizar materiais de baixo e alto ponto de fusão. O revestimento PVD pode ser aplicado a uma ampla gama de materiais, incluindo termoplásticos. A amostra deve ser preparada e limpa com desengraxante ultrassônico antes do revestimento PVD. Existe uma ampla gama de aplicações industriais que incluem automotiva, implantes médicos, aeroespacial, etc. Ainda assim, você tem alguma dúvida sobre o revestimento PVD? Não hesite, deixe-nos saber comentando abaixo.
