Lớp phủ chân không (Công nghệ PVD)

Lớp phủ chân không (công nghệ PVD)

1. Phát triển công nghệ sơn chân không

Công nghệ sơn chân không không bắt đầu trong một thời gian dài. Vào những năm 1960, công nghệ CVD (lắng đọng hơi hóa học) đã được áp dụng cho các công cụ cắt cacbua. Vì công nghệ cần phải được thực hiện ở nhiệt độ cao (nhiệt độ quá trình cao hơn 1000 ° C), loại lớp phủ là đơn lẻ và có những hạn chế lớn, vì vậy ban đầu nó không được phổ biến. Vào cuối những năm 1970, công nghệ PVD (lắng đọng hơi vật lý) bắt đầu xuất hiện và công nghệ sơn PVD phát triển nhanh chóng trong một thời gian ngắn từ 20 đến 30 năm. Những lý do như sau:

(1) nó tạo thành một màng trong khoang kín chân không và hầu như không có vấn đề ô nhiễm môi trường, có lợi cho việc bảo vệ môi trường;
(2) nó có thể có được bề mặt sáng và sang trọng. Về màu sắc, có bảy màu trưởng thành, bạc, trong suốt, vàng, đen và bất kỳ màu nào từ vàng đến đen, có thể đáp ứng các nhu cầu trang trí khác nhau;
(3) lớp phủ gốm và lớp phủ composite có độ cứng cao và chống mài mòn khó có được bằng các phương pháp khác có thể dễ dàng thu được. Khi áp dụng cho dụng cụ và khuôn mẫu, tuổi thọ của dịch vụ có thể tăng gấp đôi và hiệu quả của chi phí thấp và thu nhập cao có thể đạt được.
(4) ngoài ra, công nghệ sơn PVD có hai đặc tính là nhiệt độ thấp và năng lượng cao, và có thể tạo màng trên hầu hết mọi chất nền. Do đó, không có gì đáng ngạc nhiên khi công nghệ sơn PVD có nhiều ứng dụng và phát triển nhanh chóng.

Với sự phát triển của công nghệ sơn chân không, PCVD (lắng đọng hơi hóa lý), mt-cvd (lắng đọng hơi hóa học ở nhiệt độ trung bình) và các công nghệ mới khác đã xuất hiện. Thiết bị lớp phủ khác nhau và quá trình phủ đã xuất hiện một cách vô tận. Hiện nay, có hai phương pháp PVD trưởng thành: mạ đa pha và phún xạ từ. Thiết bị mạ nhiều hồ quang có cấu trúc đơn giản và dễ vận hành. Nhược điểm của mạ nhiều hồ quang là khi độ dày lớp phủ đạt 0,3um, tốc độ lắng gần với độ phản xạ trong điều kiện lớp phủ nhiệt độ thấp với nguồn điện DC truyền thống, và việc tạo màng trở nên rất khó khăn. Hơn nữa, bề mặt màng trở nên mờ. Một nhược điểm khác của mạ nhiều hồ quang là kim loại bay hơi sau khi nóng chảy, do đó các hạt lắng đọng lớn hơn, mật độ thấp hơn và khả năng chống mài mòn kém hơn so với phún xạ từ. Có thể thấy rằng lớp phủ đa hồ quang và lớp phủ phún xạ có các ưu điểm và nhược điểm tương ứng. Để phát huy hết khả năng của chúng và bổ sung cho nhau càng nhiều càng tốt, máy phủ tích hợp công nghệ đa hồ quang và công nghệ từ tính ra đời. Trong quá trình này, một phương pháp mạ đa hồ quang mới được trình bày, và sau đó lớp phủ được làm dày lên bằng phương pháp phún xạ từ, và cuối cùng màu của lớp phủ bề mặt được ổn định bằng cách mạ nhiều hồ quang.

2. Nguyên tắc kỹ thuật

PVD (lắng đọng hơi vật lý) được chia thành lắng đọng bay hơi chân không, lắng đọng phun chân không và lắng đọng ion chân không. Chúng ta thường nói rằng lớp phủ PVD, đề cập đến lớp phủ ion chân không và phún xạ chân không; Thông thường lớp phủ NCVM, đề cập đến lớp phủ bay hơi chân không.

Nguyên tắc cơ bản của sự bay hơi chân không: trong điều kiện chân không, kim loại và hợp kim kim loại được hóa hơi, và sau đó lắng đọng trên bề mặt của chất nền. Phương pháp bay hơi thường được sử dụng để gia nhiệt điện trở, và chùm tia điện tử bắn phá vật liệu mạ để hóa hơi thành pha khí, sau đó lắng đọng trên bề mặt chất nền. Trong lịch sử, bay hơi chân không là công nghệ sớm nhất được sử dụng trong phương pháp PVD.

Nguyên lý cơ bản của lớp phủ phún xạ: trong điều kiện chân không của khí argon (Ar), argon sẽ được phát sáng. Lúc này, các nguyên tử argon (Ar) sẽ ion hóa thành các ion argon (Ar). Dưới tác động của lực điện trường, các ion argon sẽ tăng tốc độ bắn phá mục tiêu cực âm làm bằng vật liệu mạ, sẽ được phun ra và lắng đọng trên bề mặt phôi. Các ion sự cố trong lớp phủ phún xạ thường thu được bằng cách phát sáng trong phạm vi l0-2 Pa ~ 10Pa. Do đó, trong quá trình bay đến chất nền, các hạt phun ra có xu hướng va chạm với các phân tử khí trong buồng chân không, làm cho hướng chuyển động ngẫu nhiên và màng lắng đọng dễ dàng đồng nhất.

Nguyên lý cơ bản mạ ion: trong điều kiện chân không, sử dụng một số loại công nghệ ion hóa plasma, để phần nguyên tử mạ của ion hóa thành các ion, đồng thời tạo ra nhiều nguyên tử trung tính năng lượng cao, trong chất nền mạ cộng với độ lệch âm. Theo cách này, dưới tác động của sai lệch âm sâu, các ion được lắng đọng trên bề mặt chất nền để tạo thành một màng mỏng.

Các bước xử lý công nghệ PVD

1. Làm sạch phôi: argon được sử dụng để phóng điện phát sáng khi nguồn điện dc được kết nối và argon bị bắn phá bởi các ion argon, sẽ làm văng các hạt và bụi bẩn trên bề mặt phôi.
2. Khí hóa của mạ: nghĩa là sau khi ac, lớp mạ bay hơi.
3. Sự di chuyển của các ion mạ: các nguyên tử, phân tử hoặc ion được cung cấp bởi nguồn khí hóa xông vào phôi ở tốc độ cao sau khi va chạm và điện trường cao thế;
4. Sự lắng đọng của các nguyên tử mạ, phân tử hoặc ion trên đế: khi lượng ion bay hơi trên bề mặt phôi vượt quá lượng ion bị bắn tung tóe, nó sẽ tích tụ dần để tạo thành một lớp phủ bám chắc vào bề mặt phôi. .
Sau khi ion hóa hạt mạ, vật liệu bay hơi có ba nghìn đến động năng của năm nghìn vôn electron, tạo tác bắn phá tốc độ cao, không chỉ tốc độ lắng nhanh và có thể xuyên qua bề mặt, tạo thành một lớp khuếch tán ma trận sâu , độ sâu khuếch tán giao diện của mạ ion sẽ là bốn đến năm micron, nghĩa là, hơn độ sâu khuếch tán lớp phủ chân không thông thường sâu hàng chục lần, thậm chí một trăm lần và kết dính với nhau rất nhanh.

Lợi thế về hiệu suất sản phẩm

1. Tính năng kỹ thuật

(1) Màng PVD có thể được mạ trực tiếp trên thép không gỉ và hợp kim cứng. Đối với vật đúc tương đối mềm như hợp kim kẽm, đồng và sắt, nên mạ crôm hóa học trước, sau đó mạ PVD là phù hợp. Tuy nhiên, mạ PVD sau khi mạ nước rất dễ bong bóng, và tỷ lệ khuyết tật cao.
(2) nhiệt độ xử lý lớp phủ PVD điển hình dao động từ 250oC đến 450oC;
(3) loại lớp phủ và độ dày xác định thời gian xử lý, thời gian xử lý chung là 3 ~ 6 giờ;
(4) Độ dày lớp phủ PVD của lớp micron, độ dày của lớp mỏng hơn, trung bình 0,3 mu m ~ 5 micron, độ dày lớp màng trang trí thường là 0,3 mu m ~ 1 mu m, vì vậy nó hầu như không ảnh hưởng kích thước ban đầu của phôi nâng tất cả các loại tính chất vật lý và tính chất hóa học trên bề mặt phôi, và có thể duy trì kích thước phôi, không cần phải tái chế sau khi gia công mạ;
(5) Công nghệ PVD không chỉ cải thiện độ bền liên kết giữa màng phủ và vật liệu nền mà còn phát triển các thành phần phủ từ thế hệ đầu tiên của TiN thành TiC, TiCN, ZrN, CrN, MoS2, TiAlN, TiAlCN, tin-aln, CNx , Lớp phủ hỗn hợp DLC và ta-c, tạo thành hiệu ứng bề mặt của các màu khác nhau.
( 6) hiện tại, màu sắc của lớp màng có thể được tạo ra là vàng đậm, vàng nhạt, cà phê, đồng, tia g , đen, xám đen, bảy màu, v.v. Màu sắc của mạ có thể được kiểm soát bằng cách kiểm soát các thông số trong quá trình phủ. Sau khi phủ, giá trị màu có thể được đo bằng các dụng cụ liên quan, sao cho màu có thể được định lượng để xác định xem màu mạ có đáp ứng yêu cầu hay không.

2. Ưu điểm kỹ thuật

(1) hiệu suất bám dính tốt
Trong lớp phủ chân không thông thường, hầu như không có kết nối giữa bề mặt phôi và lớp phủ, như thể tách biệt hoàn toàn. Mạ ion, tạo tác ion tốc độ cao, có thể xuyên qua bề mặt, tạo thành lớp khuếch tán sâu vào ma trận, độ sâu khuếch tán giao diện của lớp mạ ion sẽ là bốn đến năm micron, sau khi mạ ion của mẫu thử nghiệm cho thấy tất cả Cách để đi đến gãy, mạ bằng ma trận kéo dài nhựa kim loại, mà không bong tróc hoặc bong ra, có thể thấy độ bám dính mạnh, lớp màng đồng nhất, dày đặc.
(2) khả năng cuộn và mạ mạnh
Trong quá trình mạ ion, các hạt bay hơi di chuyển dọc theo hướng của điện trường dưới dạng các ion tích điện. Do đó, bất cứ nơi nào có điện trường, có thể thu được lớp phủ tốt, tốt hơn nhiều so với lớp phủ chân không thông thường chỉ có thể thu được theo hướng trực tiếp. Do đó, phương pháp này rất phù hợp với các lỗ bên trong, rãnh và khe hẹp của các bộ phận mạ. Các phương pháp khác khó mạ các bộ phận. Với lớp phủ chân không thông thường chỉ có thể mạ bề mặt trực tiếp, các hạt bay hơi như thang leo, chỉ có thể đi lên thang; Và mạ ion có thể đồng đều xung quanh mặt sau của các bộ phận mạ và lỗ bên trong, các ion tích điện giống như một máy bay trực thăng, có thể bay dọc theo tuyến đường quy định đến bất kỳ nơi nào trong bán kính hoạt động của nó.

(2) chất lượng lớp phủ tốt
Lớp phủ của lớp mạ ion nhỏ gọn, không có lỗ kim, bong bóng và độ dày. Ngay cả bề mặt cạnh và rãnh có thể được mạ, không tạo thành khối u kim loại. Các bộ phận như sợi cũng có thể được mạ, với độ cứng cao, chống mài mòn cao (hệ số ma sát thấp), chống ăn mòn tốt và ổn định hóa học, tuổi thọ phim dài hơn; Đồng thời bộ phim có thể cải thiện đáng kể sự xuất hiện của các tính chất trang trí phôi.
(4) quá trình làm sạch đơn giản
Hầu hết các quy trình sơn hiện có yêu cầu làm sạch nghiêm ngặt phôi trước. Tuy nhiên, bản thân quá trình mạ ion có vai trò làm sạch bắn phá ion và vai trò này đã được tiếp tục trong suốt quá trình phủ. Hiệu quả làm sạch tuyệt vời, có thể làm cho lớp phủ trực tiếp gần với bề mặt, tăng cường hiệu quả bám dính, đơn giản hóa rất nhiều công việc làm sạch trước khi mạ.

(5) một loạt các vật liệu mạ
Mạ ion là sử dụng các ion năng lượng cao để bắn phá bề mặt phôi, để một lượng lớn năng lượng điện trên bề mặt phôi thành năng lượng nhiệt, để thúc đẩy sự khuếch tán của mô bề mặt và phản ứng hóa học. Tuy nhiên, toàn bộ phôi, đặc biệt là trung tâm phôi, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao. Do đó, quá trình phủ này có một loạt các ứng dụng và một hạn chế nhỏ. Nói chung, các kim loại khác nhau, hợp kim và một số vật liệu tổng hợp, vật liệu cách nhiệt, vật liệu nhiệt và vật liệu nóng chảy cao có thể được mạ. Có thể được mạ trên kim loại mảnh phi kim hoặc kim loại, cũng có thể được mạ trên phi kim hoặc phi kim, thậm chí có thể được mạ nhựa, cao su, thạch anh, gốm sứ và như vậy.

Triển vọng thị trường và ứng dụng

Ứng dụng của công nghệ sơn PVD chủ yếu được chia thành hai loại: mạ trang trí và mạ công cụ.
1. Mạ trang trí
Mục đích của mạ trang trí: chủ yếu là để cải thiện sự xuất hiện của hiệu suất và màu sắc trang trí phôi, đồng thời để làm cho phôi chống ăn mòn hơn và kéo dài tuổi thọ của nó; Khía cạnh này chủ yếu áp dụng nghề phần cứng mỗi miền, như phần cứng cửa và cửa sổ, khóa, phần cứng thiết bị vệ sinh, v.v.

2.Tools mạ
Mục đích mạ công cụ: chủ yếu nhằm cải thiện độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn của phôi, giảm hệ số ma sát của bề mặt, cải thiện tuổi thọ của phôi; Khía cạnh này chủ yếu được sử dụng trong các công cụ cắt, dụng cụ tiện khác nhau (như dụng cụ tiện, máy bào, dao phay, máy khoan, v.v.) và các sản phẩm khác.

IKS PVD, sản xuất máy sơn chân không từ Trung Quốc, liên hệ: iks.pvd@foxmail.com