真空コーティングのアプリケーション

- Dec 25, 2017-

前書き
真空は、ガス圧が周囲よりも低い環境である。 プラズマは、かなりの電気伝導性があるために十分なイオンと電子が存在する気体環境である。 真空コーティングは、真空(または低圧プラズマ)環境におけるフィルムまたはコーティングの堆積である。 一般に、この用語は、物理蒸着(PVD)または低圧化学蒸着(LP-CVD)プロセスまたはプラズマ強化CVD(PECVD)などのように、原子(または分子)を一度に1つずつ堆積させるプロセスに適用される。 PVDプロセスでは、堆積される材料は、固体または液体表面の蒸発から来る。 CVDプロセスでは、堆積される材料は、熱い表面上での還元または熱分解によって分解される化学蒸気前駆体種から来る。

ある場合には、堆積される材料は、気体環境または共堆積種と反応して、酸化物、窒化物、炭化物、または炭窒化物などの複合材料の膜を形成する。 CVD処理では、気相で化学蒸気前駆体を断片化するためにプラズマを使用することにより、分解または還元プロセスを熱活性化単独よりも低い温度で進行させることができる。 PECVDは、前駆体蒸気が主にプラズマ中で分解するPVD処理(低圧PECVD、LP-PECVD)で使用される圧力と同じくらい低い圧力で行うことができる。 場合によっては、PVDおよびLP-PECVDのハイブリッド堆積プロセスを用いて合金、複合材料または化合物を堆積させる。 一例は、炭素がアセチレンのような化学蒸気前駆体に由来する金属炭窒化物である。 窒素はガスから生じる。 金属は蒸発、スパッタリング、または固体または液体表面のアーク蒸発から生じる。


装飾および装飾/磨耗コーティング
厳密に装飾目的のためのメタライゼーションは大きな市場です。 用途は、バルーンやラベルなどの装飾用途に変換されたコーティングポリマーウェブから、スポーツトロフィー、亜鉛ダイカストや成形ポリマー装飾備品、化粧品容器などの3次元物品のメタライゼーションまでさまざまです。 多くの場合、これらのコーティングは、平滑なベースコート上に沈着し、次いで染色されたラッカーでコーティングしてコーティングに所望の色および質感ならびに腐食および耐摩耗性を与える反射アルミニウムコーティングからなる。

いくつかの用途では、コーティングの装飾的な側面に加えて、コーティングは摩耗に耐えることが要求される。 例えば、窒化チタン(TiN)は金色であり、炭窒化チタン(TiC x N y )は、組成に応じて金色から紫色から黒色に変化し得る。 窒化ジルコニウム(ZrN)は真鍮の色を有し、黄銅よりもはるかに摩耗し傷がつきにくい。 装飾/摩耗コーティングは、ドアのハードウェア、配管器具、ファッションアイテム、海洋ハードウェアなどの用途に使用されます。


硬質および耐摩耗性コーティング
硬質コーティングはしばしば冶金コーティングと呼ばれ、トライボロジーコーティングの一種です。 硬質コーティングは、切削工具の切削効率および作動寿命を増加させ、摩耗が起こり得る射出成形金型などの用途に使用される部品の寸法公差を維持するために使用される。 加えて、コーティングは、拡散バリアとして作用することができ、この場合、表面間の動きまたは攻撃的な環境における腐食保護によって高温が生成される。 ハードコーティング材料には様々な種類がある。 ホウ素炭素[B4C]、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン[DLC]、TiC、AlN、CrCなどのイオン結合金属酸化物(Al 2 O 3 、ZrO 2 、TiO 2 )窒化物および炭窒化物化合物合金、および立方晶窒化ホウ素)、およびいくつかの金属合金(コバルトクロムアルミニウムイットリウム[CoCrAlY]、NiAl、NiCrBSi)である。 場合によっては、コーティングを積層して特性を組み合わせることができる。

硬質コーティングはまた、ボールベアリングに見られるような疲労摩耗を最小にするために使用される。 耐摩耗性コーティングは、軽いまたは周期的な荷重がかかる表面にも適用することができる。 例えば、ハードコーティングは、耐擦傷性を改善するためにプラスチック上に堆積される。 アプリケーションは、成形プラスチックレンズとプラスチック飛行機キャノピーにあります。 いくつかの場合には、SiO 2またはAl 2 O 3のような磨耗コーティングをガラスのような既に硬い表面に適用して、耐引掻性を高めることができる。

 

腐食保護コーティング
積極的な化学環境からの保護は、いくつかの方法で達成することができます。 表面は、不活性材料または環境と反応した後に保護表面を形成する材料、または下地の材料を保護するために犠牲的に除去される材料でコーティングすることができる。 タンタル、白金、および炭素は、多くの化学的環境において不活性である。 例えば、カーボンコーティングは、適合性を提供するために人体に埋め込まれた金属上で使用される。 航空宇宙産業では、部品は接触する異種材料のガルバニック腐食を防ぐために、イオン蒸着(IVD)のPVDプロセスによってコーティングされたアルミニウムである。

クロム、アルミニウム、シリコン、およびMCrAlY(ここで、MはNi、Co、Fe)合金は酸素と反応して表面上にコヒーレント保護酸化物層を形成する。 金属イオン(Fe、Cu)が酸化物を通る酸素よりも急速に拡散すると、厚い酸化物が表面上に形成される。 酸素が金属イオン(Al、Si、Ti、Zr-「バルブ」金属)より酸化物を介してより急速に拡散すると、界面で酸化が起こり、薄い酸化物が形成される。 MCrAlY合金コーティングは、航空機エンジンタービンブレードの保護コーティングとして使用されます。 カドミウム、アルミニウム、およびAl:Zn合金は、鋼のガルバニック犠牲コーティングとして使用される。 真空カドミウム(「vac cad」)めっきは、電気めっきされたカドミウムに比べて、真空蒸着処理が使用される場合に高強度鋼の水素脆化の可能性がないという利点がある。