PVDコーティングの開発動向

- Jun 05, 2018-


PVDコーティング技術の現在の発展は、以下の4つの主要な傾向を有する。

 

コーティング組成物は、多様化し、複合化する傾向があり

 

第1世代のPVDコーティングは主にTiNであった。 これに基づいて、TiC、TiCN、ZrN、CrN、WCおよび他の単一金属コーティングが開発された。 PVD蒸着技術の更なる発展に伴い、TiAINやTiAICNなどのアルミニウム系マルチメタル合金コーティングが次々と開発されました。 これらのコーティングの耐摩耗性と赤色硬度は、単一の金属コーティングよりもはるかに高く、ホビング(最大150m /分)などのより高い切断速度の状況に使用できます。 その後、TiN + TiCN + TiN、TiN + TiAlN、TiAIN + WC / Cなどの異なるコーティングの利点を発揮するために、ツール上に異なる種類のコーティングを積層する可能性を考慮しました。

 

近年、PVDコーティング技術は一歩前進しました。 多くのコーティング会社は、スイスのBalzers社のP3E(Pulse Enhanced Electron Emission)技術などのパルスコーティング技術を開発し、適用しています。 ドイツのCemeconのHIP_(高イオンパルス)技術 これらの新しい技術の両方は、アーク蒸発ターゲットを活性化するためにパルス電子を使用する。 このプロセスは酸素雰囲気で動作することができるので、理論的には、このプロセスによってほぼすべての金属酸化物(例えば、A12O3、ZrO2、Cr2O3、Ta2O5など)およびそれらの化合物コーティングを堆積させることができる。

 

2.コーティングのアプリケーション開発がよりターゲットとされている

 

異なる用途要件を満たすために、コーティングの設計および開発がますますターゲットとされている。 掘削、フライス加工、ドライホブ加工、スタンピング、絞り加工などの様々な用途分野の特性および要求を満たすために、この点で相対的な利点を有するコーティングが開発される。 継続的な努力と試行を経て、高速アルミホウビングの非TiコーティングAICrN、複合材料の非Tiコーティング(Al:Ti-2:1)コーティングの適用などの特定の分野での成功が達成されましたドリルでCrN + TISINをコーティング、ドローイングモールドでTIN + TCX複合コーティング。 それらの表面の寿命は、他のコーティングよりも著しく優れています。 また、耐食性(Crxコーティング)、自己潤滑性(WC / Cコーティング)、軟質材料加工(MoS2コーティング)、高硬度材料加工(CBN、ダイモンドコーティング)など、さまざまなターゲットコーティングが広く適用されています。 PVDコーティング技術の継続的な開発により、それらを代替するための新しいターゲットコーティングが引き続き開発されるであろう。

 

コーティングの堆積した粒子は、ナノサイズである傾向がある

 

ナノテクノロジーの発展とコーティング技術の進歩により、ナノツールコーティングは、多数の研究者とPVDコーティングサービス企業の注目を集めています。 コーティングの堆積粒子のナノ結晶化は、コーティングと基板との間の結合強度を向上させることができると同時に、コーティングの表面粗さを減少させることができる。 現在、コーティングの堆積粒子の大部分は依然として大きい。 いわゆるナノスケールコーティングが存在するが、より大きな粒子がそれらの最終表面上に依然として見出され得、コーティング表面は依然として粗い。 コーティングの堆積粒子のサイズを小さくし、大きな異常粒子を避けるためにプロセスの安定性を維持することは、コーティングの別の開発方向になる。 特にミラー面の用途では、ミラーコーティングを施した企業もあるが、品質と安定性が悪く、プロセスが複雑すぎる。 将来的には、コーティング粒子のナノ結晶化およびコーティング層の厚さのナノメートル化が主な開発方向であり、これはコーティングの全体的な性能を改善し、層間の応力を低減するために非常に重要であり、鏡面の平滑性を向上させ、精密成形業界でのコーティングの適用をさらに拡大する。

 

4.コーティングプロセスの温度が下がったり下がったりしています。

 

一般的なCVDコーティング層の約1000℃の堆積温度から、PVDおよびPECVDコーティングの約500℃まで、コーティングの堆積温度は低下している。 そのため、被覆層の塗布範囲も拡大するが、500℃前後の堆積温度は、基板の変形や硬さの低下など、加工物に悪影響を及ぼす。 従って、被覆された加工物の予備加熱処理には特別な要求がある。 例えば、被加工物の焼き入れ温度は、被膜の温度より低くなくてもよい。 200℃未満のコーティング温度のような低温コーティングは、より多くのタイプの材料をコーティングに利用できるようにするこれらの制限を解消し、早期熱処理の選択をより柔軟にする。 同時に、低温コーティングの適用はまた、コーティング装置のエネルギー消費を低減し、省エネルギーにおいて一定の環境保護効果を有する。 さらに、コーティング温度の低下は、加熱および冷却時間を短縮し、次いで、コーティングの送達サイクルを短縮する。 したがって、低温コーティングは、コーティングの適用および普及を促進し、PVDコーティング開発の重要な方向になるであろう。 現在、一部のコーティング会社で極低温コーティングが開発されています(コーティング温度は250℃と低い)。 しかしながら、プロセスの不安定性およびコーティングと基材との間の乏しい接着のために、実質的な用途は作られておらず、より多くの改善が必要である。