真空コーティング(PVD技術)

- Jul 09, 2019-

真空コーティング(PVD技術)

 

1.真空コーティング技術の開発

真空コーティング技術は長い間始まっていません。 1960年代には、CVD(化学気相成長)技術が超硬切削工具に適用されました。 この技術は高温(プロセス温度が1000 ℃を超える)で実行する必要があるため、コーティングの種類は単一であり、大きな制限があるため、最初は普及しませんでした。 1970年代の終わりに、PVD(物理蒸着)技術が登場し始め、PVDコーティング技術は20〜30年という短い期間で急速に発展しました。 その理由は以下の通りです。

 

(1)真空封止されたキャビティ内に膜を形成し、環境保護に資する環境汚染の問題がほとんどない。
(2)それは明るく、贅沢な表面を得ることができます。 色には、成熟した7色、銀、透明、金色、黒、そして金色から黒までの色があり、さまざまな装飾的ニーズを満たすことができます。
(3)他の方法では得ることが困難である高い硬度および耐摩耗性を有するセラミックコーティングおよび複合コーティングを容易に得ることができる。 金型や金型に適用すると、寿命が2倍になり、低コストと高収入の効果が得られます。
(4)さらに、PVDコーティング技術は、低温と高エネルギーという2つの特徴を持ち、ほとんどすべての基板上にフィルムを形成することができます。 それゆえ、PVDコーティング技術が広範囲の用途および急速な開発を有することは驚くことではない。

 

真空コーティング技術の発展と共に、PCVD(物理化学蒸着)、mt − cvd(中温化学蒸着)および他の新しい技術が出現した。 様々なコーティング装置およびコーティング方法が際限なく出現している。 現在、2つの成熟したPVD方法があります。マルチアークメッキとマグネトロンスパッタリングです。 マルチアークメッキ装置は構造が単純で操作が簡単である。 マルチアークめっきの欠点は、コーティング厚が0.3μmに達すると、堆積速度が伝統的なDC電源を用いた低温コーティングの条件下で反射率に近くなり、フィルム形成が非常に困難になることである。 さらに、膜表面は曇ってしまう。 マルチアークメッキの他の欠点は、溶融後に金属が蒸発するので、堆積粒子が大きく、密度が低く、そして耐摩耗性がマグネトロンスパッタリングのそれより悪いことである。 マルチアークコーティングおよびマグネトロンスパッタリングコーティングはそれぞれ利点および不利点を有することが分かる。 その利点を最大限に発揮し、可能な限り互いに補完するために、マルチアーク技術とマグネトロン技術を統合したコーティング機が誕生しました。 その過程で、マルチアークめっきの新しい方法を提示し、次に被覆をマグネトロンスパッタリングにより厚くし、そして最後に表面被覆の色をマルチアークめっきにより安定化した。

 

 

技術的な原則

PVD(Physical Vapor Deposition)は、真空蒸着法、真空スパッタリング蒸着法、真空イオン蒸着法に分けられる。 通常、PVDコーティングは真空イオンコーティングと真空スパッタリングを指します。 通常前記NCVMコーティングは、真空蒸着コーティングを指す。

 

真空蒸着の基本原理:真空条件下では、金属および金属合金が気化し、次いで基板の表面に堆積する。 蒸発法は一般に抵抗加熱に使用され、電子ビームはメッキ材料に衝撃を与えて気相に蒸発させ、次いで基板の表面に堆積させる。 歴史的に、真空蒸着はPVD法で使用される最も初期の技術です。

 

スパッタリングコーティングの基本原理:アルゴン(Ar)ガスの真空条件下で、アルゴンがグロー放電されます。 このとき、アルゴン(Ar)原子はイオン化してアルゴンイオン(Ar)になる。 電界力の作用下で、アルゴンイオンはメッキ材料で作られた陰極ターゲットの衝撃を加速し、それはスパッタリングされて加工物の表面に堆積する。 スパッタリングコーティング中の入射イオンは、一般に10 -2 Pa〜10Paの範囲内でグロー放電によって得られる。 したがって、基板への飛行中に、スパッタ粒子は真空チャンバ内のガス分子と衝突する傾向があり、運動方向をランダムにし、堆積された膜を均一にすることを容易にする。

 

イオンプレーティングの基本原理:真空下で、ある種のプラズマイオン化技術を使用して、イオンへのイオン化のプレーティング原子部分が、同時に、メッキ基板に負のバイアスを加えて、多くの高エネルギー中性原子を生成する。 このようにして、深い負バイアスの作用下で、イオンが基板の表面に堆積されて薄膜を形成する。

 

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PVD技術のプロセスステップ

 

1.ワークピースの洗浄:DC電源が接続され、アルゴンイオンにアルゴンが衝突すると、グロー放電にアルゴンが使用されます。これにより、ワークピースの表面に粒子や汚れが飛散します。
めっきのガス化:すなわち、交流の後、めっきは蒸発する。
めっきイオンの移動:ガス化源から供給された原子、分子またはイオンが衝突および高電圧電場の後に高速でワークピースに突入する。
基板上へのメッキ原子、分子またはイオンの堆積:ワークピースの表面上の蒸発イオンの量が飛び散ったイオンの量を超えると、それはワークピースの表面にしっかり付着したコーティングの層を形成するために徐々に蓄積する。 。
イオンプレーティングの粒子イオン化の後、蒸着材料は3000から500000電子ボルトの運動エネルギー、高速衝撃アーティファクトを持ち、堆積速度は速く、表面を貫通することができるだけでなく、マトリックス拡散層の深部まで形成することができます。すなわち、イオンプレーティングの界面拡散深さは4〜5ミクロン、すなわち通常の真空コーティング拡散深さよりも数十倍、さらには100倍深く、そして互いに非常に速く付着する。

 

製品性能の利点

 

技術的な特徴

 

(1)PVD膜はステンレス鋼および超硬合金に直接めっきできます。 亜鉛合金、銅、鉄などの比較的柔らかいダイカストでは、最初に化学的クロムメッキを実施し、次にPVDメッキが適しています。 しかしながら、水メッキ後のPVDメッキは、気泡が発生しやすく、不良率が高い。
(2)典型的なPVDコーティング処理温度は250℃から450℃の範囲です。
(3)コーティングの種類と厚さは、処理時間を決定し、一般的な処理時間は3〜6時間です。
(4)ミクロングレードのPVDコーティング層の厚さ、シンナーの厚さ、平均0.3ミクロン〜5ミクロン、装飾コーティング膜層の厚さは一般的に0.3ミクロン〜1μmであるので、それはほとんど影響を与えることはできません工作物の元の大きさは工作物の表面上のあらゆる種類の物理的性質および化学的性質を高め、そして工作物の大きさを維持することができ、メッキ処理後に再び必要ではない。
(5)PVD技術は、塗膜と基板材料との間の接着強度を向上させるだけでなく、TiNの第一世代からTiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、スズ-Aln、CNxへとコーティング成分を開発する。 、DLCおよびta-c複合コーティング、さまざまな色の表面効果を形成します。
6)現時点では、フィルム層の色は、ダークゴールド、ライトゴールド、コーヒー、ブロンズ、g 線、黒、グレーブラック、7色などにすることができる。メッキの色は、制御することによって制御することができる。コーティングプロセスのパラメータ コーティング後、色彩値は関連する機器を用いて測定することができるので、色彩を定量化してメッキ色が要件を満たすかどうかを決定することができる。

 

技術的な利点

(1)塗膜密着性が良い
通常の真空コーティングでは、まるで完全に分離されているかのように、ワークピースの表面とコーティングの間にほとんどつながりがありません。 イオンプレーティング、イオン衝撃高速アーティファクト、表面を貫通することができ、深くマトリックス拡散層を形成し、引張試験用の試験片のイオンプレーティングの後、イオンプレーティングの界面拡散深さは4〜5ミクロンであることを示した。破断する方法、剥離または剥がれ落ちることなく、マトリックス金属塑性伸びでめっきすること、目に見える程度に強い接着、膜層が均一、緻密であること。
(2)強い巻線とめっき能力
イオンプレーティング中、蒸発器粒子は荷電イオンの形態で電界の方向に沿って移動する。 それ故、電場が存在するところはどこでも、良好なコーティングを得ることができ、それは直接方向でのみ得ることができる通常の真空コーティングよりもはるかに優れている。 それ故、この方法はメッキされた部品の内部の穴、溝および狭い接合部に非常に適している。 他の方法では部品のメッキが困難です。 通常の真空コーティングで直接表面をメッキすることができます、登山梯子のような蒸発粒子は、梯子を上がることしかできません。 そしてイオンプレーティングはメッキ部分の裏側と内側の穴の周りを均一にすることができ、荷電イオンはヘリコプターのように、所定の経路に沿ってその活動範囲内の任意の場所に飛ぶことができます。

(2)塗装品質が良い
イオンプレーティングのコーティングは、ピンホール、気泡、さらには厚さもなく、コンパクトです。 端面や溝でもメッキすることができ、金属の腫瘍を形成しません。 糸のような部品はまた、高硬度、高耐摩耗性(低摩擦係数)、良好な耐食性および化学的安定性、より長い膜寿命でめっきすることができる。 同時に、フィルムは工作物の装飾特性の外観を大きく改善することができる。
(4)簡易洗浄工程
ほとんどの既存のコーティングプロセスは、事前にワークピースの厳密な洗浄を必要とします。 しかし、イオンプレーティングプロセス自体がイオン衝撃洗浄の役割を果たしており、この役割はコーティングプロセスを通して継続されてきました。 優れた洗浄効果は、コーティングを基材に直接近づけることができ、効果的に接着力を高め、メッキ前の多くの洗浄作業を簡素化します。

(5)めっき材料の広い範囲
イオンプレーティングは、高エネルギーイオンを使用してワークピースの表面を衝撃し、それによってワークピースの表面上の大量の電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、表面組織の拡散および化学反応を促進する。 ただし、ワーク全体、特にワーク中心は高温の影響を受けません。 それ故、この被覆方法は広範囲の用途及び僅かな制限を有する。 一般に、様々な金属、合金およびいくつかの合成材料、絶縁材料、感熱材料および高融点材料をメッキすることができる。 非金属または金属の金属加工物にメッキすることができ、さらに非金属または非金属にメッキすることができ、プラスチック、ゴム、石英、セラミックなどにメッキすることもできる。

 

市場の見通しと用途

PVDコーティング技術の適用は、主に2つのカテゴリに分類されます。装飾めっきと工具めっきです。
装飾メッキ
装飾めっきの目的:主に工作物の装飾性能および色の外観を改善し、同時に工作物をより耐摩耗性の腐食にし、その耐用年数を延ばすこと。 この側面は、ドアや窓のハードウェア、鍵、衛生陶器のハードウェアなど、各ドメインのハードウェアの専門分野に主に適用されます。

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2.メッキ工具
工具めっきの目的:主に工作物の表面硬度と耐摩耗性を改善するために、表面の摩擦係数を減らし、工作物の耐用年数を改善する。 この側面は主に様々な切削工具、旋削工具(旋削工具、平削り盤、フライス盤、ドリルなど)や他の製品で使用されています。

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IKS PVD、中国からの真空コーティング機製造、連絡先:iks.pvd@foxmail.com

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