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      表面處理PVD工藝技術

      發布于:12-07

      PVD(Physical Vapor Deposition),指利用物理過程實現物質轉移,將原子或分子由源轉移到基材表面上的過程。它的作用是可以是某些有特殊性能(強度高、耐磨性、散熱性、耐腐性等)的微粒噴涂在性能較低的母體上,使得母體具有更好的性能!

      PVD基本方法:真空蒸發、濺射



      01

      PVD簡介


      PVD是英文Physical Vapor Deposition(物理氣相沉積)的縮寫,是指在真空條件下,采用低電壓、大電流的電弧放電技術,利用氣體放電使靶材蒸發并使被蒸發物質與氣體都發生電離,利用電場的加速作用,使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上。

      02

      PVD技術的發展


      PVD技術出現于二十世紀七十年代末,制備的薄膜具有高硬度、低摩擦系數、很好的耐磨性和化學穩定性等優點。最初在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業的高度重視,人們在開發高性能、高可靠性涂層設備的同時,也在硬質合金、陶瓷類刀具中進行了更加深入的涂層應用研究。與CVD工藝相比,PVD工藝處理溫度低,在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度無影響;薄膜內部應力狀態為壓應力,更適于對硬質合金精密復雜刀具的涂層;PVD工藝對環境無不利影響,符合現代綠色制造的發展方向。目前PVD涂層技術已普遍應用于硬質合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。PVD技術不僅提高了薄膜與刀具基體材料的結合強度,涂層成分也由第一代的TiN發展為TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta-C等多元復合涂層。

      03

      涂層的PVD技術


      增強型磁控陰極?。宏帢O弧技術是在真空條件下,通過低電壓和高電流將靶材離化成離子狀態,從而完成薄膜材料的沉積。增強型磁控陰極弧利用電磁場的共同作用,將靶材表面的電弧加以有效地控制,使材料的離化率更高,薄膜性能更加優異。

        過濾陰極?。哼^濾陰極電弧(FCA )配有高效的電磁過濾系統,可將離子源產生的等離子體中的宏觀粒子、離子團過濾干凈,經過磁過濾后沉積粒子的離化率為100%,并且可以過濾掉大顆粒, 因此制備的薄膜非常致密和平整光滑,具有抗腐蝕性能好,與機體的結合力很強。

        磁控濺射:在真空環境下,通過電壓和磁場的共同作用,以被離化的惰性氣體離子對靶材進行轟擊,致使靶材以離子、原子或分子的形式被彈出并沉積在基件上形成薄膜。根據使用的電離電源的不同,導體和非導體材料均可作為靶材被濺射。

        離子束DLC:碳氫氣體在離子源中被離化成等離子體,在電磁場的共同作用下,離子源釋放出碳離子。離子束能量通過調整加在等離子體上的電壓來控制。碳氫離子束被引到基片上,沉積速度與離子電流密度成正比。星弧涂層的離子束源采用高電壓,因而離子能量更大,使得薄膜與基片結合力很好;離子電流更大,使得DLC膜的沉積速度更快。離子束技術的主要優點在于可沉積超薄及多層結構,工藝控制精度可達幾個埃,并可將工藝過程中的顆料污染所帶來的缺陷降至最小。

      04

      補充


      與不同的氣體發應形成一種薄膜涂層。今天所使用的大多數PVD方法是電弧和濺射沉積涂層。這兩種過程需要在高度真空條件下進行。Ionbond 陰極電弧PVD涂層技術在20世紀70年代后期由前蘇聯發明,如今,絕大多數的刀模具涂層使用電弧沉積技術。

        工藝溫度:典型的PVD涂層加工溫度在250℃— 450℃之間,但在有些情況下依據應用領域和涂層的質量,PVD涂層溫度可低于70℃或高于600℃進行涂層。

      涂層適用的典型零件:PVD適合對絕大多數刀具模具和部件進行沉積涂層,應用領域包括刀具和成型模具,耐磨部件,醫療裝置和裝飾產品。材料包括鋼質,硬質合金和經電鍍的塑料。

        典型涂層類型:涂層類型有TiN, ALTIN,TiALN,CrN,CrCN,TiCN和ZrN,復合涂層包括TiALYN或W — C:H/DLC。涂層厚度一般2~5um,但在有些情況下,涂層薄至0.5um ,厚至15um裝載容量。涂層種類和厚度決定工藝時間,一般工藝時間為3~6小時。

        加工過程優點:適合多種材質,涂層多樣化;減少工藝時間,提高生產率;較低的涂層溫度,零件尺寸變形??;對工藝環境無污染。


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