Напыление металлов в вакууме

Сущность процесса вакуумного напыления

Напыление металлов в вакууме

Создание микроскопических защитных пленок на поверхности деталей в условиях полного вакуума относят к методу напыления в вакууме. Возможности применения данной технологии обработки поверхности достаточно широки — она является завершающим этапом изготовления деталей электроники, оптики, пластмассовых, стеклянных и стальных изделий, автомобильных запчастей и т. д. Для вакуумного-дугового нанесения покрытий используются разнообразные сложные составы — металлы и сплавы, оксиды, карбиды, металло-керамические смеси, стекла сложной структуры.

Технология процесса напыления состоит в подаче направленного потока молекул или атомов с заданными свойствами к поверхности обрабатываемого материала при их последующем равномерном осаждении. Напыление металлов в вакууме — нанесение пленок или слоев на поверхность деталей или изделий в условиях вакуума (1,0-1 • 10-7 Па). Конденсация газообразных (парообразных) элементов или их соединений с образованием монолитного покрытия проводится в вакууме, при этом исходные твердые материалы за счет испарения переходят в газовую (паровую) фазу, которая имеет тот же состав, что и покрытие.

Материал покрытия Цвет покрытия Твердость, ГПа Коэффициент трения (без смазки) Максимальная рабочая температура, °С Упрочняемые детали
TiN Золотой 24…28 0,4…0,5 500 Инструмент для резания, формирования, экструзии, выдувания, литья
CrN Серебряный 18 0,3…0,4 700 Инструмент для глубокой вытяжки, выдавливания, гибки, литья, обработки медных сплавов
ZrN Белое золото 20 0,4 550 Инструмент для обработки алюминиевых и титановых сплавов
TiCN Серо-голубой 37 0,2…0,4 400 Инструмент для прерывистого резания, фрезерования, нарезания резьбы; штамповки; пресс-формы литья пластмасс под давлением
TiAlCN Фиолетово-бордовый 33 0,3 500 Инструмент для фрезерования, зубофрезерования, нарезания резьбы, штамповки, вырубки
TiAlN Фиолетово-черный 28…35 0,3…0,6 700-900 Инструмент для высокоскоростного резания, сверления, фрезерования, развертывания, точения; обработки без СОЖ; формовой и штамповой оснастки
AlTiN Черный 38 0,7 900 Инструмент для высокоскоростной обработки без СОЖ; обработки материалов с твердостью больше 52HRC, титановых и никелевых сплавов
AlCrN Серо-голубой 30…32 0,3…0,6 1100 Инструмент из твердых сплавов, концевых фрез из быстрорежущих сталей, для изготовления зубчатых передач; эльборовых сменных вставок для токарной обработки; оснастка для литья алюминиевых сплавов, штамповки, горячей ковки
TiCrN Темно-серый 21 0,5 700 Оснастка, используемая при прокатке
AlTiCrN Серо-голубой 34 0,55 900 Инструмент универсального применения

Напыление в вакууме проходит несколько стадий

Отличия напыления металлов в вакууме

Напыление металлов в вакууме применяется для нанесения pvd покрытий, толщина которых колеблется от 0,01 до 0,5 мкм в случае нанесения покрытий методом pvd благородных металлов (серебро, золото, платина) и до. Напыление металлов в вакууме широко применяется в технике для получения тонких стальных или диэлектрических покрытий.

Переход частиц из конденсированного состояния в газовое может происходить при воздействии ионов плазмы или при перемещении напыляемого вещества в вакуумной среде. Вакуумное перемещение является более предпочтительным, так как обеспечивает лучшее сцепление нанесенного состава с предназначенной для этого подложкой. В безвоздушной среде преобладающее количество частиц, попадающих на поверхность детали, оседает на ней и конденсируется, в то время как при других методах напыления атомы плохо сцепляются с поверхностью и отражаются от нее (процесс десорбции). Помимо состояния вакуума, эффективное вакуумное или ионное нанесение покрытия требует соблюдения определенной температуры, при которой процент оседаемых частиц, образующих зародыши и превращающихся в пленку, максимален. Также качество нанесения покрытия в вакууме зависит от состава материала, свойств поверхности, скорости прохождения физического процесса.

Для лучшей фиксации осаждаемой пленки на покрытии объекта сразу после процедуры напыления проводят ее обжиг — при температуре чуть выше, чем у полученной в результате обработки поверхности. После обжига на готовую плоскость возможно наложить еще несколько слоев — с различными свойствами, необходимыми для создания того или иного полезного эффекта.

Особенности нанесения декоративных покрытий

Хромирование поверхностей имеет две цели: формирует защитный слой и повышает коэффициент отражения. Благодаря нанесению зеркальных покрытий изделие может противостоять механическим ударам и силовому трению, и одновременно получает обновленное декоративное покрытие. Чаще всего создание такой пленки — продукт вакуумного испарения алюминия и хрома. Нанесение вакуумных декоративных покрытий имеет широкий спектр применения — обработать любое изделие можно независимо от его состояния, напылению подлежит и продукция, выпущенная с завода, и побывавшие в эксплуатации механизмы, детали, инструменты.

Примеры работ