PVD镀膜的传动系统和冷却系统简述

PVD镀膜的传动系统和冷却系统简述 金属表面处理 PVD

传动系统

使基片流动起来的系统,从基片进入装置到进行溅射沉积,再到加工完成后传出装置。由传动电机、滚轮和变频器等部分组成。增加传动系统的原因有:

(1)使镀膜层的厚度均匀分布面大;
(2)便于实现自动化传输

冷却系统

冷却系统主要由靶子循环水分子泵+腔室+泵组及传动电机冷却循环水组成,其主要作用是对真空室、泵、传动、电源等进行冷却。其中冷却水的要求是:

(1)温度17~22℃;
(2)压力2~3e0.05Pa;
(3)水应该去除磁性颗粒、软化处理,pH=6~8。

PVD镀膜的溅射系统和控制系统简介

PVD镀膜的溅射系统和控制系统简介 金属表面处理 PVD

溅射系统

溅射系统是PVD的核心部分,它由靶子、靶子电源以及特殊气体组成。其中靶子电源种类繁多、数量较大,分为以下几类:

(1)按照输出方式,有直流、交流(正弦波、方波)、脉冲和直流叠加脉冲等;
(2)按照输出频率,有直流、低频和中频等;
(3)按照功率,有极小功率、小功率、中等功率、大功率和超大功率等;
(4)按照控制方式,有恒流、恒压和恒功率等。

控制系统

控制系统是整个装置的灵魂,控制整个系统的工作,包括软件操作系统、数据采集系统、数据分析系统和执行传输系统等组成。数据收集系统采集片位、流量(水气)、真空压力、电机转速、阀位。软件操作和数据分析系统多数情况下是PLC。执行传输系统由各继电器、接触器、电磁阀和开关等组成。

PVD涂层钛铝靶材制造及应用

PVD涂层钛铝靶材制造及应用 金属表面处理 靶材

传统上采用铸造法和粉末冶金法生产钛铝合金靶材。

铸造法制作钛铝合金靶材无法避免疏松和缩孔,大尺寸钛铝铸管和铸锭不能保证制成旋转管靶时达到密封和防水效果,并且随着管壁的刻蚀,壁厚变薄,疏松和缩孔只要有一个孔连通,密封性会变得更加糟糕,轻者渗漏,靶管起辉放电,或大量杂气参与反应导致掉膜或者起彩颜色不对。严重者直接从缩孔向真空室射水,污染真孔腔和真空机组。

粉末冶金工艺制作钛铝靶材没有疏松和缩孔的问题,但从粉末冶金微观来看,也是多孔材料,所以要想制作钛铝旋转管靶,对材料致密性要求很严,密度必需大于98%,但符合密度要求也不代表可以使用。如果钛铝锭的含氧量很高而且微观结构不合理,钛铝锭内应力大,容易崩,也是不能做旋转管靶的,所以在粉末制作和粒度配比上有很多条件要求。既使满足这些条件,粉末冶金钛铝环还需绑锭在不锈钢管或钛管上,由于钛铝热膨胀系数很大,在溅射时局部靶材膨胀可能达到0.5~1m,所以现在传统绑锭方式不能有效解决这个问题,出现钛铝绑锭分离,靶面热能无法传导而爆裂的现象。而紧配绑锭是不可靠的,等离子喷涂钛铝合金靶靶材质量较差。

钟表、首饰、眼镜行业装饰镀膜玫瑰金色近来很多要求不要含碳及进一步把底层玫瑰色做到跟面色玫瑰金接近的要求。所以TiCN已经无法满足要求,TiAlN是最完美解决方案,低档钟表首饰没有薄膜厚度和光泽度要求,大多采用电弧钛铝靶沉积TiAlN,高挡品牌表要求厚度达到1um以上,且光泽度不能下降。电弧受液滴影响在光洁厚膜方面没有优势。目前比较好的方式是采用旋转管靶沉积TiAIN,不仅颜色更接近玫瑰金而且厚度增加后光泽度也不受影响。

PVD涂层镀膜的真空系统特点和分类

真空系统为PVD提供反应的条件,它是由真空腔室、分子泵、组合泵、气动阀门及气管组成。进出腔室组成低真空系统、隔离室+缓冲室+溅射室组成的高真空系统。

其中在加工真空腔室时,要考虑以下几点。

(1)选材要适当,制作物理气象沉积的真空腔室的材料,必须选用放气量小的不锈钢。按照真空容器要求选择真空腔室的钢板厚度。

(2)冷却要充分,对于批量生产的工件需用加温的设备,必须采用双层水套结构。防止高温变形、密封圈很快老化。

(3)根据使用要求,真空室的结构可以是立式前开门、立式钟罩、卧式结构等,在适当位置设计观察窗。

(4)作为真空容器,必须达到一定的真空技术指标。

真空系统中真空泵是真空系统核心部分,真空泵的种类很多,具体真空泵的分类如图所示。

PVD涂层镀膜的真空系统特点和分类 未分类  -1

除了真空泵的作用,真空计对于真空系统也很重要,它能够测量真空系统的真空度。依照不同的测量原理,真空计具体种类如下:

(1)测量气体分子的热传导能力,分为热真空计和热电偶真空计(TC真空计)

(2)测定气体分子对容器壁的压力,分为液柱差压真空计(U字管流体压力计、麦克劳德真空计)和隔膜真空计

(3)利用真空中运动的物体所承受的来自气体分子的力测定真空度,分为旋转浮子流速计和水晶式真空计

(4)计测气体分子数,分为电离真空计(离子真空计)和冷阴极电离真空计(彭宁真空计、磁控管真空计)

PVD涂层镀膜的真空系统特点和分类 未分类  -2

热电偶真空计因构造简单价廉,被广泛应用,测定范围为10-2~10-1Pa。其构造如图所示,加热器通电后会发热。压力越高,争夺热量的气依分子越多,传至热电偶的热量就越少而压力降低后,争夺热量的气体分子少了就有更多的热量传至热电偶。因此可以根据传导至热电偶的热量测量真空度。

PVD涂层镀膜的真空系统特点和分类 未分类  -3

隔膜真空计也叫做薄膜真空计(DG)电容真空计(CM)。不受测定气体种类的影响,在任何真空状态下都能显示出稳定的真空值主要用于工艺部的真空测定。测定原理:将真空部与达到一定基准压力的空向用薄膜隔离,真空部的压力变化会引起薄膜的移位,将其移位量换算成真空值显示出来。构造图如图所示。

三种主要PVD镀膜涂层的原理

一、真空蒸发镀膜原理

三种主要PVD镀膜涂层的原理 金属表面处理 原理 -1

真空蒸发镀膜原理如图所示, 待镀膜材料和被镀基板置于真空室内,采用电子束加热、感应加热、电阻加热等方法使待镀材料蒸发或升华,并在基板表面凝聚成膜。真空度:等于或低于10-2 Pa,蒸发温度与元素有关。

二、PVD电弧离子镀原理

三种主要PVD镀膜涂层的原理 金属表面处理 原理 -2

PVD电弧离子镀原理如图所示,阴极和阳极分别接低压高电流直流电源的负极和正极。真空度为1.0e-1、~1.0e-2pa时, 当引弧电极和阴极靶表面接触与离开的瞬间引燃电弧,在阴极和阳极之间即可以维持电弧放电,其电流一般为几到几百安,电压一般为10~25V,这时阴极表面上的电流全部集中在一个或多个很小的部位,形成弧光斑点即微点蒸发源,使靶材蒸发形成高能原子或离子束流在基板上成膜。

三、PVD磁控溅射原理

三种主要PVD镀膜涂层的原理 金属表面处理 原理 -3

PVD磁控溅射原理如图所示,在高真空状态下导人工艺气体,并在电极的两端加上高电压后,产生火花放电。此时等离子体中的正离子在电场的作用下撞击靶材溅射出靶材的金属原子。工作压力一般为1.0e-1~1.0Pa,溅射电压300-600V平行于靶材表面的磁感应强度为0. 04-0.07T。

PVD涂层钛铝靶材制造及应用

PVD涂层钛铝靶材制造及应用 金属表面处理 靶材

传统上采用铸造法和粉末冶金法生产钛铝合金靶材。

铸造法制作钛铝合金靶材无法避免疏松和缩孔,大尺寸钛铝铸管和铸锭不能保证制成旋转管靶时达到密封和防水效果,并且随着管壁的刻蚀,壁厚变薄,疏松和缩孔只要有一个孔连通,密封性会变得更加糟糕,轻者渗漏,靶管起辉放电,或大量杂气参与反应导致掉膜或者起彩颜色不对。严重者直接从缩孔向真空室射水,污染真孔腔和真空机组。

粉末冶金工艺制作钛铝靶材没有疏松和缩孔的问题,但从粉末冶金微观来看,也是多孔材料,所以要想制作钛铝旋转管靶,对材料致密性要求很严,密度必需大于98%,但符合密度要求也不代表可以使用。如果钛铝锭的含氧量很高而且微观结构不合理,钛铝锭内应力大,容易崩,也是不能做旋转管靶的,所以在粉末制作和粒度配比上有很多条件要求。既使满足这些条件,粉末冶金钛铝环还需绑锭在不锈钢管或钛管上,由于钛铝热膨胀系数很大,在溅射时局部靶材膨胀可能达到0.5~1m,所以现在传统绑锭方式不能有效解决这个问题,出现钛铝绑锭分离,靶面热能无法传导而爆裂的现象。而紧配绑锭是不可靠的,等离子喷涂钛铝合金靶靶材质量较差。

钟表、首饰、眼镜行业装饰镀膜玫瑰金色近来很多要求不要含碳及进一步把底层玫瑰色做到跟面色玫瑰金接近的要求。所以TiCN已经无法满足要求,TiAlN是最完美解决方案,低档钟表首饰没有薄膜厚度和光泽度要求,大多采用电弧钛铝靶沉积TiAlN,高挡品牌表要求厚度达到1um以上,且光泽度不能下降。电弧受液滴影响在光洁厚膜方面没有优势。目前比较好的方式是采用旋转管靶沉积TiAIN,不仅颜色更接近玫瑰金而且厚度增加后光泽度也不受影响。

PVD涂层靶材的选择注意事项

PVD涂层靶材的选择注意事项 金属表面处理 靶材

在靶材选用上,除了应按其膜本身的用途进行选择,还应考虑如下几个问题:

(1) 靶材成膜后应具有良好的机械强度和化学稳定性;
(2) 靶材成膜后与基材的结合必须牢固,否则应采取与基材具有较好结合力的膜材,先溅射一层底膜后再进行所需膜层的制备;
(3) 作为反应溅射成膜的膜材必须易与反应气体生成化合物膜
(4) 在满足膜性能要求的前提下,靶材与基材的热膨胀系数的差值越小越好,借以减小溅射膜热应力的影响;
(5)根据膜的用途与性能的要求所选用的靶材必须满足纯度、杂质含量、组分均匀性、机械加工精度等技术要求。

PVD涂层的发展趋势

PVD涂层的发展趋势 金属表面处理 pvd,发展方向

当前世界PVD涂层技术的发展具有以下四大趋势:涂层成分将趋于多元化、复合化;涂层的应用开发更具针对性;涂层的沉积颗粒趋于纳米化;涂层的工艺温度越来越低。

1、涂层成分将趋于多元化、复合化

第一代PVD涂层主要以TiN为主,在此基础上,又发展了TiC、 TiCN、ZrN、CrN、WC等多种单一金属涂层。伴随PVD沉积技术的进一步发展,铝元素技加人涂层中,含铝的多元金属合金涂层如TiAIN、TiAICN等相继问世,其耐磨性及红硬性比单一金属涂层提高了很多,可以用于较高的切削速度,如滚切,可达到150m/min。后来,人们考虑将多种不同种类涂层分层沉积到刀具上以发挥不同涂层的优势又成为一种趋势,如TiN+TiCN+TiN,TiN+TiALN,TiAIN+WC/C等。

近年来, PVD涂层技术又向前迈进了一步,国外多家涂层公司已开发出了脉冲涂层技术并开始应用,如瑞士Balzers公司的P3E(Pulse Enhanced Electron Emission脉冲增强电子发射)技术,德国Cemecon公司的H.I.P_(High Ion Pulse,高能粒子脉冲)技术。这两种新技术都是利用脉冲电子激活电弧蒸发靶材,由于该工艺可在氧气氛围中运行,所以, 理论上讲,用这种工艺几乎可以沉积任何金属氧化物(如A12O3,ZrO2,Cr2O3,Ta2O5等)及其化合物涂层。目前,Al2O3涂层已进人实用试验阶段,一相信在不久的将来就会广泛应用。

2.涂层的应用开发更具针对性

为满足不同的应用要求,涂层的开发设计越来越具有针对性。针对不同的应屠领域如钻削、铣削、干式滚切、冲压、拉深等的特点和特性要求,开发在这方面具有相对代势的涂层。经过不断努力和尝试,在某些领域已获得了成功,如高铝含量约月TiX(Al:Ti一2:1)涂层应用在铣削上,不含Ti的涂层AICrN应用高速干式滚切上,复合涂层川CrN+TISIN应用在钻削上,复合涂层TIN+TCX应用在深拉模具上,寿命都明显优于其他涂层。另外如针对抗腐蚀(Crx涂层)、“自润滑(WC/C涂层)、软材料加工(MoS2涂层)、高硬材料加工(CBN、Dimond涂层)的各种有针对性的涂层等都早已获得了广泛应用。虽然这些涂层在各自领域应用非常成功,但随着PVD涂层技术的不断发展,新的更具针对性的涂层也会继续不断地开发以替代这些现有涂层。

3.涂层的沉积颗粒趋于纳米化

随着纳米技术的发展和涂层技术的进步,纳米刀具涂层也引起了广大研究者和PVD涂层服务公司的关注。涂层沉积颗粒的纳米化,可以增强涂层与基体以及各层间的结合强度,同时可以降低涂层表面粗糙度。目前,大多数涂层的沉积颗粒仍然较大,虽然有称为纳米级的涂层,但在涂层的最后表面上仍然可以发现较大的颗粒,涂层表面仍然较粗糙。减小涂层沉积颗粒的大小并保持工艺稳定以避免较大异常颗粒的出现,将成为涂层发展的又一个方向,尤其是在镜面上的应用、虽然有限公司已经开发出镜面涂层,但质量和稳定性较差,另外,工艺也较 复杂。在未来的涂层研发中,涂层颗粒的纳米化以及涂层层间厚度的纳米化将是 主要发展方向宇这对于提高涂层的综合性能,降低层问应力具有重要的意义,同时会提高镜面的光洁度9进一步扩展涂层在精密成型行业的广泛应用。

4、涂层的工艺温度越来越低

从一般CVD涂层1000℃左右的沉积温度到PVD和PECVD涂层500℃左右的沉积温度,涂层的沉积温度已降低了,因此,涂层的应用范围也扩大了,但是,500℃左右的沉积温度仍然会对涂层工件产生不良影响,如变形、基体硬度降低等。因此,需要对涂层工件的前期热处理提出特殊要求,如工件的回火温度不得低于涂层温度。更低温度的涂层,如涂层温度在200℃以下,将消除这些限制, 使得可用于涂层的材料种类更多,前期热处理的选择更加灵活,不同的表面改性技术的综合应用将更加可行。同时,低温涂层的应用,也会降低涂层设备的能耗,在节约能源方面具有一定的环保作用。另外,涂层温度的降低,使得加热和冷却时间减少也会缩短涂层的交货周期,效率更高,所以,低温涂层将会极大地促进涂层的应用、普及,必将成为PVD涂层发展的,一个重要方向。目前某些涂层公司已开发出低温涂层温度最低可达到250℃,但由于工艺不稳定、涂层与基体的结合力较差,目前并没有进人实质性的应用,还在进行改善。

PVD和CVD的技术特性比较

PVD和CVD的技术特性比较 金属表面处理 cvd

与PVD技术比较,CVD技术所需金属源的制备相对容易,工艺控制也较简只要改变通入反应室的合成气体,就可以沉积不同种类的涂层。并且CVD技术的工艺温度较高,化学反应快,沉积速率也较快,故CVD技术可以在较短的时间内沉积同样厚度的涂层;另外,较高的沉积温度,使气体分子或原子在基体表面吸附和扩散作用加强,化学反应更加充分,所以CVD涂层与基体的结合力也更强,从而也可以沉积更厚的涂层。

尽管CVD技术相对于PVD技术具有以上的优点,但CVD技术亦有其“先天”缺陷:一是工艺温度高,易造成刀具材料抗弯强度下降,特别是钢基体类工件,容易变形,一般CVD技术只适合硬质合金类基体工件的涂层;二是涂层内部呈拉应力状态,易导致刀具使用时产生微裂纹,而PVD涂层内部呈压应力状态,内部的微裂纹可自动修复;三是CVD工艺排放的有毒废气、废液会造成较大环境污染,限制了高温CVD技术的发展,而PVD工艺几乎不产生有毒气体或废液。

【实样】豪华酒店大堂不锈钢花盆,专业的大型不锈钢花盘制作

传统的大堂花盆材质是陶瓷或木或塑料,今天我们见到某星级酒店在大堂使用8K镜广不锈钢花盆,很有新意。如图:

【实样】豪华酒店大堂不锈钢花盆,专业的大型不锈钢花盘制作 不锈钢 8K镜面 -1

直径有(Φ)400x(H)680,厚度估计有1mm。外表面8K镜面抛光,不知道是201材料还是304的材料, 如果是304永不生锈,201的话可能要经常注意做一下保护性擦拭了。

酒店不锈钢花盆属于订单规模小,个性化定制产品,所以制作上主要以人手为主,也由于手工制作的原因,可订做任何尺寸。

【实样】豪华酒店大堂不锈钢花盆,专业的大型不锈钢花盘制作 不锈钢 8K镜面 -2

在多珀斯公司的眼中,这个酒店大堂不锈钢花盘还有很多改进空间。例如,可以把部分抛光成磨砂外观,可以在某些部位进行文字或LOGO喷砂,可以做真空镀钛(譬如做成香槟金色),可以做激光镂空,甚至可以做蚀刻雕花。我相信,这就是多珀斯公司与众不同的加工实力与设计观点。

【实样】豪华酒店大堂不锈钢花盆,专业的大型不锈钢花盘制作 不锈钢 8K镜面 -3

当然,可能想得太复杂了, 适合客户的才是最好的产品,不同的材质、厚度、表面处理的要求不同,所以其实我们只需要按照客户的详细图纸要求加工即可,当然也必须要以图纸为准才能算出最终定价。

最后,还是觉得,这个酒店的软装做得不错,这个不锈钢花盘充分美化可大堂的环境,放上最后一张图给各位欣赏下,如有加工此类酒店大堂不锈钢花盆,记得找我们哟。

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