Выбор и подготовка поверхности для нанесения PVD-покрытий с высокими характеристиками

Покрытия PVD улучшают свойства поверхности деталей машин и инструментов, используемых в производственных процессах.

Некоторые приложения:

• PVD-покрытие режущего инструмента.
• PVD-покрытие пресс-форм и штампов.
• PVD-покрытие для прецизионных деталей

Выбор подложки для PVD-покрытий

Хотя некоторые материалы покрытия являются чрезвычайно твердыми и/или смазывающими, они также очень тонкие, обычно от нескольких микрон до десятков микрон. Таким образом, их влияние на характеристики материала ограничивается явлениями, которые происходят на поверхности покрываемой детали (известной как «подложка»). Следовательно, в функциональных/производительных приложениях материал подложки должен быть совместим с типом нагрузки или окружающей среды, которым он будет подвергаться. Например:

• Покрытия для защиты от коррозии должны быть инертны к окружающей среде и совместимы с материалом подложки, чтобы предотвратить гальванические реакции (деградацию подложки).
• Материал подложки должен выдерживать тепло, выделяющееся во время работы детали/инструмента при высоких температурах. Например: нанесение покрытия, выдерживающего температуру 600 ° С, на стальной инструмент, прошедший термообработку и отпуск до 400 °С. Процесс PVD не приведет к повышению рабочей температуры детали/инструмента до 600 °C. В этом случае подложка является слабым звеном. Примечание. Максимальную рабочую температуру покрытия не следует путать с температурой PVD-обработки, используемой для создания этого покрытия, которая будет обсуждаться ниже.
• Термическая обработка механических компонентов и инструментов (нагрев, закалка и отпуск) широко распространена в промышленности и обычно оставляет остатки, которые могут или не могут быть удалены последующими процессами (например, шлифовкой и полировкой). Все поверхностные побочные продукты этих процессов должны быть удалены перед обработкой PVD. Также важно отметить, что процесс PVD следует проводить при температурах ниже температуры отпуска материала подложки.
• Избегайте термохимических процессов, таких как черная окись и азотирование. Исключением является плазменное азотирование с последующим PVD-покрытием в одной камере и без нарушения вакуума.
• Эксплуатация деталей различается по своей природе, а тип износа ( например, абразивный, адгезионный, эрозионный, трибоокисление и т. д. ) требует специальных покрытий и, что не менее важно, может потребовать использования подложек с подходящими свойствами, такими как твердость и модуль упругости, способный обеспечить достаточную поддержку покрытия во время эксплуатации.

Очистка поверхности перед нанесением PVD покрытия

После надлежащего выбора и предварительной обработки материала подложки необходимо принять во внимание некоторые соображения относительно очистки:

• Перед помещением в камеру осаждения поверхность подложки должна быть очищена от загрязнений, таких как масла, окалина и окисление. Если детали или инструменты изготавливаются заранее, их следует покрыть «легко удаляемым» ингибитором ржавчины, чтобы защитить поверхность от коррозии/окисления. Перед размещением деталей в камере PVD необходимо удалить все вещества (загрязнения или защитные покрытия).
• Струйную очистку, если необходимо, следует выполнять при более низком давлении в сопле и под небольшим углом, чтобы предотвратить попадание материала в виде шариков в подложку. Если эти частицы не удалить перед обработкой PVD, эти частицы могут позже выпасть, удаляя вместе с собой PVD-покрытие и потенциально приводя к износу третьих частей во время работы.
• Полировка подложки перед PVD также требует должного внимания. Некоторые полировочные составы могут оставлять остатки, которые трудно удалить. Полировальные круги также могут оставлять остатки внутри таких деталей, как каналы или внутренние углы, которые ультразвуковые ванны нелегко удалить (водные или паровые обезжириватели).