Twarde PVD a Metalizacja PVD – różnice
Słowem wstępu dla wszystkich którzy mają mało czasu – w tym artykule jest napisane:
- parę słów o technologiach PVD – co to jest
- czym się różni twarde PVD od metalizacji próżniowej (inaczej zwanej jako metalizacja PVD) z punktu widzenia procesu
- jakie są różnice pomiędzy tymi technologiami z punktu widzenia właściwości
- którą metodę wybrać, a raczej czym się kierować w wyborze
Technologie PVD (ang. Physical Vapor Deposition)
Są to metody osadzania cienkich powłok bazujące na otrzymywaniu materiału powłoki poprzez wykorzystanie zjawisk fizycznych. W prostych słowach – pary materiału źródłowego (zwanego targetem) otrzymywane są w wyniku oddziaływania zjawisk fizycznych, na przykład:
- odparowanie łukiem elektrycznym (cathodic arc evaporation – CAE)
- rozpylanie magnetronowe (magnetron sputtering – MS)
- grzanie oporowe (dla materiałów niskotopliwych)
W ramach technologii PVD możemy wyróżnić różne techniki, szczególnie ważne jest jednak rozróżnienie ich ze względu na to czy proces jest reaktywny lub nie.
Więcej szczegółowych informacji o poszczególnym typie powyzszych technologii znajduje się w zakładce Technologie PVD.
Reaktywne i niereaktywne rodzaje PVD – różnica z punktu widzenia procesu (ważne!)
W procesach reaktywnych w komorze zachodzi reakcja pomiędzy jonami metalu pochodzącymi z rozpylanego targetu, a gazem wprowadzonym do komory (np. azot, tlen). W efekcie na powierzchni powlekanego przedmiotu (naukowo – substratu), powstaje powłoka ceramiczna, np. TiN (azotek tytanu), który powstaje w wyniku rozpylania targetu tytanowego w atmosferze gazowej zawierającej azot.
W procesach niereaktywnych reakcja nie zachodzi. Odparowany lub rozpylony materiał pochodzący z targetu jest bezpośrednio osadzany na powlekanym elemencie. Tak więc w zależności od procesu, powstają powłoki ceramiczne lub metaliczne posiadające różne właściwości.
I teraz najważniejsze co z tego wynika w przełożeniu na różnice pomiędzy metalizacją PVD a twardym PVD. Twarde powłoki PVD, to powłoki ceramiczne otrzymywane drogą reaktywnego nanoszenia powłok, metodami CAE lub MS (więcej pod linkiem). Powłoki nakładane poprzez metalizację próżniową to powłoki metaliczne, będące efektem procesu niereaktywnego.
Twarde powłoki PVD
Procesy reaktywne – CAE i MS
- Posiadają bardzo dobre właściwości mechaniczne i nie wymagają dodatkowej obróbki i zabezpieczenia
- Są praktycznie całkowicie odporne korozyjnie i na promienie UV, ponieważ to powłoki ceramiczne.
- Proces reaktywny jest wolniejszy (całość 60-120min), lecz stabilniejszy. Przeprowadzany w wysokiej próżni (10-5Mpa)
- Większy zakres barw możliwych do otrzymania
- Czysty proces produkcyjny (z całościowego punktu widzenia) -praktycznie bezodpadowy i proekologiczny
- Większa czystość i jednorodność powłoki
- Nanoszenie na tworzywa sztuczne możliwe, lecz najczęściej ograniczone do polimerów odpornych na podwyższone temperatury (np. ABS)
- Wysoka twardość w połączeniu z niskim współczynnikiem tarcia zapewniają wysoką odporność na ścieranie
Metalizowane powłoki PVD
Procesy niereaktywne – metalizacja PVD
- Przeważnie wymagają dodatkowego zabezpieczenia lakierem bezbarwnym.
- Materiały metaliczne są bardziej podatne na korozję, więc odporność wyrobu zależy od jakości warstwy lakieru lub czystości „środowiska aplikacji”
- Proces metalizacji jest szybszy (całość 10-20min) przeprowadzany w niższych temperaturach i niższej próżni (10-3Mpa)
- Mniejszy zakres barw, ze względu na szybszy proces i mniejszą możliwość sterowania parametrami procesu.
- W większości wypadków wymagane jest stosowanie lakieru do zabezpieczenia powłoki, więc produkcja jest mniej ekologiczna.
- Ze względu na niższą próżnię w trakcie procesu, częściej mogą się zdarzyć niechciane wtrącenia
- Ze względu na niższe temperatry procesu, umożliwia nakładanie powłok na tworzywa mniej odporne na wysoką temperaturę
- Odporność na ścieranie oparta głównie na odporności lakieru, jest mniejsza niż w przypadku powłok ceramicznych
Twarde PVD czy metalizacja próżniowa – którą metodę wybrać?
Nie da się jednoznacznie i ogólnie stwierdzić która metoda jest lepsza, gdyby tak było to której z nich po prostu nie byłoby na rynku. Wybór techniki nanoszenia powłoki PVD musi zależeć od produktu. A konkretniej, jego ceny, zastosowania i odbiorcy. Nie są to metody bezpośrednio konkurujące ze sobą, ze względu na ich znaczne różnice we właściwościach.
Żeby nie kończyć artykułu czystą teorią podajemy przykłady:
- do wielko i małoseryjnej produkcji elementów mających spełniać wyższe oczekiwania jakościowe i wytrzymałościowe (np. armatura łazienkowa, okucia drzwi) wykorzystywane jest twarde PVD
- do wielkoseryjnej produkcji bardzo tanich elementów, które mają być ładne, lecz użytkowane są krótko lub jednorazowo (np. rączki trumien, tanie gadżety reklamowe) często lepszym rozwiązaniem jest metalizacja.
- Dobre AGD lub wysokiej jakości wyroby użytku codziennego takie jak szczotki do włosów często posiadają elementy powlekane twardym PVD. Ich tanie odpowiedniki wykorzystują natomiast metalizację próżniową+lakier
Zdecydować więc należy na podstawie właściwości powłok ale także zalet i wad poszczególnych procesów, w tym ich ceny. Ze względu na specyfikę tych metod, nie są to usługi, których cennik jest możliwy do zawieszenia na stronie.
Każdy produkt wymaga indywidualnej wyceny i analizy technicznej. Określone muszą zostać oczekiwania jakościowe, cenowe i czy w ogóle jest możliwe naniesienie powłoki w oczekiwany sposób.
Waldemar Furman
specjalista PVD
Z chęcią wyjaśnię to jeszcze dokładniej i na przykładach
+48 666 721 194 w.furman@coatingfactory.plJeśli nie udało nam się odpowiedzieć na Twoje pytanie, napisz do nas!
PVD i PECVD – baza wiedzy o technologii i branży
Niniejsza baza wiedzy ma na celu zgromadzić artykuły naszego autorstwa, dotyczące technologii PVD, PECVD i zagadnień z nimi powiązanych. Publikowane będą badania na powłokach, porównania z innymi technologiami i artykuły tłumaczące terminologie i różne technologie.
Poniżej znajduje się lista opublikowanych wpisów:
