In de moderne industriële productie en in het dagelijks leven is de technologie voor oppervlaktecoating alomtegenwoordig - variërend van de slijtagebestendige decoratie van mobiele telefoonhulzen, de glansbescherming van sieraden,tot verbetering van de prestaties van gereedschapsvormenDe Commissie heeft in haar advies over het voorstel voor een richtlijn van de Raad tot wijziging van Verordening (EEG) nr.de twee meest gebruikte soorten coatingtechnologie op de markt zijn PVD vacuümcoating en traditionele chemische coatingHoewel beide uiteindelijk tot doel hebben een speciale functionele folie op het oppervlak van het werkstuk te vormen, zijn er fundamentele verschillen in hun technische principes, procesprocedures, folie-eigenschappen,en toepassingsscenario'sDit artikel zal een populaire wetenschappelijk perspectief aannemen en de kernverschillen tussen de twee op een eenvoudige en begrijpelijke manier uitleggen.het helpt iedereen duidelijk te begrijpen wat de kenmerken en toepassingsscenario's zijn van deze twee veelgebruikte coatingtechnologieën.
Ten eerste moeten de basisdefinities van twee kernbegrippen duidelijk worden omschreven: PVD-vacuümcoating, ook wel Physical Vapor Deposition (PVD) genoemd, die, zoals de naam al doet vermoeden,is een technologie die filmdepositatie door middel van fysieke methoden in een vacuümomgeving realiseert; de traditionele chemische coating is gebaseerd op chemische reacties en vindt plaats onder normale druk of in gewone omgevingen;waarbij de coatingsubstantie door chemische acties aan het oppervlak van het werkstuk hecht om een filmlaag te vormenGewone processen zoals galvanisatie, chemische bekleding en anodisatie vallen allemaal in deze categorie.Het meest fundamentele verschil tussen de twee ligt in het wezenlijke onderscheid tussen "fysieke procesdominantie" en "chemische reactie dominantie", en dit verschil loopt door alle aspecten van het proces, de prestaties en de toepassing.
I. Kernbeginsel: Fysieke afzetting versus chemische reactie
Het kernprincipe van PVD-vacuümcoating is dat "in een vacuümomgeving vaste coatingsmaterialen (doelwitten genoemd) worden omgezet in gasvormige deeltjes,en dan deze deeltjes zijn gelijkmatig bevestigd aan het oppervlak van het werkstukNa afkoeling ontstaat een dichte film". Het gehele proces omvat geen complexe chemische reacties; slechts een kleine hoeveelheid fysieke oppervlakte-effecten (zoals adsorptie en diffusie) treden op.Het is gelijk aan "het omvormen van vaste materialen tot 'gasvormig poeder' en vervolgens gelijkmatig sproeien en condenseren op het werkstuk. "
De huidige gangbare PVD-technologieën kunnen in drie soorten worden ingedeeld, elk geschikt voor verschillende toepassingsvereisten.die het doelmateriaal verwarmt tot boven het kookpunt door middel van methoden zoals weerstandsverwarming of elektronstraalbombardementDit zorgt ervoor dat het doelmateriaal rechtstreeks verdampt tot gasvormige atomen, die zich in de vacuümomgeving vrij bewegen en snel condenseren wanneer ze een koeler werkstukoppervlak tegenkomen.een film vormenDeze technologie is relatief eenvoudig in gebruik en is geschikt voor het bereiden van metalen folies, optische folies, enz.antireflecterende folies voor brillenzen en metalen folies voor sommige decoratieve onderdelen worden vaak met deze methode geproduceerdHet tweede type is de sputteringcoating, die momenteel de meest gebruikte PVD-technologie is.Het beginsel is om het doeloppervlak te bombarderen met ionen met een hoge energie (zoals argon ionen) en het botsingseffect te gebruiken om de atomen van het doelmateriaal eruit te gooien.Deze gespotte atomen hebben een bepaalde energie en zullen zich gelijkmatig op het werkstuk neerleggen om een filmlaag te vormen.Het voordeel van de sputteringcoating is de goede uniformiteit van de filmlaag en de sterke hechtingHet is daarom geschikt voor het bereiden van hooghardheids- en onderhoudsbehoefte filmlagen, zoals slijtagebestendige coatings op de oppervlakken van gereedschappen en malen.Het introduceert een elektrisch veld op basis van verdamping of sputtering.Deze ionen worden versneld door het elektrische veld en bombarderen het werkstukoppervlak.die niet alleen een nauwere binding tussen de filmlaag en het werkstuk mogelijk maakt, maar ook de dichtheid van de filmlaag verhoogtHet wordt vaak gebruikt in precisiecomponenten, medische apparaten, enz., waar de prestaties van de filmlaag zeer geacht worden.
In tegenstelling tot PVD vacuümcoating is de kern van traditionele chemische coating "door chemische reacties,waardoor het bekledingsmateriaal spontaan kan ontstaan of kan worden verminderd en op het oppervlak van het werkstuk kan worden afgezet"Het gehele proces is gebaseerd op strikte chemische thermodynamische en kinetische omstandigheden, wat overeenkomt met "het oppervlak van het werkstuk het'stadium' maken voor chemische reacties,en een nieuwe stof als een film te genereren door de reacties".
De belangrijkste technologieën van traditionele chemische coating hebben ook drie soorten, en hun reactieprincipes en toepassingsscenario's zijn verschillend.wat is de meest bekende chemische coating technologieBijvoorbeeld, chroomplatering voor hardwareonderdelen, zinkplatering voor staalonderdelen, en goudplatering voor sieraden nemen allemaal het galvanisatieproces.,en het coating metaal (zoals chroom, zink, goud) als anode, samen met de elektrolyt die de coating metaalionen bevat, en vervolgens een gelijkstroomveld toepassen.Onder invloed van het elektrische veld, zullen de metalen ionen in de elektrolyt zich naar de katode (het werkstuk) verplaatsen, elektronen krijgen en worden gereduceerd tot metalen atomen.Deze atomen zullen zich voortdurend op het oppervlak van het werkstuk ophopenDe sleutel tot galvanisatie is de controle van de concentratie van de elektrolyt, de grootte van de stroom en de temperatuur.om de stabiele reactie te garanderen en een uniforme en glanzende filmlaag te verkrijgenDe tweede is chemische bekleding, waarbij geen extern elektrisch veld nodig is, maar alleen gebruik wordt gemaakt van het reductiemiddel in de elektrolyt om de metalen ionen van de bekleding tot metalenatomen te reduceren.Deze atomen zullen spontaan op het katalysatorisch actieve oppervlak van het werkstukBijvoorbeeld, de meest gebruikte chemische nikkel-fosforlegering in de industrie is het gebruik van natriumhypophosfyte als reductiemiddel om nikkel-ionen tot nikkelatomen te reduceren.met een gewicht van niet meer dan 20 kgHet voordeel van chemische bekleding is dat er geen elektrische stroom voor nodig is en dat deze geschikt is voor complexe,met een breedte van niet meer dan 50 mmHet derde is de anodische oxidatie, voornamelijk voor aluminium, magnesium en aluminium.,Het principe is dat het werkstuk als anode wordt gebruikt, in een specifiek elektrolyt (zoals zwavelzuur, oxaalzuur) wordt geplaatst en na het aanbrengen van een elektrische stroomhet oppervlak van het werkstuk ondergaat een oxidatiereactieDeze oxidefilm verbetert niet alleen de corrosiebestendigheid van het werkstuk, maar kan ook met verschillende kleuren worden verkregen door middel van kleurbehandeling,vaak gebruikt in deuren en ramen van aluminiumlegeringen, mobiele telefoonhulzen, luchtvaartcomponenten, enz. Bijvoorbeeld de kleurrijke beschermlaag op het oppervlak van het aluminiumlijst mobiele telefoonframe,die voornamelijk wordt bereid door middel van anodische oxidatie technologie.
II. Procesomstandigheden: nauwkeurigheid onder vacuüm versus eenvoud onder normale druk
Door de verschillende principes zijn ook de procesomstandigheden van PVD-vacuümcoating en traditionele chemische coating aanzienlijk verschillend.milieueisenDeze verschillen bepalen ook de productiekosten en de toepasselijke schaal van de twee methoden.
Milieueisen:
Wat de milieueisen betreft, heeft PVD-vacuümcoating uiterst strenge milieueisen.met een vacuümgraad van 10−2 tot 10−6 PaDe noodzaak van een hoge vacuümomgeving is enerzijds om lucht en verontreinigingen te isoleren, waardoor gasdeeltjes tijdens hun beweging niet met luchtmoleculen botsen.die poriën en onzuiverheden in de filmlaag kunnen veroorzaken en de kwaliteit van de filmlaag kunnen beïnvloedenHet doel is daarentegen om te voorkomen dat het beoogde materiaal en het werkstuk bij hoge temperaturen worden geoxideerd, zodat het coatingproces soepel verloopt.Om een hoge vacuümomgeving te bereiken, PVD-apparatuur moet worden uitgerust met precieze vacuümpompensets, met inbegrip van mechanische pompen en moleculaire pompen, enz. De kosten van het volledige vacuümsysteem zijn hoog,en regelmatig onderhoud is vereist om de stabiliteit van de vacuümgraad te waarborgen.
De milieueisen voor traditionele chemische coatingprocessen zijn veel soepeler.De meeste van deze processen kunnen onder normale drukomstandigheden worden uitgevoerd zonder dat vacuümapparatuur nodig is.De belangrijkste processen, zoals galvanisatie en chemische plating, worden allemaal in vloeibare omgevingen uitgevoerd en vereisen slechts de voorbereiding van geschikte elektrolytische cellen en reactietanks.en controleert de concentratie en temperatuur van de elektrolytoplossingZelfs voor een paar chemische coatingprocessen in de gasfase (zoals chemische dampdepositie CVD),zij moeten alleen worden uitgevoerd onder normale of lage drukomgevingen, zonder dat hoge vacuümkamers nodig zijn;Het voordeel van deze normale drukoperatie is de eenvoud van het proces en de geringe investering in de apparatuur, waardoor deze geschikt is voor de grootschalige serieproductie.vooral voor kleine en middelgrote ondernemingen.
Temperatuurvoorwaarden:
In termen van temperatuuromstandigheden heeft PVD vacuümcoating een betere temperatuurbeheersbaarheid en een breder toepassingsbereik.met een vermogen van niet meer dan 50 W,Dit voorkomt vervorming en veroudering van het werkstuk door hoge temperatuur.Het PVD-proces bij hoge temperatuur werkt meestal bij temperaturen tussen 300 en 600 graden Celsius, die geschikt is voor metalen en keramiek en de hechting tussen de filmlaag en het substraat verder kan verbeteren.Deze temperatuurbeheersbaarheid maakt het mogelijk PVD-coating aan te passen aan werkstukken van verschillende materialen, waardoor de toepassingsscenario's flexibeler worden.
De temperatuur in de traditionele chemische coating is relatief vast en over het algemeen laag.Te hoge temperaturen kunnen ervoor zorgen dat de elektrolyten ontbinden en de reactie uit de hand looptDe anodiseringstemperatuur ligt meestal tussen kamertemperatuur en 25°C. Bij te hoge temperaturen kan een losse en loslopende oxidefilm ontstaan.terwijl een te lage temperatuur kan leiden tot een trage reactiesnelheid en onvoldoende filmdikteBovendien kunnen bij traditionele chemische coatings een aantal hoge temperatuurprocessen (zoals traditionele CVD) temperaturen van 800-1200°C bereiken.maar deze processen hebben een beperkt toepassingsgebied en kunnen bepaalde effecten hebben op de prestaties van het werkstuk (zoals het veroorzaken van vervorming en korrelgroei van het werkstuk).
Voorbehandelingsproces:
In het voorbehandelingsproces vereisen beide methoden een strikte behandeling van het werkstukoppervlak, maar met verschillende schermen.De kern van de voorbehandeling voor PVD-vacuümcoating is "reiniging en ontgassing", omdat verontreinigingen zoals olievlekken, oxiden en vocht op het oppervlak van het werkstuk in een vacuümomgeving de hechting en dichtheid van de filmlaag ernstig kunnen beïnvloeden.Het specifieke proces omvat:: eerst met organische oplosmiddelen (zoals aceton en alcohol) om olievlekken op het werkstukoppervlak te verwijderen, vervolgens met zuurwassen en alkalische wassen om oxiden op het oppervlak te verwijderen,en ten slotte het werkstuk in een vacuümkamer plaatsen voor het bakken om het vocht en de gassen die in het werkstuk zijn geadsorbeerd te verwijderen, zodat tijdens het coatingproces geen onzuiverheidsbelletjes ontstaan.
De kern van het voorbehandelingsproces voor traditionele chemische coatings is het activeren van het oppervlak en het verbeteren van de reactieactiviteit.omdat chemische reacties soepel moeten plaatsvinden op het werkstukAls er olie of oxide op het oppervlak is, zal dit de reactie belemmeren en de vorming van de coating voorkomen of de coating niet stevig bevestigen.ontvetten (oppervlakte-olie verwijderen), roestverwijdering (voor stalen werkstukken, verwijdering van oppervlakte roest), activering (door middel van zwakke zuurbehandeling,het verwijderen van de dunne oxidefolie op het oppervlak om het oppervlak van het werkstuk katalysatorisch te maken)In vergelijking met de PVD-voorbehandeling is het gebruik van de PVD-behandeling een van de meest gebruikte methoden voor het verwerken van de PVD-laag.het voorbehandelingsproces van de traditionele chemische coating is ingewikkelder en zal een bepaalde hoeveelheid afvalvloeistof produceren.
Complexiteit van de apparatuur:
In termen van de complexiteit van de apparatuur hebben PVD-vacuümcoatingsapparatuur hoge kosten en een complexe structuur.systemen voor doelmateriaalHet is niet alleen een grote initiële investering, maar het vereist ook vakmensen voor de werking en het onderhoud.Doelmateriaal moet regelmatig worden vervangenIn de eerste plaats is het belangrijk dat de installatie van een vacuümpomp in de eerste plaats door de fabrikant wordt uitgevoerd, maar dat de installatie van een vacuümpomp niet door de fabrikant wordt uitgevoerd.Elektroplatering vereist alleen een elektrolytische celDe installatie van een elektrische stroomvoorziening en een elektrolytenroerapparaat, terwijl chemische plating slechts een reactiecel, een verwarmingsapparaat en een roerapparaat vereist.De operatie is eenvoudig.De onderhoudskosten zijn ook lager, waardoor het geschikt is voor grootschalige industriële productie.
III. Filmlaagprestaties: dicht en slijtvast versus kosteneffectief en praktisch
De verschillen in procesprincipes en -omstandigheden hebben uiteindelijk geleid tot significante verschillen in de film eigenschappen tussen PVD vacuümcoating en traditionele chemische coating.Dit is de kernbasis voor de verdeling van hun toepassingsscenario'sDe verschillen in de eigenschappen van de folie komen vooral tot uiting in vier aspecten: hechting, dichtheid en zuiverheid, hardheid en slijtvastheid en milieuvriendelijkheid.
Adhesie:
Wat de bindsterkte tussen de filmlaag en het substraat betreft, heeft de PVD-vacuümcoating een absoluut voordeel.de gasvormige deeltjes (vooral de ionen in de ionplating) dragen een bepaalde energieWanneer ze op het oppervlak van het werkstuk worden afgezet, zullen ze diffusie, penetratie ondergaan en zelfs metallurgische of diffusiebindingen met de substraatatomen vormen.Deze bandmethode is extreem sterk.Dit betekent dat de PVD-filmlaag niet gevoelig is voor afschilfering of afschilfering en hoge niveaus van wrijving, inslag en buiging kan weerstaan.Zelfs in complexe werkomstandigheden (zoals snelle snijwerktuigen of herhaalde beweging van onderdelen)Bijvoorbeeld, de snelle stalen snijgereedschappen die we dagelijks gebruiken, na PVD coating behandeling,zal niet gemakkelijk slijten of afvlokken, zelfs niet na langdurig snelle metaalsnijden, waardoor de levensduur van het gereedschap aanzienlijk wordt verlengd.
De traditionele chemische coatings hebben een relatief lage bindsterkte, de meeste zijn van fysieke adsorptie of mechanische combinatie.met een bindingskracht van 10 tot en met 30 NAls voorbeeld van galvanisering, wordt de coatinglaag gevormd door de reductie-afzetting van metaalionen, en er is geen binding op atoomniveau tussen de coatinglaag en het substraat.Het is alleen vast door oppervlakte-adsorptie kracht en mechanische vergrendeling krachtBij hoge temperaturen, wrijving, botsing of buigomstandigheden kunnen zich problemen voordoen zoals blaren, schillen en scheuren.na langdurig gebruik of impact, zal de chroomlaag op het oppervlak afvlokken, waardoor het onderliggende onedele metaal wordt blootgesteld, wat van invloed is op het uiterlijk en de corrosiebestendige prestaties;hoewel de bindsterkte van chemische coating iets beter is dan die van galvanisering, is het ook gevoelig voor slijtage en loskoppeling onder hoge belastingomstandigheden.
Dichtheid en zuiverheid:
De PVD-vacuümcoating heeft ook uitzonderlijk goede prestaties op het gebied van dichtheid en zuiverheid van de filmlaag.de onzuiverheden en het vocht in de lucht worden effectief geïsoleerdTijdens de afzetting van de gasvormige deeltjes worden ze niet verstoord door onzuiverheden, zodat de gevormde filmlaagstructuur extreem dicht is met een zeer lage porositeit (nabij nul porositeit).Deze dichte filmlaag kan effectief voorkomen dat externe corrosieve media (zoals luchtDe ondergrond wordt gecorrodieerd door het gebruik van een verwarmingsmechanisme (zoals een verwarmingsmechanisme, een verwarmingsmechanisme, een verwarmingsmechanisme, een verwarmingsmechanisme).het kan ook voorkomen dat onzuiverheden de filmlaag binnendringen en de prestaties van de filmlaag beïnvloedenBovendien is de zuiverheid van de PVD-filmlaag extreem hoog.en de samenstellingsverhouding van de filmlaag kan nauwkeurig worden aangepast door de doelmateriaalverhouding te regelen om samengestelde filmlagen met speciale eigenschappen (zoals TiN) te bereiden, CrN, AlTiN, enz.), die voldoen aan de vereisten van verschillende scenario's.
Aangezien de meeste chemische coatings in een vloeibare omgeving worden uitgevoerd, is de dichtheid en zuiverheid van de filmlaag in de traditionele chemische coating relatief laag.het elektrolyt bevat onvermijdelijk additievenDeze onzuiverheden worden tijdens het afzettingsproces in de filmlaag gecapsuleerd, wat resulteert in defecten zoals microporen en naaldgaten in de filmlaag.met een hoog porositeitspercentageBijvoorbeeld, de porositeit van elektroplateerde lagen is meestal tussen 1% en 5%. Deze microporen worden "kanalen" voor corrosieve media, waardoor het substraat wordt gecorrodieerd.veel galvanische onderdelen moeten een daaropvolgende afdichtingsbehandeling ondergaan (zoals het bekleden met een afdichtingsmiddel) om hun corrosiebestendigheid te verbeterenTegelijkertijd is de samenstelling van de filmlaag in de traditionele chemische coating niet zuiver genoeg, met verontreinigingsionen uit de elektrolyt en restreducerende middelen.die van invloed is op de stabiliteit van de prestaties van de filmlaagBijvoorbeeld, de chemische nikkelplating zal een kleine hoeveelheid fosfor bevatten, die de hardheid van de filmlaag kan verhogen, maar ook de taaiheid ervan vermindert.
Hardheid en slijtvastheid:
Wat de hardheid en slijtvastheid van de coatingschaal betreft, zijn de voordelen van PVD-vacuümcoating duidelijker.Het PVD-proces kan keramische coatings en metalen keramische coatings met een hoge hardheid producerenDe hardheid van deze coatings is veel hoger dan die van traditionele chemische coatings.de veelgebruikte TiN-coating (titaniumnitride) heeft een hardheid van 2000-2500 HV (Vickers-hardheid)De hardheid van de traditionele chroomcoating bedraagt slechts 800-1200 HV en de hardheid van de chemische nikkel-fosforlegering bedraagt ongeveer 500-600 HV.de hardheid kan slechts toenemen tot ongeveer 1000 HVDaarom zijn PVD-coatinglagen zeer geschikt voor scenario's die hoge snelheid wrijving en slijtage vereisen, zoals snijgereedschappen, malen,en precisiecomponentenBijvoorbeeld, na het behandelen van harde legering snijgereedschappen met PVD AlTiN coating, kan hun slijtvastheid worden verhoogd met 3-5 keer, en hun levensduur kan worden verlengd met 2-4 keer,effectief verlagen van de productiekosten.
De traditionele chemische coating heeft een relatief lage hardheid en een slechte slijtvastheid, waardoor deze beter geschikt is voor scenario's met lage eisen aan slijtvastheid.zoals decoratie en corrosiebestrijdingBijvoorbeeld, goud- en zilveren gegalvaniseerde sieraden zijn voornamelijk gericht op esthetiek en een bepaald niveau van corrosiebestandheid, met relatief lage eisen voor slijtvastheid;het galvaniseren van staalonderdelen dient hoofdzakelijk voor het tegengaan van corrosie, en slijtvastheid is slechts een aanvullende vereiste.
Omgevingsbeschermingsvoorzieningen:
Wat de milieubeschermingsfuncties betreft, zijn de verschillen tussen de twee vooral aanzienlijk.Dit is ook een van de redenen waarom PVD vacuümcoating de laatste jaren geleidelijk de traditionele chemische coating heeft vervangen.PVD-vacuümcoating wordt volledig in een vacuümomgeving uitgevoerd, zonder gebruik van elektrolyten, reducerende middelen of chemische reagentia, en produceert geen afvalvloeistof.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
