Dans la production industrielle moderne et dans la vie quotidienne, la technologie de revêtement de surface est omniprésente - allant de la décoration résistante à l'usure des boîtiers de téléphones portables, à la protection des bijoux contre le lustre,à l'amélioration des performances des moules d'outilsLa technologie de revêtement est essentiellement utilisée pour la fabrication de circuits électroniques, le traitement anti-corrosion des pièces automobiles et même la fabrication précise de puces semi-conducteurs.Les deux types de technologie de revêtement les plus utilisés sur le marché sont le revêtement sous vide PVD et le revêtement chimique traditionnel.Bien qu'ils visent finalement à former une pellicule fonctionnelle spéciale sur la surface de la pièce, il existe des différences fondamentales dans leurs principes techniques, leurs procédés, leurs propriétés de pellicule, leurs caractéristiques techniques, leurs caractéristiques techniques, leurs caractéristiques techniques, leurs caractéristiques techniques, leurs caractéristiques techniques, leurs caractéristiques techniques, leurs caractéristiques techniques.et les scénarios d'applicationCet article adoptera une perspective scientifique populaire et expliquera les différences fondamentales entre les deux d'une manière simple et compréhensible.aider chacun à comprendre clairement les caractéristiques et les scénarios d'application de ces deux technologies de revêtement couramment utilisées.
Tout d'abord, il est nécessaire de définir clairement les définitions de base de deux concepts de base: le revêtement sous vide PVD, également appelé dépôt de vapeur physique (PVD), qui, comme son nom l'indique,est une technologie qui réalise le dépôt de film par des méthodes physiques dans un environnement sous vide; le revêtement chimique traditionnel est basé sur des réactions chimiques et se produit sous pression normale ou dans des environnements ordinaires,où les substances de revêtement adhèrent à la surface de la pièce par des actions chimiques pour former une couche de filmLes procédés courants tels que l'électroplatement, le revêtement chimique et l'anodisation relèvent tous de cette catégorie.La différence la plus fondamentale entre les deux réside dans la distinction essentielle entre "dominance de processus physiques" et "dominance de réaction chimique", et cette différence traverse tous les aspects du processus, de la performance et de l'application.
I. Principe de base: dépôt physique contre réaction chimique
Le principe de base du revêtement sous vide PVD est que "dans un environnement sous vide, les matériaux de revêtement solides (appelés cibles) sont transformés en particules gazeuses,et puis ces particules sont uniformément fixés à la surface de la pièceAprès refroidissement, un film dense est formé. " L'ensemble du processus n'implique pas de réactions chimiques complexes; seule une petite quantité d'effets physiques de surface (tels que l'adsorption et la diffusion) se produisent.Il équivaut à "transformer des matières solides en poudres gazeuses, puis les pulvériser et les condenser uniformément sur la pièce à usiner.. "
Les technologies PVD courantes peuvent être classées en trois types, chacun adapté à des exigences d'application différentes.qui consiste à chauffer le matériau cible au-dessus de son point d'ébullition par des méthodes telles que le chauffage par résistance ou le bombardement par faisceau d'électronsLe matériau cible s'évapore directement en atomes gazeux, qui se déplacent librement dans le vide et se condensent rapidement lorsqu'ils rencontrent une surface de pièce plus froide.la formation d'un filmCette technologie est relativement simple à utiliser et convient à la préparation de films métalliques, de films optiques, etc.Les films antireflet pour lentilles de lunettes et les films métalliques pour certaines pièces décoratives sont souvent fabriqués selon cette méthode.Le deuxième type est le revêtement par pulvérisation, qui est actuellement la technologie PVD la plus largement utilisée.Son principe est de bombarder la surface cible avec des ions à haute énergie (tels que les ions argon) et d'utiliser l'effet de collision pour éjecter les atomes du matériau cibleCes atomes pulvérisés ont une certaine énergie et se déposent uniformément sur la surface de la pièce pour former une couche de film.L'avantage du revêtement par pulvérisation est sa bonne homogénéité de la couche de film et sa forte adhérenceLe troisième type est le revêtement ionique.Il introduit un champ électrique sur la base de l'évaporation ou de la pulvérisation., provoquant l'ionisation des particules gazeuses en ions, qui sont accélérés par le champ électrique et bombardent la surface de la pièce.qui permet non seulement une liaison plus étroite entre la couche de film et la pièce, mais augmente également la densité de la couche de filmIl est souvent utilisé dans les composants de précision, les dispositifs médicaux, etc., où les performances de la couche de film sont très exigeantes.
Contrairement au revêtement sous vide PVD, le noyau du revêtement chimique traditionnel est "par des réactions chimiques,permettant au matériau de revêtement de se former spontanément ou de se réduire et de se déposer sur la surface de la pièce à usiner"L'ensemble du procédé repose sur des conditions chimiques thermodynamiques et cinétiques strictes, équivalant à "faire de la surface de la pièce la "scène" des réactions chimiques,et génère une nouvelle substance sous forme de film à travers les réactions".
Les technologies courantes de revêtement chimique traditionnel ont également trois types, et leurs principes de réaction et leurs scénarios d'application sont différents.qui est la technologie de revêtement chimique la plus connuePar exemple, le chrome pour les pièces de matériel, le zinc pour les pièces d'acier et l'or pour les bijoux utilisent tous le procédé de galvanoplastie.,et le métal de revêtement (comme le chrome, le zinc, l'or) comme anode, avec l'électrolyte contenant les ions métalliques de revêtement, puis appliquer un champ électrique à courant continu.Sous l'action du champ électrique, les ions métalliques dans l'électrolyte se déplaceront vers la cathode (la pièce à usiner), gagneront des électrons et seront réduits en atomes métalliques.Ces atomes s'accumulent continuellement sur la surface de la pièceLa clé de l'électroplatage est de contrôler la concentration de l'électrolyte, la taille du courant et la température,pour assurer la réaction stable et obtenir une couche de film uniforme et brillanteLe second est le revêtement chimique, qui ne nécessite pas un champ électrique externe, mais repose uniquement sur l'agent réducteur dans l'électrolyte pour réduire les ions métalliques de revêtement en atomes métalliques.Ces atomes se déposeront spontanément sur la surface catalytiquement active de la piècePar exemple, le revêtement d'alliage chimique nickel-phosphore couramment utilisé dans l'industrie consiste à utiliser de l'hypophosphite de sodium comme agent réducteur pour réduire les ions nickel en atomes de nickel,les déposant sur la surface de l'acierL'avantage du revêtement chimique est qu'il ne nécessite pas de courant électrique, et qu'il est adapté à des revêtements de forme complexe,d'une épaisseur n'excédant pas 50 cm3La troisième est l'oxydation anodique, principalement pour l'aluminium, le magnésium et le magnésium.,Titane et autres pièces métalliques à couleur. Son principe est d'utiliser la pièce comme anode, de la mettre dans un électrolyte spécifique (comme l'acide sulfurique, l'acide oxalique) et, après application d'un courant électrique, de la mettre dans un liquide de remplissage.la surface de la pièce de travail subira une réaction d'oxydationCette pellicule d'oxyde améliore non seulement la résistance à la corrosion de la pièce, mais peut également être obtenue avec différentes couleurs par traitement de coloration,souvent utilisé dans les portes et fenêtres en alliage d'aluminiumPar exemple, la couche protectrice colorée sur la surface du cadre du téléphone portable en alliage d'aluminium,qui est principalement préparé par une technologie d'oxydation anodique.
II. Conditions de procédé: précision sous vide contre simplicité à pression normale
En raison des principes différents, les conditions de procédé du revêtement sous vide PVD et du revêtement chimique traditionnel présentent également des différences significatives.exigences environnementalesCes différences déterminent également les coûts de production et les échelles applicables des deux méthodes.
Exigences environnementales:
En ce qui concerne les exigences environnementales, le revêtement sous vide PVD est soumis à des exigences environnementales extrêmement strictes.avec un degré de vide qui doit généralement atteindre 10−2 à 10−6 Pa- le besoin d'un environnement à haut vide est, d'une part, d'isoler l'air et les impuretés, en empêchant les particules de gaz de se heurter aux molécules d'air lors de leur mouvement,qui pourraient provoquer des pores et des impuretés dans la couche de film et affecter la qualité de la couche de film; d'autre part, elle empêche l'oxydation du matériau cible et de la pièce à travailler à des températures élevées, assurant ainsi le bon déroulement du procédé de revêtement.Pour obtenir un environnement à haut vide, les équipements PVD doivent être équipés de pompes à vide précises, y compris des pompes mécaniques et des pompes moléculaires, etc. Le coût de l'ensemble du système de vide est élevé,et une maintenance régulière est nécessaire pour assurer la stabilité du degré de vide.
Les exigences environnementales pour les procédés de revêtement chimique traditionnels sont beaucoup plus douces.La plupart de ces procédés peuvent être effectués dans des conditions de pression normales sans nécessiter d'équipement sous videLes principaux procédés tels que l'électroplatage et le revêtement chimique sont tous effectués dans des environnements liquides, ne nécessitant que la préparation de cellules électrolytiques appropriées et de réservoirs de réaction.et contrôler la concentration et la température de la solution électrolytiqueMême pour quelques procédés de revêtement chimique en phase gazeuse (comme la déposition chimique par vapeur CVD),ils ne doivent être effectués que dans des environnements normaux ou à basse pression, sans avoir besoin de chambres à vide élevé;L'avantage de cette opération à pression normale réside dans sa simplicité de procédé et son faible investissement en équipement, ce qui la rend adaptée à la production à grande échelle.spécialement pour les petites et moyennes entreprises.
Conditions de température:
En termes de température, le revêtement sous vide PVD a une meilleure maîtrise de la température et une gamme d'applications plus large.qui convient aux pièces sensibles à la températureCette méthode permet d'éviter la déformation et le vieillissement de la pièce à haute température.Le procédé PVD à haute température fonctionne généralement à des températures allant de 300 à 600 degrés Celsius, qui convient aux métaux et à la céramique et peut améliorer encore l'adhérence entre la couche de film et le substrat.Cette maîtrise de la température permet d'adapter le revêtement PVD à des pièces de différents matériaux, ce qui rend les scénarios d'application plus souples.
La température dans le revêtement chimique traditionnel est relativement fixe et généralement basse.Une température excessive peut provoquer la décomposition de l'électrolyte et une réaction incontrôlable.La température d'anodisation est généralement comprise entre la température ambiante et 25°C. Une température excessive peut entraîner un film d'oxyde lâche et détaché,alors qu'une température trop basse peut entraîner une vitesse de réaction lente et une épaisseur de film insuffisanteEn outre, dans le revêtement chimique traditionnel, quelques procédés à haute température (tels que le CVD traditionnel) peuvent atteindre des températures de 800-1200°C,mais ces procédés ont une portée d'application étroite et peuvent avoir certaines incidences sur les performances de la pièce (comme provoquer une déformation et une croissance des grains de la pièce).
Procédure de prétraitement:
Dans le processus de prétraitement, les deux méthodes nécessitent un traitement strict de la surface de la pièce, mais avec des concentrations différentes.Le noyau du prétraitement du revêtement sous vide PVD est le "nettoyage et le dégazage", car dans un environnement sous vide, les impuretés telles que les taches d'huile, les oxydes et l'humidité sur la surface de la pièce peuvent affecter gravement l'adhérence et la densité de la couche de film.Le processus spécifique comprend:: d'abord, en utilisant des solvants organiques (comme l'acétone et l'alcool) pour éliminer les taches d'huile sur la surface de la pièce, puis par le lavage à l'acide et à l'alcali pour éliminer les oxydes sur la surface,et enfin placer la pièce dans une chambre sous vide pour cuire pour éliminer l'humidité et les gaz adsorbés à l'intérieur de la pièce, ce qui garantit qu'aucune bulle d'impuretés ne se forme pendant le processus de revêtement.
Le noyau du processus de prétraitement pour les revêtements chimiques traditionnels est "l'activation de la surface et l'amélioration de l'activité de réaction",parce que les réactions chimiques doivent se produire en douceur sur la surface de la pièce à usiner. S'il y a de l'huile ou de l'oxyde à la surface, cela entravera la réaction et empêchera la formation du revêtement ou rendra le revêtement pas fermement fixé.Désagreasing (élimination de l'huile de surface), élimination de la rouille (pour les pièces d'acier, élimination de la rouille de surface), activation (par traitement à l'acide faible,élimination du film d'oxyde mince sur la surface pour que la surface de la pièce ait une activité catalytique), et certains procédés nécessitent également un prétraitement pour jeter les bases d'un revêtement ultérieur.le processus de prétraitement du revêtement chimique traditionnel est plus compliqué et produira une certaine quantité de liquide résiduel.
Complicité de l'équipement:
En ce qui concerne la complexité de l'équipement, les équipements de revêtement sous vide PVD ont des coûts élevés et une structure complexe.systèmes de matériaux ciblesIl s'agit d'un système de chauffage, de refroidissement, etc. Non seulement l'investissement initial est important, mais l'exploitation et l'entretien nécessitent également des professionnels.Les matériaux visés doivent être remplacés régulièrementEn revanche, les équipements de revêtement chimique traditionnels sont relativement simples.L'électroplatement ne nécessite qu'une cellule électrolytique, une alimentation en courant continu et un dispositif de remuage des électrolytes, tandis que le revêtement chimique ne nécessite qu'une cellule de réaction, un dispositif de chauffage et un dispositif de remuage.L'opération est simple.Le coût d'entretien est également moindre, ce qui le rend adapté à la production industrielle à grande échelle.
III. Performance de la couche de film: dense et résistante à l'usure par rapport au coût et à la pratique
Les différences dans les principes et les conditions de procédé ont finalement conduit à des distinctions significatives dans les propriétés du film entre revêtement sous vide PVD et revêtement chimique traditionnel.C'est la base fondamentale pour la répartition de leurs scénarios d'applicationLes différences dans les propriétés du film se manifestent principalement dans quatre aspects: adhérence, densité et pureté, dureté et résistance à l'usure, et écologique.
Résistance à l'adhérence:
En termes de résistance à l'adhésion entre la couche de film et le substrat, le revêtement sous vide PVD présente un avantage absolu.les particules gazeuses (en particulier les ions dans le revêtement ionique) transportent une certaine énergieLorsqu'elles sont déposées sur la surface de la pièce, elles subissent une diffusion, une pénétration et forment même des liaisons métallurgiques ou de diffusion avec les atomes du substrat.Cette méthode de liaison est extrêmement forte., avec une force de liaison généralement comprise entre 50 et 100 N. Cela signifie que la couche de film PVD n'est pas sujette au décollement ou au décollement et peut résister à des niveaux élevés de frottement, d'impact et de flexion.Même dans des conditions de travail complexes (comme la coupe à grande vitesse par des outils de coupe ou le mouvement répété des composants)Par exemple, les outils de coupe d'acier à grande vitesse que nous utilisons quotidiennement, après traitement de revêtement PVD,ne s'usera pas facilement ou ne se décolorera pas, même après une coupe à grande vitesse à long terme du métal, ce qui prolonge considérablement la durée de vie de l'outil.
La résistance à l'adhérence des revêtements chimiques traditionnels est relativement faible.avec une force de liaison généralement comprise entre 10 et 30 NEn prenant l'exemple de l'électroplatage, la couche de revêtement est formée par le dépôt de réduction d'ions métalliques, et il n'y a pas de liaison au niveau atomique entre la couche de revêtement et le substrat.Il n'est fixé que par la force d'adsorption de surface et la force d'embrayage mécanique.. Dans des conditions de température élevée, de frottement, d'impact ou de flexion, des problèmes tels que des cloques, des pelures et des fissures sont susceptibles de survenir.après une utilisation ou un impact à long terme, la couche de chrome sur la surface se décolore, exposant le métal de base sous-jacent, ce qui affecte l'apparence et les performances anticorrosion;bien que la résistance à l'adhésion du revêtement chimique soit légèrement meilleure que celle du galvanoplastie, il est également sujet à l'usure et au détachement en cas de charge élevée.
Densité et pureté:
En ce qui concerne la densité et la pureté de la couche de film, le revêtement sous vide PVD présente également des performances exceptionnelles.les impuretés et l'humidité dans l'air sont efficacement isoléesLors du dépôt des particules gazeuses, elles ne sont pas perturbées par les impuretés, de sorte que la structure de la couche de film formée est extrêmement dense avec une porosité très faible (près de zéro).Cette couche de film dense peut empêcher efficacement les milieux corrosifs externes (tels que l'air, l'humidité, les solutions acides et alcalines) pénétrent et empêchent la corrosion du substrat.Il peut également empêcher les impuretés de pénétrer dans la couche de film et d'affecter les performances de la couche de film.En outre, la pureté de la couche de film PVD est extrêmement élevée.et le rapport de composition de la couche de film peut être réglé avec précision en contrôlant le rapport de matériau cible pour préparer des couches de film composite avec des propriétés spéciales (telles que le TiNLes résultats de l'analyse de la demande sont les suivants:
La densité et la pureté de la couche de film dans le revêtement chimique traditionnel sont relativement faibles.l'électrolyte contient inévitablement des additifs, ions d'impuretés, etc. Ces impuretés seront encapsulées à l'intérieur de la couche de film pendant le processus de dépôt, ce qui entraînera des défauts tels que des micropores et des trous d'épingle dans la couche de film,avec un taux de porosité élevéPar exemple, le taux de porosité des couches galvanisées est généralement compris entre 1% et 5%.de nombreuses pièces galvanisées doivent subir un traitement d'étanchéité ultérieur (comme le revêtement d'un agent d'étanchéité) pour améliorer leur résistance à la corrosionDans le même temps, la composition de la couche de film dans le revêtement chimique traditionnel n'est pas suffisamment pure, contenant des ions d'impuretés de l'électrolyte et des agents réducteurs résiduels,qui affecte la stabilité des performances de la couche de filmPar exemple, la couche de nickel chimique contient une petite quantité de phosphore, ce qui peut augmenter la dureté de la couche de film, mais réduit également sa ténacité.
Dureté et résistance à l'usure:
En termes de dureté et de résistance à l'usure de la couche de revêtement, les avantages du revêtement sous vide PVD sont plus évidents.Le procédé PVD peut produire des revêtements céramiques et des revêtements céramiques métalliques à haute duretéLa dureté de ces couches de revêtement est beaucoup plus élevée que celle des revêtements chimiques traditionnels.le revêtement TiN (nitrure de titane) couramment utilisé a une dureté de 2000-2500 HV (dureté de Vickers), alors que la dureté du revêtement chromé traditionnel est de seulement 800-1200 HV et la dureté du revêtement chimique en alliage nickel-phosphore est d'environ 500-600 HV.la dureté ne peut augmenter qu'à environ 1000 HV. Une dureté plus élevée signifie une meilleure résistance à l'usure. Par conséquent, les couches de revêtement PVD sont très appropriées pour les scénarios qui nécessitent un frottement et une usure à grande vitesse, tels que les outils de coupe, les moules,et composants de précisionPar exemple, après traitement des outils de coupe d'alliages durs avec un revêtement PVD AlTiN, leur résistance à l'usure peut être augmentée de 3 à 5 fois et leur durée de vie peut être prolongée de 2 à 4 fois.réduire efficacement les coûts de production.
Le revêtement chimique traditionnel a une dureté relativement faible et une faible résistance à l'usure, ce qui le rend plus approprié pour des scénarios où les exigences en matière de résistance à l'usure sont faibles.comme décoration et anti-corrosionPar exemple, les bijoux galvanisés en or et en argent visent principalement l'esthétique et un certain niveau de performance anticorrosion, avec des exigences relativement faibles en matière de résistance à l'usure;la galvanisation des pièces en acier sert principalement à l'anti-corrosion, et la résistance à l'usure n'est qu'une exigence auxiliaire.
Caractéristiques de protection de l'environnement:
En ce qui concerne les caractéristiques de protection de l'environnement, les différences entre les deux sont particulièrement importantes.C'est aussi l'une des raisons pour lesquelles le revêtement sous vide PVD a progressivement remplacé le revêtement chimique traditionnel ces dernières années.Le revêtement sous vide PVD est réalisé entièrement dans un environnement sous vide, sans utiliser d'électrolytes, d'agents réducteurs ou de réactifs chimiques, et ne produit pas de déchets liquides.
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