In der modernen industriellen Produktion und im täglichen Leben ist die Technologie der Oberflächenbeschichtung allgegenwärtig – von der verschleißfesten Dekoration von Mobiltelefongehäusen über den Glanzschutz von Schmuck bis hin zur Leistungssteigerung von Werkzeugformen, der Korrosionsschutzbehandlung von Automobilteilen und sogar der präzisen Herstellung von Halbleiterchips. All dies ist auf die Unterstützung der Beschichtungstechnologie angewiesen. Derzeit sind die beiden am weitesten verbreiteten Arten der Beschichtungstechnologie auf dem Markt die PVD-Vakuumbeschichtung und die traditionelle chemische Beschichtung. Obwohl beide letztlich darauf abzielen, einen speziellen Funktionsfilm auf der Oberfläche des Werkstücks zu bilden, gibt es grundlegende Unterschiede in ihren technischen Prinzipien, Prozessabläufen, Filmeigenschaften und Anwendungsszenarien. In diesem Artikel wird eine populärwissenschaftliche Perspektive eingenommen und die Kernunterschiede zwischen den beiden auf einfache und verständliche Weise erläutert, sodass jeder die Eigenschaften und Anwendungsszenarien dieser beiden häufig verwendeten Beschichtungstechnologien klar verstehen kann.
Zunächst müssen die grundlegenden Definitionen zweier Kernkonzepte klar definiert werden: PVD-Vakuumbeschichtung, auch bekannt als Physical Vapour Deposition (PVD), bei der es sich, wie der Name schon sagt, um eine Technologie handelt, die die Filmabscheidung durch physikalische Methoden in einer Vakuumumgebung realisiert; Die traditionelle chemische Beschichtung basiert auf chemischen Reaktionen und findet unter Normaldruck oder in gewöhnlichen Umgebungen statt, wobei die Beschichtungssubstanzen durch chemische Einwirkungen an der Oberfläche des Werkstücks haften und eine Filmschicht bilden. Gängige Verfahren wie Galvanisieren, chemisches Plattieren und Eloxieren fallen alle in diese Kategorie. Der grundlegendste Unterschied zwischen den beiden liegt in der wesentlichen Unterscheidung zwischen „Dominanz des physikalischen Prozesses“ und „Dominanz der chemischen Reaktion“, und dieser Unterschied zieht sich durch jeden Aspekt des Prozesses, der Leistung und der Anwendung.
I. Grundprinzip: Physikalische Abscheidung vs. chemische Reaktion
Das Kernprinzip der PVD-Vakuumbeschichtung besteht darin, dass „in einer Vakuumumgebung feste Beschichtungsmaterialien (sogenannte Targets) in gasförmige Partikel umgewandelt werden und diese Partikel dann gleichmäßig an der Oberfläche des Werkstücks haften. Nach dem Abkühlen entsteht ein dichter Film.“ Der gesamte Prozess beinhaltet keine komplexen chemischen Reaktionen; Es treten nur geringe oberflächenphysikalische Effekte (wie Adsorption und Diffusion) auf. Es ist gleichbedeutend damit, „feste Materialien in ‚gasförmige Pulver‘ umzuwandeln und sie dann gleichmäßig auf das Werkstück zu sprühen und zu kondensieren.“
Die aktuellen Mainstream-PVD-Technologien können in drei Typen eingeteilt werden, die jeweils für unterschiedliche Anwendungsanforderungen geeignet sind. Die erste Art ist die Verdampfungsbeschichtung, bei der das Zielmaterial durch Methoden wie Widerstandsheizung oder Elektronenstrahlbeschuss über seinen Siedepunkt erhitzt wird. Dadurch verdampft das Targetmaterial direkt in gasförmige Atome. Diese Atome bewegen sich frei in der Vakuumumgebung und kondensieren beim Auftreffen auf eine kühlere Werkstückoberfläche schnell und bilden einen Film. Diese Technologie ist relativ einfach zu handhaben und eignet sich zur Herstellung von Metallfolien, optischen Folien usw. Mit dieser Methode werden beispielsweise häufig Antireflexfolien für Brillengläser und Metallfolien für einige dekorative Teile hergestellt. Die zweite Art ist die Sputterbeschichtung, die derzeit am weitesten verbreitete PVD-Technologie. Sein Prinzip besteht darin, die Zieloberfläche mit hochenergetischen Ionen (z. B. Argonionen) zu bombardieren und den Kollisionseffekt zu nutzen, um die Atome des Zielmaterials auszuwerfen. Diese gesputterten Atome haben eine bestimmte Energie und lagern sich gleichmäßig auf der Werkstückoberfläche ab und bilden eine Filmschicht. Der Vorteil der Sputterbeschichtung liegt in der guten Gleichmäßigkeit der Filmschicht und der starken Haftung, wodurch sie sich für die Herstellung von Filmschichten mit hoher Härte und hohem Wartungsaufwand eignet, beispielsweise für verschleißfeste Beschichtungen auf den Oberflächen von Werkzeugen und Formen. Der dritte Typ ist die Ionenplattierung. Durch Verdampfen oder Sputtern wird ein elektrisches Feld angelegt, wodurch gasförmige Partikel in Ionen ionisiert werden. Diese Ionen werden durch das elektrische Feld beschleunigt und bombardieren die Werkstückoberfläche, was nicht nur eine festere Verbindung zwischen der Folienschicht und dem Werkstück ermöglicht, sondern auch die Dichte der Folienschicht erhöht. Es wird häufig in Präzisionskomponenten, medizinischen Geräten usw. verwendet, wo hohe Anforderungen an die Leistung der Folienschicht gestellt werden.
Im Gegensatz zur PVD-Vakuumbeschichtung beruht der Kern der herkömmlichen chemischen Beschichtung auf „chemischen Reaktionen, die es ermöglichen, dass sich das Beschichtungsmaterial spontan bildet oder reduziert und auf der Oberfläche des Werkstücks abgeschieden wird“. Der gesamte Prozess beruht auf strengen chemisch-thermodynamischen und kinetischen Bedingungen, was bedeutet, „die Oberfläche des Werkstücks zur ‚Bühne‘ für chemische Reaktionen zu machen und durch die Reaktionen eine neue Substanz als Film zu erzeugen“.
Auch bei den gängigen Technologien der traditionellen chemischen Beschichtung gibt es drei Arten, und ihre Reaktionsprinzipien und Anwendungsszenarien sind unterschiedlich. Die erste ist die Galvanisierung, die bekannteste chemische Beschichtungstechnologie. Beispielsweise wird bei der Verchromung von Hardware-Teilen, bei der Verzinkung von Stahlteilen und bei der Vergoldung von Schmuck das Galvanisierungsverfahren angewendet. Das Prinzip besteht darin, das Werkstück als Kathode und das Beschichtungsmetall (z. B. Chrom, Zink, Gold) als Anode zu verwenden, zusammen mit dem Elektrolyten, der die Beschichtungsmetallionen enthält, und dann ein elektrisches Gleichstromfeld anzulegen. Unter der Wirkung des elektrischen Feldes bewegen sich die Metallionen im Elektrolyten zur Kathode (dem Werkstück), nehmen Elektronen auf und werden zu Metallatomen reduziert. Diese Atome sammeln sich kontinuierlich auf der Oberfläche des Werkstücks an und bilden schließlich eine gleichmäßige Metallfilmschicht. Der Schlüssel zum Galvanisieren liegt in der Kontrolle der Konzentration des Elektrolyten, der Stromgröße und der Temperatur, um eine stabile Reaktion sicherzustellen und eine gleichmäßige und glänzende Filmschicht zu erhalten. Die zweite Möglichkeit ist die chemische Beschichtung, die kein externes elektrisches Feld erfordert, sondern nur auf dem Reduktionsmittel im Elektrolyten beruht, um die Metallionen der Beschichtung zu Metallatomen zu reduzieren. Diese Atome lagern sich spontan auf der katalytisch aktiven Oberfläche des Werkstücks ab und bilden eine Filmschicht. Beispielsweise besteht die in der Industrie häufig verwendete chemische Beschichtung mit Nickel-Phosphor-Legierungen darin, Natriumhypophosphit als Reduktionsmittel zu verwenden, um Nickelionen zu Nickelatomen zu reduzieren und sie auf der Oberfläche von Stahl, Kunststoff usw. abzulagern, um eine verschleißfeste und korrosionsbeständige Filmschicht zu bilden. Der Vorteil der chemischen Beschichtung besteht darin, dass kein elektrischer Strom erforderlich ist. Sie eignet sich für komplex geformte Werkstücke mit Hohlräumen oder Poren und kann eine gleichmäßige Beschichtung in alle Richtungen erzielen, wodurch das Problem der ungleichmäßigen Dicke, die durch den „Kanteneffekt“ beim Galvanisieren verursacht wird, vermieden wird. Die dritte Möglichkeit ist die anodische Oxidation, hauptsächlich für Aluminium-, Magnesium-, Titan- und andere Werkstücke aus Aluminium. Sein Prinzip besteht darin, das Werkstück als Anode zu verwenden, es in einen bestimmten Elektrolyten (z. B. Schwefelsäure, Oxalsäure) zu legen und nach dem Anlegen eines elektrischen Stroms eine Oxidationsreaktion auf der Oberfläche des Werkstücks durchzuführen, die einen dichten Oxidfilm bildet. Dieser Oxidfilm erhöht nicht nur die Korrosionsbeständigkeit des Werkstücks, sondern kann durch Farbbehandlung auch in verschiedenen Farben erhalten werden, die häufig in Türen und Fenstern aus Aluminiumlegierung, Mobiltelefongehäusen, Luftfahrtkomponenten usw. verwendet werden. Zum Beispiel die bunte Schutzschicht auf der Oberfläche des Mobiltelefonrahmens aus Aluminiumlegierung, die größtenteils durch anodische Oxidationstechnologie hergestellt wird.
II. Prozessbedingungen: Präzision unter Vakuum vs. Einfachheit bei Normaldruck
Aufgrund der unterschiedlichen Prinzipien weisen auch die Prozessbedingungen der PVD-Vakuumbeschichtung und der herkömmlichen chemischen Beschichtung erhebliche Unterschiede auf. Diese Unterschiede liegen hauptsächlich in vier Aspekten: Umgebungsanforderungen, Temperaturkontrolle, Vorbehandlungsverfahren und Komplexität der Ausrüstung. Diese Unterschiede bestimmen auch die Produktionskosten und anwendbaren Maßstäbe der beiden Methoden.
Umweltanforderungen:
Hinsichtlich der Umweltanforderungen stellt die PVD-Vakuumbeschichtung äußerst strenge Anforderungen an die Umwelt. Es muss in einer Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumkammer durchgeführt werden, wobei der Vakuumgrad typischerweise 10⁻² bis 10⁻⁶ Pa erreichen muss. Die Notwendigkeit einer Hochvakuumumgebung besteht einerseits darin, Luft und Verunreinigungen zu isolieren und zu verhindern, dass Gaspartikel während ihrer Bewegung mit Luftmolekülen kollidieren, was Poren und Verunreinigungen in der Filmschicht verursachen und die Qualität der Filmschicht beeinträchtigen könnte; Andererseits soll verhindert werden, dass das Zielmaterial und das Werkstück bei hohen Temperaturen oxidiert werden, um einen reibungslosen Ablauf des Beschichtungsprozesses sicherzustellen. Um eine Hochvakuumumgebung zu erreichen, müssen PVD-Geräte mit präzisen Vakuumpumpensätzen ausgestattet sein, einschließlich mechanischer Pumpen und Molekularpumpen usw. Die Kosten für das gesamte Vakuumsystem sind hoch und eine regelmäßige Wartung ist erforderlich, um die Stabilität des Vakuumgrades sicherzustellen.
Die Umweltanforderungen für herkömmliche chemische Beschichtungsverfahren sind viel milder. Die meisten dieser Prozesse können unter Normaldruckbedingungen durchgeführt werden, ohne dass eine Vakuumausrüstung erforderlich ist. Hauptprozesse wie Elektroplattieren und chemisches Plattieren werden alle in flüssigen Umgebungen durchgeführt und erfordern lediglich die Vorbereitung geeigneter Elektrolysezellen und Reaktionstanks sowie die Kontrolle der Konzentration und Temperatur der Elektrolytlösung. Selbst einige wenige chemische Beschichtungsprozesse in der Gasphase (z. B. CVD durch chemische Gasphasenabscheidung) müssen nur in Normal- oder Niederdruckumgebungen durchgeführt werden, ohne dass Hochvakuumkammern erforderlich sind. Der Vorteil dieses Normaldruckbetriebs liegt in der Einfachheit des Prozesses und dem geringen apparativen Aufwand, wodurch er sich für die Großserienproduktion, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen, eignet.
Temperaturbedingungen:
In Bezug auf die Temperaturbedingungen bietet die PVD-Vakuumbeschichtung eine bessere Temperaturkontrollierbarkeit und einen breiteren Anwendungsbereich. Der Niedertemperatur-PVD-Prozess kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden, was für temperaturempfindliche Werkstücke wie Kunststoff- und Gummimaterialien geeignet ist. Dadurch wird eine Verformung und Alterung des Werkstücks durch hohe Temperaturen vermieden. Der Hochtemperatur-PVD-Prozess arbeitet typischerweise bei Temperaturen zwischen 300 und 600 Grad Celsius, was für Metalle und Keramik geeignet ist und die Haftung zwischen der Filmschicht und dem Substrat weiter verbessern kann. Diese Temperatursteuerbarkeit ermöglicht eine Anpassung der PVD-Beschichtung an Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien, wodurch die Einsatzszenarien flexibler werden.
Die Temperatur bei der herkömmlichen chemischen Beschichtung ist relativ fest und im Allgemeinen niedrig. Die Temperaturen beim Galvanisieren und chemischen Beschichten liegen meist zwischen Raumtemperatur und 90℃. Zu hohe Temperaturen können dazu führen, dass sich der Elektrolyt zersetzt und die Reaktion außer Kontrolle gerät, wodurch die Qualität der Beschichtungsschicht beeinträchtigt wird. Die Temperatur beim Eloxieren liegt üblicherweise zwischen Raumtemperatur und 25℃. Eine zu hohe Temperatur kann zu einem lockeren und abgelösten Oxidfilm führen, wohingegen eine zu niedrige Temperatur zu einer langsamen Reaktionsgeschwindigkeit und einer unzureichenden Filmdicke führen kann. Darüber hinaus können bei der herkömmlichen chemischen Beschichtung einige Hochtemperaturprozesse (z. B. herkömmliches CVD) Temperaturen von 800–1200 °C erreichen, diese Prozesse haben jedoch einen engen Anwendungsbereich und können bestimmte Auswirkungen auf die Leistung des Werkstücks haben (z. B. Verformung und Kornwachstum des Werkstücks verursachen).
Vorbehandlungsprozess:
Beide Verfahren erfordern im Vorbehandlungsprozess eine strenge Bearbeitung der Werkstückoberfläche, jedoch mit unterschiedlichen Schwerpunkten. Der Kern der Vorbehandlung für die PVD-Vakuumbeschichtung ist das „Reinigen und Entgasen“, denn in einer Vakuumumgebung können Verunreinigungen wie Ölflecken, Oxide und Feuchtigkeit auf der Werkstückoberfläche die Haftung und Dichte der Filmschicht stark beeinträchtigen. Der spezifische Prozess umfasst: Zuerst die Verwendung organischer Lösungsmittel (wie Aceton und Alkohol), um Ölflecken auf der Werkstückoberfläche zu entfernen, dann durch Säurewaschen und Alkaliwaschen, um Oxide auf der Oberfläche zu entfernen, und schließlich das Einlegen des Werkstücks in eine Vakuumkammer zum Backen, um die im Werkstück adsorbierte Feuchtigkeit und Gase zu entfernen und sicherzustellen, dass während des Beschichtungsprozesses keine Verunreinigungsblasen entstehen.
Der Kern des Vorbehandlungsprozesses für die herkömmliche chemische Beschichtung besteht in der „Aktivierung der Oberfläche und der Verbesserung der Reaktionsaktivität“, da chemische Reaktionen reibungslos auf der Oberfläche des Werkstücks ablaufen müssen. Wenn sich Öl oder Oxid auf der Oberfläche befindet, behindert dies die Reaktion und verhindert die Bildung der Beschichtung oder führt dazu, dass die Beschichtung nicht fest haftet. Der Vorbehandlungsprozess umfasst normalerweise: Entfetten (Entfernen von Oberflächenöl), Entrosten (bei Stahlwerkstücken Entfernen von Oberflächenrost), Aktivierung (durch Behandlung mit schwacher Säure, Entfernen des dünnen Oxidfilms auf der Oberfläche, um der Oberfläche des Werkstücks eine katalytische Aktivität zu verleihen) und einige Prozesse erfordern auch eine Vorbeschichtung, um die Grundlage für die nachfolgende Beschichtung zu legen. Im Vergleich zur PVD-Vorbehandlung ist der Vorbehandlungsprozess der herkömmlichen chemischen Beschichtung komplizierter und erzeugt eine gewisse Menge an Abfallflüssigkeit.
Komplexität der Ausrüstung:
Im Hinblick auf die Komplexität der Ausrüstung sind PVD-Vakuumbeschichtungsanlagen mit hohen Kosten und einer komplexen Struktur verbunden. Zu einer kompletten PVD-Ausrüstung gehören Vakuumkammern, Vakuumpumpensätze, Targetmaterialsysteme, Stromversorgungssysteme, Heizsysteme, Kühlsysteme usw. Die Anfangsinvestition ist nicht nur hoch, sondern erfordert auch Fachkräfte für Betrieb und Wartung. Zielmaterialien müssen regelmäßig ausgetauscht, Vakuumpumpen repariert werden und die Betriebskosten sind relativ hoch. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche chemische Beschichtungsgeräte relativ einfach. Für die Galvanisierung sind lediglich eine Elektrolysezelle, eine Gleichstromversorgung und ein Elektrolyt-Rührgerät erforderlich, während für die chemische Beschichtung lediglich eine Reaktionszelle, ein Heizgerät und ein Rührgerät erforderlich sind. Die Investitionen in die Ausrüstung sind gering, die Bedienung ist einfach und normale Arbeiter können mit einer einfachen Schulung loslegen. Auch die Wartungskosten sind geringer, sodass es für die industrielle Großproduktion geeignet ist.
III. Leistung der Folienschicht: dicht und verschleißfest vs. kostengünstig und praktisch
Die Unterschiede in den Prozessprinzipien und -bedingungen führten letztendlich zu erheblichen Unterschieden in den Filmeigenschaften zwischen PVD-Vakuumbeschichtung und herkömmlicher chemischer Beschichtung. Dies ist die zentrale Grundlage für die Aufteilung ihrer Anwendungsszenarien. Die Unterschiede in den Folieneigenschaften zeigen sich vor allem in vier Aspekten: Haftung, Dichte und Reinheit, Härte und Verschleißfestigkeit sowie Umweltfreundlichkeit.
Haftung:
Hinsichtlich der Haftfestigkeit zwischen Folienschicht und Substrat ist die PVD-Vakuumbeschichtung absolut im Vorteil. Aufgrund des PVD-Verfahrens tragen die gasförmigen Partikel (besonders die Ionen beim Ionenplattieren) eine bestimmte Energie. Wenn sie auf der Oberfläche des Werkstücks abgeschieden werden, unterliegen sie einer Diffusion und Durchdringung und bilden sogar metallurgische oder Diffusionsbindungen mit den Substratatomen. Diese Klebemethode ist extrem stark und weist typischerweise eine Klebekraft von 50 bis 100 N auf. Dies bedeutet, dass die PVD-Folienschicht nicht zum Abblättern oder Abblättern neigt und hohen Belastungen durch Reibung, Stöße und Biegung standhält. Selbst unter komplexen Arbeitsbedingungen (z. B. Hochgeschwindigkeitsschneiden durch Schneidwerkzeuge oder wiederholte Bewegung von Bauteilen) kann eine stabile Leistung aufrechterhalten werden. Beispielsweise verschleißen oder blättern die Schneidwerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl, die wir täglich verwenden, nach der PVD-Beschichtung auch nach längerem Hochgeschwindigkeitsschneiden von Metall nicht so leicht ab, was die Lebensdauer des Werkzeugs erheblich verlängert.
Die Haftfestigkeit der herkömmlichen chemischen Beschichtung ist relativ schwach. Bei den meisten davon handelt es sich um eine physikalische Adsorption oder eine mechanische Kombination, wobei die Bindungskraft im Allgemeinen zwischen 10 und 30 N liegt. Am Beispiel der Elektroplattierung wird die Beschichtungsschicht durch die Reduktionsabscheidung von Metallionen gebildet, und es gibt keine Bindung auf atomarer Ebene zwischen der Beschichtungsschicht und dem Substrat. Es wird nur durch Oberflächenadsorptionskraft und mechanische Verriegelungskraft fixiert. Bei hohen Temperaturen, Reibung, Stößen oder Biegung können Probleme wie Blasenbildung, Abblättern und Rissbildung auftreten. Beispielsweise blättert bei herkömmlichen verchromten Hardware-Teilen nach längerem Gebrauch oder Stößen die Chromschicht auf der Oberfläche ab und legt das darunter liegende Grundmetall frei, was sich auf das Aussehen und die Korrosionsschutzleistung auswirkt. Obwohl die Haftfestigkeit der chemischen Beschichtung etwas besser ist als die der Galvanisierung, ist sie unter Hochlastbedingungen auch anfällig für Verschleiß und Ablösung.
Dichte und Reinheit:
Auch hinsichtlich der Dichte und Reinheit der Folienschicht schneidet die PVD-Vakuumbeschichtung hervorragend ab. Da der PVD-Prozess in einer Hochvakuumumgebung durchgeführt wird, werden Verunreinigungen und Feuchtigkeit in der Luft effektiv isoliert. Während der Ablagerung gasförmiger Partikel werden diese nicht durch Verunreinigungen gestört, sodass die gebildete Filmschichtstruktur äußerst dicht ist und eine sehr geringe Porosität (nahezu Null-Porosität) aufweist. Diese dichte Filmschicht kann das Eindringen äußerer korrosiver Medien (wie Luft, Feuchtigkeit, Säuren und Laugen) wirksam verhindern und eine Korrosion des Untergrundes verhindern. Gleichzeitig kann verhindert werden, dass Verunreinigungen in die Folienschicht gelangen und die Leistung der Folienschicht beeinträchtigen. Darüber hinaus ist die Reinheit der PVD-Folienschicht extrem hoch. Die Zusammensetzung der Filmschicht ist grundsätzlich dieselbe wie die des Zielmaterials, und das Zusammensetzungsverhältnis der Filmschicht kann durch Steuerung des Zielmaterialverhältnisses präzise angepasst werden, um Verbundfilmschichten mit speziellen Eigenschaften (wie TiN, CrN, AlTiN usw.) herzustellen, die den Anforderungen verschiedener Szenarien gerecht werden.
Die Dichte und Reinheit der Filmschicht bei der herkömmlichen chemischen Beschichtung ist relativ schlecht. Da die meisten chemischen Beschichtungen in einer flüssigen Umgebung durchgeführt werden, enthält der Elektrolyt zwangsläufig Zusatzstoffe, Verunreinigungsionen usw. Diese Verunreinigungen werden während des Abscheidungsprozesses in der Filmschicht eingekapselt, was zu Defekten wie Mikroporen und Nadellöchern in der Filmschicht mit einer hohen Porositätsrate führt. Beispielsweise liegt der Porositätsgrad galvanischer Schichten üblicherweise zwischen 1 % und 5 %. Diese Mikroporen werden zu „Kanälen“ für korrosive Medien und führen zur Korrosion des Substrats. Daher müssen viele galvanisierte Teile einer anschließenden Versiegelungsbehandlung (z. B. Auftragen eines Versiegelungsmittels) unterzogen werden, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Gleichzeitig ist die Zusammensetzung der Filmschicht bei herkömmlichen chemischen Beschichtungen nicht rein genug und enthält Verunreinigungsionen aus dem Elektrolyten und restliche Reduktionsmittel, was die Stabilität der Leistung der Filmschicht beeinträchtigt. Beispielsweise enthält die chemische Vernickelungsschicht eine geringe Menge Phosphor, was die Härte der Filmschicht erhöhen, aber auch deren Zähigkeit verringern kann.
Härte und Verschleißfestigkeit:
Im Hinblick auf die Härte und Verschleißfestigkeit der Beschichtungsschicht liegen die Vorteile der PVD-Vakuumbeschichtung deutlicher auf der Hand. Mit dem PVD-Verfahren können Keramikbeschichtungen und Metallkeramikbeschichtungen mit hoher Härte hergestellt werden. Die Härte dieser Beschichtungsschichten ist viel höher als die herkömmlicher chemischer Beschichtungen. Beispielsweise hat die häufig verwendete TiN-Beschichtung (Titannitrid) eine Härte von 2000–2500 HV (Vickers-Härte), während die Härte der herkömmlichen Chrombeschichtung nur 800–1200 HV beträgt und die Härte der chemischen Nickel-Phosphor-Legierungsbeschichtung etwa 500–600 HV beträgt. Auch nach einer Wärmebehandlung kann die Härte nur auf etwa 1000 HV ansteigen. Höhere Härte bedeutet bessere Verschleißfestigkeit. Daher eignen sich PVD-Beschichtungen sehr gut für Szenarien, die schnelle Reibung und Verschleiß erfordern, wie z. B. Schneidwerkzeuge, Formen und Präzisionskomponenten. Nachdem Schneidwerkzeuge aus Hartlegierungen beispielsweise mit einer PVD-AlTiN-Beschichtung behandelt wurden, kann ihre Verschleißfestigkeit um das 3- bis 5-fache erhöht und ihre Lebensdauer um das 2- bis 4-fache verlängert werden, wodurch die Produktionskosten effektiv gesenkt werden.
Die herkömmliche chemische Beschichtung weist eine relativ geringe Härte und eine geringe Verschleißfestigkeit auf und eignet sich daher besser für Szenarien mit geringen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit, wie z. B. Dekoration und Korrosionsschutz. Galvanisierter Gold- und Silberschmuck zielt beispielsweise hauptsächlich auf Ästhetik und ein gewisses Maß an Korrosionsschutzleistung ab, wobei die Anforderungen an die Verschleißfestigkeit relativ gering sind. Die Verzinkung von Stahlteilen dient hauptsächlich dem Korrosionsschutz, Verschleißfestigkeit ist nur eine Nebenanforderung.
Umweltschutzmerkmale:
Hinsichtlich der Umweltschutzmerkmale sind die Unterschiede zwischen beiden besonders deutlich. Dies ist auch einer der Gründe, warum die PVD-Vakuumbeschichtung in den letzten Jahren die traditionelle chemische Beschichtung schrittweise ersetzt hat. Die PVD-Vakuumbeschichtung wird vollständig in einer Vakuumumgebung ohne Verwendung von Elektrolyten, Reduktionsmitteln oder chemischen Reagenzien durchgeführt und erzeugt keine Abfallflüssigkeit.
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