Maschine zur Vakuumbeschichtung mit vertikaler Oberöffnung für farbige Edelstahlbleche: Konstruktion, Zielmaterialien und Prozessgase

1. Einführung in die vertikale Oberöffnungs-PVD-Beschichtungsmaschine

Die Technologie der physikalischen Dampfdeposition (PVD) hat die Oberflächenbehandlung von Edelstahlblechen revolutioniert und die Herstellung von hochwertigen farbigen Beschichtungen mit außergewöhnlicher Haltbarkeit ermöglicht.KorrosionsbeständigkeitUnter den verschiedenen PVD-Ausstattungen zeichnet sich die vertikale Oberöffnungsvakuumbeschichtungsmaschine durch ihre Effizienz beim Umgang mit großen Edelstahlarbeitsstücken aus.vor allem in der industriellen ProduktionDiese spezialisierte Ausrüstung verfügt über eine einzigartige Oberöffnungsstruktur, die ein zweistöckiges Fabrik-Layout erfordert.mit einem oberen Stockwerk, das als Zugangspunkt für das Be- und Entladen von Werkstücken über ein Oberkransystem dient.

Die Kernkonstruktion konzentriert sich auf eine vertikale Vakuumkammer aus hochwertigem SUS 304-Edelstahl, die die strukturelle Integrität und Korrosionsbeständigkeit in rauen Industrieumgebungen gewährleistet.Eine typische Kammer misst φ2600 × H4100 mm, ausgestattet mit einer Doppelschicht-Kühlwasserwäsche zur Aufrechterhaltung optimaler Prozesstemperaturen und zur Verhinderung der thermischen Verformung der Werkstücke.Der oberste Öffnungsmechanismus beseitigt räumliche Einschränkungen bei seitlichen Öffnungsmodellen, für besonders große Edelstahlbleche (bis zu 1300 × 3100 × 3 mm pro Charge) oder unregelmäßig geformte Bauteile (bis zu 1900 × 3700 × 50 mm).Das Innere der Maschine verfügt über einen Drehrahmen, der sowohl die Umdrehung als auch die Drehung der Werkstücke ermöglicht.In Kombination mit 36 Bogenquellenlöchern und 4 Beobachtungsfenstern ermöglicht dieses Dual-Motion-System eine präzise Prozesssteuerung und eine Echtzeitüberwachung der Filmbildung.

2. Zweistöckige Fabrik Layout und Überkopfkran Integration

Das vertikale Oberöffnungskonzept erfordert eine zweistöckige Fabrikkonfiguration, um die Betriebseffizienz und Sicherheit zu maximieren.einschließlich der VakuumkammerDas Obergeschoss (typischerweise 4.5 bis 5 Meter hoch) dient als Wartungs- und Ladeplattform für den Zugang und den Betrieb der VakuumkammerDieses Layout nutzt den vertikalen Raum, um horizontale Bodenflächenbeschränkungen zu überwinden und eignet sich für Hersteller mit Platzbeschränkungen und erleichtert gleichzeitig den Umgang mit großen Werkstücken.

Ein entscheidender Bauteil ist der auf der zweiten Etage installierte 5­10 Tonnen starke Luftkran (Ballkran), der für drei Haupteinsätze verantwortlich ist: Öffnen/Schließen der Vakuumkammer­Oberdecke,Beförderung/Entladung von Werkstücken auf den DrehrahmenDer Kran ist mit einer präzisen Positionierungstechnologie integriert und sorgt für die Ausrichtung zwischen Werkstückkarussell und Vakuumkammer.Verringerung der Kontaminations- oder SchadensgefahrZu den Sicherheitsmerkmalen gehören Schwankungsmechanismen, Notstoppsteuerungen und Lastsensoren zur Verhinderung von Überlastungen, die den industriellen Sicherheitsnormen entsprechen.

Das zweistöckige Layout optimiert die Effizienz des Arbeitsablaufs: Während die Beschichtung im Erdgeschoss erfolgt, kann die obere Etage die nächste Arbeitsstückscharge vorbereiten und die Ausfallzeiten verringern.Die erhöhte Plattform bietet eine sichere, bequemer Zugang für Wartungsaufgaben wie Zielwechsel, Kammerreinigung und Systeminspektionen.

3. Zielmaterialien für farbige Edelstahlbeschichtungen

Die Farbe der Beschichtung wird in erster Linie durch die Auswahl des Zielmaterials und seine chemische Reaktion mit Prozessgasen bestimmt.Mechanismen, und Anwendungen:

3.1 Titan (Ti) -Ziele

Titan-Ziele bieten vielseitige Farboptionen durch Reaktionen mit Stickstoff, Sauerstoff und kohlenstoffhaltigen Gasen:

• Natürliche Edelstahlveredelung: Erreicht durch nichtreaktives Sputtern in reinem Argon. Eine dünne Titanschicht von 50-100 nm bewahrt das natürliche Erscheinungsbild des Substrats und erhöht gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit und Oberflächenglatheit.mit einer Breite von mehr als 20 mm,.
• Gold: entsteht durch Reaktionssputtering in einer stickstoffreichen Atmosphäre (N2:Ar ≈ 3:7), wodurch Titannitrid (TiN) entsteht.mit einer Härte von bis zu 2000 HV und einem leuchtend goldenen FarbtonIdeal für dekorative und funktionale Anwendungen wie Schmuck und Aufzugsplatten.
• Rosegold: entsteht durch Zugabe von Methan (CH4) in das Stickstoff-Argon-Gemisch (N2:CH4:Ar ≈ 2:1Der Kohlenstoffgehalt regelt die Farbtöne, höhere Konzentrationen vertiefen den rosafarbenen Farbton.
• Kaffeebraun: Optimiertes TiCN-Verfahren mit einem höheren Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis (N2:CH4:Ar ≈ 1:2Der hohe Kohlenstoffanteil erzeugt einen warmen Kaffeebraunfarbton (von hellbraun bis tief espresso), der bei hochwertigen Möbeln und Innenräumen für Automobile beliebt ist.
• Schwarz: Erzeugt in einer Atmosphäre aus Stickstoff, Methan und Sauerstoff (N2:CH4:O2:Ar ≈ 2:3:1Diese dichte, amorphe Beschichtung absorbiert mehr als 95% des sichtbaren Lichts.mit einer mattschwarzen Oberfläche mit außergewöhnlicher Kratzfestigkeit für Unterhaltungselektronik.

3.2 Zirkonium (Zr) -Ziele

Zirkonium-Ziele zeichnen sich durch langlebige, kratzfeste Beschichtungen aus:

• Gold: Zirkoniumnitrid (ZrN), das durch Sputtern in Stickstoff (N2:Ar ≈ 2:8) gebildet wird, bietet einen wärmeren, weicheren goldenen Farbton als TiN.Überlegene Korrosionsbeständigkeit eignet sich für Außenanwendungen wie Gebäudefassaden und Marine-Hardware.
• Schwarz: Zirkoniumkarbonitrid (ZrCN), hergestellt in einer Stickstoff-Methan-Atmosphäre (N2:CH4:Ar ≈ 1:3Der hohe Kohlenstoffgehalt (30-40 atomare%) erhöht die Härte (bis zu 2200 HV) für Smartphone-Rahmen und industrielle Komponenten.

3.3 Chrom (Cr) -Ziele

Chromziele erzeugen stabile neutrale und erdigere Töne:

• Blau: Chromoxid (Cr2O3) entsteht durch Reaktionssputtering in Sauerstoff (O2:Ar ≈ 3:7) mit einer Dicke von 150 ≈ 200 nm. Lichtinterferenzen erzeugen einen leuchtenden blauen Farbton.dickere Schichten tiefe Marine- Ausgezeichnete UV-Widerstandsfähigkeit, passt zu Außenanzeigen und Automobilverkleidung.
• Schwarz: Chromnitridkarbid (CrCN) aus einem Stickstoff-Methangemisch (N2:CH4:Ar ≈ 2:2Die Ausstattung ist mattschwarz mit hoher chemischer Beständigkeit und eignet sich hervorragend für Lebensmittelverarbeitungsgeräte und Badezimmer.

3.4 Ziele aus Edelstahl

Kostenwirksame Optionen für bestimmte Farben:

• Natürliche Edelstahlveredelung: Nichtreaktives Sputtern in reinem Argon erzeugt eine Beschichtung, die der Substratzusammensetzung entspricht und das natürliche Erscheinungsbild für große architektonische Projekte bewahrt.
• Blau: Reaktives Spritzen in Stickstoff (N2:Ar ≈ 4:6) bildet Edelstahlnitrid (FeCrN), der einen tiefblauen Farbton mit außergewöhnlicher Haftbarkeit und Farbstabilität für Gefängnisfassaden liefert.

4. Prozessgase in PVD-Beschichtungen

PVD-Prozesse setzen auf inerte Gase für das Sputtern und reaktive Gase für die Zusammensetzung von Verbindungen.

4.1 Inerte Gase: Argon

Argon (99,999%+ Reinheit) dient als primäres Sputtermedium mit seinem atomaren Gewicht (39,95 g/mol) ideal für die Entfernung von Zielatomen.mit einem Kammerdruck von 10−2 bis 10 PaFür die Veredelung aus natürlichem Edelstahl wird reines Argon (100-150 cm2) verwendet.

4.2 Reaktionsgase

• Stickstoff (N2): bildet Nitridbeschichtungen (TiN, ZrN, FeCrN) mit Gold, Roségold oder blauen Farbtönen. Durchflussgeschwindigkeiten: 30~70 cm3; Reinheit ≥ 99,998%.
• Sauerstoff (O2): Erzeugt Oxidbeschichtungen (TiO2, Cr2O3) mit blauen oder irischen Farben. Durchflussgeschwindigkeiten: 20~60 cm3; Reinheit ≥ 99,998%.
• Kohlenstoffhaltige Gase: Methan (CH4, 10·50 cm2) und Acetylen (C2H2) führen Kohlenstoff für Carbonitridbeschichtungen (TiCN, ZrCN) ein.

4.3 Gassteuerungssysteme

Präzise Gassteuerungssysteme (Massendurchflussregler, Druckwandler) lassen sich mit PLC-Geräten integrieren und ermöglichen die Speicherung farbspezifischer Rezepte (bis zu 50 Profile) für den Einstieg.Reinigungsfilter entfernen Feuchtigkeit, Öl und Partikel, um gleichbleibende Prozessbedingungen zu gewährleisten.

5Schlüsseltechnische Spezifikationen und Betriebsvorteile

• Werkstückkapazität: bis zu 3 Blätter (1300 × 3100 × 3 mm) pro Charge; Drehrahmen mit doppelter Befestigung.
• Vakuumleistung: Enddruck 5,0 × 10-4 Pa; Leckrate 0-3 Pa·L/s.
• Beschichtungszyklus: 3­6 Stunden pro Charge (3 Stunden für natürliche Oberflächen; 5­6 Stunden für braune/schwarze Farbe).
• Farbpräzision: Wiederholbarkeit ΔE 0 (CIE Lab); optische Überwachung in Echtzeit.
• Automatisierung: Manuelle/halbautomatische/voll automatische Modus; Touchscreen-Schnittstelle.
• Energieeffizienz: 15~20% geringerer Verbrauch als bei herkömmlichen Seitenöffnungsmaschinen.

6Anwendungen und Auswirkungen auf die Industrie

Weit verbreitet in verschiedenen Branchen:

• Architektur: Fassaden, Vorhangwände, Tür-/Fensterrahmen (gold, blau, natürliche Oberfläche).
• Haushaltsgeräte: Kühlschrankplatten, Küchengeräte (natürliche Oberfläche, schwarz, rosa-gold).
• Automobilindustrie: Innen-/Außenverkleidung, Felgen (schwarz, braun, roségold).
• Verbraucherelektronik: Gehäuse für Smartphones/Laptops (schwarz, blau, rosa-gold).
• Möbel: Schrankgriffe, Leuchten (kaffeebraun, gold, blau).

Die Maschine unterstützt eine nachhaltige Fertigung mit sechswertigen chrombfreien Beschichtungen, wodurch die Produktdifferenzierung durch vielseitige Farboptionen verbessert wird.