Máquina de revestimento a vácuo PVD de abertura vertical para chapas de aço inoxidável coloridas: projeto, materiais alvo e gases de processo

1Introdução à máquina de revestimento PVD de abertura vertical

A tecnologia de deposição por vapor físico (PVD) revolucionou o tratamento de superfície das chapas de aço inoxidável, permitindo a produção de revestimentos coloridos de alta qualidade com durabilidade excepcional,resistência à corrosãoEntre as várias configurações de equipamento PVD, a máquina de revestimento a vácuo vertical de abertura superior destaca-se pela sua eficiência no manuseio de peças de trabalho grandes de aço inoxidável,especialmente na produção em escala industrialEste equipamento especializado apresenta uma estrutura única de abertura superior que requer um layout de fábrica de dois andares,com o piso superior a servir de ponto de acesso para o carregamento/descarregamento de peças de trabalho através de um sistema de guindaste aéreo.

O projeto principal centra-se numa câmara de vácuo vertical feita de aço inoxidável SUS 304 de alta qualidade, garantindo a integridade estrutural e a resistência à corrosão em ambientes industriais adversos.Uma câmara típica mede φ2600 × H4100 mm, equipado com uma camada de água de arrefecimento de duas camadas para manter temperaturas de processo ótimas e evitar a deformação térmica das peças de trabalho.O mecanismo de abertura superior elimina as restrições espaciais dos desenhos de abertura lateral, para acomodação de chapas de aço inoxidável de grande dimensão (até 1300 × 3100 × 3 mm por lote) ou componentes de forma irregular (até 1900 × 3700 × 50 mm).O interior da máquina apresenta um quadro rotativo de tipo elevador que permite tanto a revolução como a rotação das peças de trabalhoCombinado com 36 orifícios de fonte de arco e 4 janelas de observação, este sistema de duplo movimento permite um controlo preciso do processo e um monitoramento em tempo real da formação do filme.

2Layout de fábrica de dois andares e integração de guindastes aéreos

O projeto vertical de abertura superior exige uma configuração de fábrica de dois andares para maximizar a eficiência operacional e a segurança.incluindo a câmara de vácuoO piso superior (normalmente 4,0 m2) é constituído por uma parte superior de um piso superior (normalmente 4,0 m2) e uma parte superior de um piso superior (normalmente 4,0 m2).5 a 5 metros de altura) funciona como plataforma de manutenção e carga para aceder e operar a tampa superior da câmara de vácuoEste layout aproveita o espaço vertical para superar as limitações da área do piso horizontal, adequando-se aos fabricantes com restrições de espaço, facilitando o manuseamento de peças de trabalho grandes.

Um componente crítico é o guindaste aéreo de 5 ̊10 toneladas (guindaste de vigas) instalado no segundo andar, responsável por três operações principais: abertura/fechamento da tampa superior da câmara de vácuo,carregamento/descarregamento de peças de trabalho no quadro rotativo, e a manutenção de fontes de arco e componentes internos. Integrado com tecnologia de posicionamento de precisão, o guindaste garante o alinhamento entre o carrossel da peça de trabalho e a câmara de vácuo,Minimizar os riscos de contaminação ou danosOs elementos de segurança incluem mecanismos anti-deslizamento, controles de parada de emergência e sensores de carga para evitar sobrecarga, em conformidade com os padrões de segurança industrial.

O arranjo de dois andares otimiza a eficiência do fluxo de trabalho: enquanto o revestimento se realiza no piso térreo, o piso superior pode preparar o próximo lote de peça, reduzindo o tempo de inatividade.A plataforma elevada proporciona segurança, acesso conveniente para tarefas de manutenção, tais como substituição de alvos, limpeza de câmara e inspecções do sistema.

3Materiais-alvo para revestimentos de aço inoxidável colorido

A cor do revestimento é determinada principalmente pela selecção do material alvo e pela sua reacção química com os gases de processo.mecanismos, e aplicações:

3.1 Alvos de titânio (Ti)

Os alvos de titânio oferecem opções de cores versáteis através de reações com nitrogênio, oxigênio e gases contendo carbono:

• Revestimento de aço inoxidável natural: Obtido através de pulverização não reativa em argão puro. Uma película fina de titânio de 50 a 100 nm preserva a aparência natural do substrato, aumentando a resistência à corrosão e a suavidade da superfície,para aparelhos de cozinha e corrimões de arquitetura.
• Ouro: Formado por pulverização reativa numa atmosfera rica em nitrogénio (N2:Ar ≈ 3:7), produzindo nitreto de titânio (TiN).de cor dourada brilhante, com dureza até 2000 HVIdeal para aplicações decorativas e funcionais como joias e painéis de elevador.
• Ouro rosa: Criado pela adição de metano (CH4) à mistura de azoto e argão (N2:CH4:Ar ≈ 2:1O teor de carbono regula a tonalidade; concentrações mais elevadas aprofundam a tonalidade rosa. O TiCN oferece uma resistência superior ao desgaste para superfícies de alto tráfego.
• Café Marrom: Processo TiCN otimizado com uma maior relação carbono/nitrogénio (N2:CH4:Ar ≈ 1:2O aumento da incorporação de carbono cria uma tonalidade de café marrom quente (de bronzeamento claro a espresso profundo), popular em móveis de alta qualidade e acabamentos interiores automotivos.
• Negro: Produzido numa atmosfera misturada de nitrogénio, metano e oxigénio (N2:CH4:O2:Ar ≈ 2:3:1Este revestimento denso e amorfo absorve mais de 95% da luz visível.fornecendo um acabamento preto fosco com resistência excepcional aos arranhões para eletrônicos de consumo.

3.2 Alvos de zircônio (Zr)

Os alvos de zircônio são excelentes em revestimentos duráveis e resistentes a arranhões:

• Ouro: O nitreto de zircônio (ZrN) formado por pulverização em nitrogênio (N2:Ar ≈ 2:8) oferece uma tonalidade dourada mais quente e macia do que o TiN.Resistência à corrosão superior adequada para aplicações ao ar livre, como fachadas de edifícios e hardware marítimo.
• Negro: Carbonitreto de zircônio (ZrCN) produzido numa atmosfera de nitrogénio-metano (N2:CH4:Ar ≈ 1:3O alto teor de carbono (30-40% atômico) aumenta a dureza (até 2200 HV) para molduras de smartphones e componentes industriais.

3.3 Alvos de cromo (Cr)

Os alvos de cromo produzem tons neutros e terrosos estáveis:

• Azul: Óxido de cromo (Cr2O3) formado por pulverização reativa no oxigénio (O2:Ar ≈ 3:7) com espessura de 150 ≈ 200 nm. A interferência de luz cria uma tonalidade azul vibrante.camadas mais espessas marinha profundaExcelente resistência UV, combina com sinalização exterior e acabamento de automóveis.
• Negro: Carbono de nitreto de cromo (CrCN) de uma mistura de nitrogénio e metano (N2:CH4:Ar ≈ 2:2O produto apresenta um acabamento preto mate com elevada resistência química, ideal para equipamentos de transformação de alimentos e acessórios de banheiro.

3.4 Alvos de aço inoxidável

Opções rentáveis para cores específicas:

• Revestimento de aço inoxidável natural: A pulverização não reativa em argão puro produz um revestimento que corresponde à composição do substrato, preservando a aparência natural para projetos arquitetónicos de grande escala.
• Azul: A pulverização reativa no nitrogênio (N2:Ar ≈ 4:6) forma nitreto de aço inoxidável (FeCrN), proporcionando uma tonalidade azul escuro com adesão excepcional e estabilidade de cor para fachadas de edifícios comerciais.

4. Gases de processo em revestimento PVD

Os processos de PVD dependem de gases inertes para pulverização e gases reativos para formação de compostos.

4.1 Gases inertes: Argão (Ar)

O argônio (99,999%+ de pureza) serve como o principal meio de pulverização, com seu peso atômico (39,95 g/mol) ideal para desalojar átomos alvo.com pressão de câmara mantida entre 10−2 e 10 PaPara os acabamentos de aço inoxidável natural, é utilizado argão puro (100-150 cm3).

4.2 Gases reativos

• Nitrogénio (N2): Forma revestimentos de nitritos (TiN, ZrN, FeCrN) com tons de ouro, ouro rosa ou azul.
• Oxigénio (O2)Produz revestimentos de óxido (TiO2, Cr2O3) com cores azuis ou iridescentes.
• Gases que contêm carbono: O metano (CH4, 10 ‰ 50 cm2) e o acetileno (C2H2) introduzem carbono para revestimentos de carbonitritos (TiCN, ZrCN).

4.3 Sistemas de controlo de gás

Os sistemas de controlo de gás de precisão (controladores de fluxo de massa, transdutores de pressão) são integrados com as unidades PLC, permitindo o armazenamento de receitas de cores específicas (até 50 perfis) para a operação de um toque.Os filtros de purificação removem a umidade, óleo e partículas, garantindo condições de processo consistentes.

5Principais especificações técnicas e vantagens operacionais

• Capacidade da peça: Até 3 folhas (1300 × 3100 × 3 mm) por lote; quadro rotativo de duas fixações.
• Desempenho no vácuo: Pressão máxima 5,0 × 10−4 Pa; taxa de vazamento 0−3 Pa·L/s.
• Ciclo de revestimento: 3·6 horas por lote (3 horas para acabamento natural; 5·6 horas para castanho/preto).
• Precisão da cor: Repetitividade ΔE 0 (CIE Lab); monitorização óptica em tempo real.
• Automação: modos manual/semi-automático/totalmente automático; interface touchscreen.
• Eficiência energética: 15% a 20% menos de consumo do que as máquinas de abertura lateral convencionais.

6Aplicações e impacto na indústria

Amplamente utilizado em todas as indústrias:

• Arquitetura: fachadas, paredes cortinas, molduras de portas e janelas (dourado, azul, acabamento natural).
• Eletrodomésticos: painéis de frigorífico, equipamento de cozinha (finalização natural, preto, dourado rosa).
• Automóveis: acabamento interior/exterior, jantes de rodas (preto, castanho-café, dourado-rosa).
• Eletrônicos de consumo: Caixas de smartphones/laptops (preto, azul, dourado-rosa).
• Mobiliário: alças de armário, luminárias (marrom café, dourado, azul).

A máquina apoia a fabricação sustentável com revestimentos hexavalentes sem cromo, aumentando a diferenciação do produto através de opções de cores versáteis.