从科汇四代涂层靶材技术看PVD发展

来源:互联网  编辑:殷蓉艳【seo:殷蓉艳】
2015-06-19
【摘要】: PVD为真空涂层技术开创了一个充满灿烂前景的新天地。PVD的蓬勃发展原因是多方面的:一方面,PVD因其在真空密封的腔体内通过物理原理成膜,无任何环境污染问题,是绿色环保技术;另一方面,可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层,应用在工具、模具上面,可以使寿命成倍提高,较好地实现了低成本、高收益的效果;此外,PVD 涂层技术具相对低温的特点,可以在大部分基材上成膜。

 PVD为真空涂层技术开创了一个充满灿烂前景的新天地。PVD的蓬勃发展原因是多方面的:一方面,PVD因其在真空密封的腔体内通过物理原理成膜,无任何环境污染问题,是绿色环保技术;另一方面,可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层,应用在工具、模具上面,可以使寿命成倍提高,较好地实现了低成本、高收益的效果;此外,PVD 涂层技术具相对低温的特点,可以在大部分基材上成膜。

 PVD(Physical Vapor Deposition物理气相沉积或真空镀膜)电弧技术是在高真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术,利用电弧使靶材蒸发并使被蒸发物质与反应气体在等离子状态下结合生产出氮化物,在产品表面形成一层超硬薄膜。故,PVD技术与蒸发源(靶材)息息相关。我们可以说,不同时期的蒸发源,代表了PVD技术不同阶段的发展。在涂层服务行业有十多年丰富从业经验的科汇公司,就是十分经典的例子。科汇是名副其实的电弧之家,从成立之初到现在已经发展到第四代基于全新“劈裂电弧”靶材技术方案。PVD的发展在科汇身上体现的淋漓尽致。

 十九世纪八十年代,圆饼靶材问世。在之后的很长一段时间中,圆饼靶材都占据着市场的主流。在科汇的2003年德国涂层设备就是采用圆饼靶材。圆饼靶材加工速度快,靶材价格低,但涂层表面粗糙,一致性较差。但是因为控制简单及价格低廉而广受推崇。据悉,目前大多数的国内涂层设备仍在使用此种靶材方案。

 众所周知,刀具、模具的工作环境极其恶劣,对薄膜附着力等的要求逐步提高,圆饼靶材已经渐渐无法满足日益严苛的需求,为此科汇2008年推出了长方形靶材方案。同圆饼靶材相比,方形靶材价格较昂贵,但是其提供了更高的一致性,而且与圆饼靶材粗糙的表面及一致性相比有了明显的改善。但是,靶面电流一般在150A的长方形靶材与一般在60A的圆饼靶材相比虽然速度比圆饼靶材降低,但是,其平均电流远小于圆饼靶材,减少了液滴。可以说,无论是圆饼靶材,还是方形靶材,都是优缺点各半。

 2011年,科汇推出了更加优化的方案-圆柱形靶材。该方案通过圆柱形靶材的机械转动,不断提供新的蒸发材料。新的圆柱形靶材方案,无论是在涂层的一致性,均匀性,还是表面光洁度方面都有了很大改善,但是价格极其昂贵且换靶频繁。

 无论是平面的圆饼和方形靶材,还是立体的圆柱形靶材方案,都是基于多弧镀PVD技术。多弧镀主要是借助于不断移动的弧斑,在蒸发源表面上连续形成熔池,使金属蒸发后沉积在基体上而得到薄膜层。其金属离子离化率高,薄膜与基体之间结合力较强,同时涂层颜色比较稳定。但是因为金属是熔后蒸发,因此沉积颗粒较大,致密度低,耐磨性较差,靶材使用率较低。

 2013年,科汇重磅推出全新基于“瑞科”劈裂电弧技术的更高使用率的方形靶材。劈裂电弧技术基于先进的高浓度脉冲离子技术(HDPP),将靶材利用率较一般电弧原来的30%提高了一倍到60%。劈裂电弧400A的电流一方面保证了靶材蒸发速度,更快速的进行涂层;另一方面,由于其电流在整个靶材表面运动,大大减少了平均电流(A/mm2),从而很大程度上减小液滴大小,改善涂层密度。靶材被蒸发后离化于高浓度等离子体。在离子清洗阶段高浓度的离子体把工件表面清洗的更洁净,提供更佳结合面增强了工件本体与纳米镀膜间的结合力。

 广东工业大学对“劈裂电弧”离子镀和传统电弧离子镀制备的AlTiN涂层显微结构与力学结构进行对比,研究相应涂层硬质合金立铣刀高速铣削淬硬钢的切削性能后提出,“劈裂电弧”离子镀沉积的AlTiN涂层表面大颗粒明显要少于传统电弧,表面更加光滑。因为使用“劈裂电弧”的技术,每面靶材的电流流量是传统电弧技术的3-4倍,产生高密度的等离子体,产生的液滴少而细,所以其制备的硬质涂层表面更光滑,组织更紧密。“劈裂电弧”沉积的AlTiN涂层铣刀寿命约为传统电弧的2倍,切削力明显低于传统电弧。这是因为“劈裂电弧”沉积的AlTiN涂层的硬度比传统电弧更大,耐磨性更好,从而寿命更长。另一方面,“劈裂电弧”沉积的AlTiN涂层表面更光滑,表面摩擦系数更小,导致切削力更小。“劈裂电弧”技术在沉积硬直涂层方面比传统电弧技术具有优越性。“劈裂电弧”AlTiN涂层铣刀各方面优秀的切削性能得益于更高的涂层硬度和更加光滑的涂层表面。AlTiN涂层高速铣削淬硬钢的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,涂层的硬度和表面摩擦系数对刀具切削寿命有很大影响,光滑的涂层表面有利于减少道具对工件材料的粘着。

 在越来越注重品质与效益的工业大背景下,科汇始终坚持着电弧技术的不断推陈出新,从而加速科汇涂层服务的优化,为客户提供具有竞争力的涂层产品。在科汇这个电弧之家,将会不断消化、吸收,研发出更加优异的涂层技术。有效提高切削刀具使用寿命,降低刀具消耗,使刀具获得更加优良的综合机械性能,从而大幅度提高经济效益和机械加工效率,满足现代机械加工更高效率、更高精度、更高可靠性的要求。

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