Toepassingen van Vacuum Coating
Dec 25, 2017| Invoering
Vacuüm is een omgeving waar de gasdruk lager is dan de omgevingstemperatuur. Een plasma is een gasachtige omgeving waarin er voldoende ionen en elektronen zijn om daar een merkbare elektrische geleiding te krijgen. Vacuümcoating is de afzetting van een film of een coating in een vacuüm (of lage druk plasma) omgeving. Over het algemeen wordt de term toegepast op processen waarbij atomen (of moleculen) één voor één worden afgezet, zoals fysieke dampdepositie (PVD) of lage druk chemische dampdepositie (LP-CVD) processen of plasma-versterkte CVD (PECVD). Bij PVD-processen komt het materiaal dat wordt afgezet van de verdamping van een vast of vloeibaar oppervlak. Bij CVD-processen is het materiaal dat wordt afgezet afkomstig van een chemische damp-precursorspecies die wordt afgebroken door reductie of thermische ontleding, meestal op een heet oppervlak.
In sommige gevallen reageert het materiaal dat wordt afgezet met de gasvormige omgeving of een samengestelde soort om een film van een samengesteld materiaal zoals een oxide, een nitride, carbide of een carbonitride te vormen. Bij CVD-verwerking maakt het gebruik van een plasma om de precursor van de chemische damp in de dampfase te fragmenteren het mogelijk dat de ontledings- of reductieprocessen verlopen bij lagere temperaturen dan bij thermische activering alleen. PECVD kan worden uitgevoerd bij drukken die zo laag zijn als die worden gebruikt bij PVD-verwerking (lage druk PECVD, LP-PECVD), waarbij de precursordamp hoofdzakelijk in het plasma wordt afgebroken. In sommige gevallen wordt een hybride depositieproces van PVD en LP-PECVD gebruikt om legeringen, composieten of verbindingen af te zetten. Een voorbeeld is metaalcarbonitride waarbij de koolstof afkomstig is van een precursor van chemische damp zoals acetyleen; de stikstof komt van een gas; en het metaal van verdamping, sputteren of boogverdamping van een vast of vloeibaar oppervlak.
Decoratieve en decoratieve / slijtlagen
Metallisatie voor strikt decoratieve doeleinden is een grote markt. Toepassingen variëren van coating-polymeerbanen - die vervolgens worden geconverteerd naar decoratieve toepassingen zoals ballonnen en labels - naar metallisatie van driedimensionale artikelen, zoals sporttrofeeën, gegoten zink en gegoten polymeer decoratieve armaturen, en cosmetische containers. Vaak bestaan deze coatings uit een reflecterende aluminium coating die wordt afgezet op een gladde basislaag en vervolgens bedekt met een geverfde lak om de coating de gewenste kleur en textuur te geven en ook corrosie en slijtvastheid.
In sommige toepassingen is, naast de decoratieve aspecten van de coating, de coating vereist om slijtage te weerstaan. Titaniumnitride (TiN) is bijvoorbeeld goudkleurig en titaniumcarbonitride (TiC x N y ) kan in kleur variëren van goud tot paars tot zwart, afhankelijk van de samenstelling. Zirkoniumnitride (ZrN) heeft de kleur van messing en is veel slijt- en krasbestendiger dan messing. Decoratieve / slijtlagen worden gebruikt op deurbeslag, sanitair, modeartikelen, scheepsapparatuur en andere dergelijke toepassingen.
Harde en slijtvaste coatings
Harde coatings worden vaak metallurgische coatings genoemd en zijn een soort tribologische coating. De harde coatings worden gebruikt om de snijefficiëntie en levensduur van snijgereedschappen te vergroten en om de maattoleranties te behouden van componenten die worden gebruikt in toepassingen waar slijtage kan optreden, zoals spuitgietmatrijzen. Bovendien kunnen de coatings fungeren als een diffusiebarrière waar hoge temperaturen worden gegenereerd door beweging tussen oppervlakken of corrosiebescherming in agressieve omgevingen. Er zijn verschillende klassen harde coatingmaterialen. Ze omvatten: ionisch gebonden metaaloxiden (Al 2 O 3 , ZrO 2 en TiO 2 ), covalent gebonden materialen (SiC, boorkoolstof [B4C], diamant, diamantachtige koolstof [DLC], TiC, AlN, CrC, gemengde carbide, nitride en carbonitride samengestelde legeringen en kubieke boriumnitride), en enkele metaallegeringen (kobaltchroom aluminium yttrium [CoCrAlY], NiAl, NiCrBSi). In sommige gevallen kunnen de coatings gelaagd zijn om eigenschappen te combineren.
Harde coatings worden ook gebruikt om vermoeidheid-slijtage te minimaliseren, zoals wordt aangetroffen in kogellagers. Slijtvaste coatings kunnen ook worden aangebracht op oppervlakken met een lichte of periodieke belasting. Harde coatings worden bijvoorbeeld op kunststoffen afgezet om de krasbestendigheid te verbeteren. Toepassingen zijn op gegoten plastic lenzen en kunststof vliegtuigluifels. In sommige gevallen kunnen slijtlagen, zoals SiO 2 of A1 2 O 3 , op reeds harde oppervlakken, zoals glas, worden aangebracht om de krasbestendigheid te vergroten.
Corrosie beschermende coatings
Bescherming tegen een agressieve chemische omgeving kan op verschillende manieren worden bereikt. Het oppervlak kan worden bekleed met een inert materiaal of met een materiaal dat een beschermend oppervlak vormt na reactie met de omgeving of met een materiaal dat opofferende wordt verwijderd om het onderliggende materiaal te beschermen. Tantalium, platina en koolstof zijn in veel chemische omgevingen inert. Carboncoatings worden bijvoorbeeld gebruikt op metalen die in het menselijk lichaam worden geïmplanteerd om compatibiliteit te bieden. In de lucht- en ruimtevaartindustrie worden onderdelen aluminium gecoat door het PVD-proces van ionendampdepositie (IVD) om galvanische corrosie van ongelijksoortige materialen in contact te voorkomen.
Chroom, aluminium, silicium en de MCrAlY (waarbij M is Ni, Co, Fe) zullen met zuurstof reageren om een coherente beschermende oxidelaag op het oppervlak te vormen. Als de metaalionen (Fe, Cu) sneller diffunderen dan de zuurstof door het oxide, zal zich op het oppervlak een dik oxide vormen. Als de zuurstof sneller door het oxide diffundeert dan de metaalionen (Al, Si, Ti, Zr - de "klep" metalen), zal oxidatie plaatsvinden aan het scheidingsvlak en zal er een dun oxide worden gevormd. De MCrAlY-legeringscoatings worden gebruikt als beschermende coatings op turbinebladen van vliegtuigmotoren. Cadmium, aluminium en Al: Zn-legeringen worden gebruikt als galvanische opofferingscoatings op staal. Vacuüm cadmium ("vac cad") beplating heeft het voordeel ten opzichte van gegalvaniseerd cadmium doordat er geen mogelijkheid is tot waterstofverbrossing van staal met hoge sterkte wanneer vacuümafzetting wordt toegepast.