التقنيات التقليدية لترسيب الطلاءات الصلبة

1. تقنية الترسيب الكيميائي للبخار الحراري

تتكون الطلاءات الصلبة في الغالب من طلاءات معدنية خزفية (مثل نيتريد التيتانيوم)، والتي تتشكل من خلال تفاعل المعدن الموجود في الطلاء مع التغويز التفاعلي. في البداية، استُخدمت تقنية الترسيب الكيميائي للبخار الحراري لتوفير طاقة التنشيط اللازمة للتفاعل المركب باستخدام الطاقة الحرارية عند درجة حرارة عالية تبلغ 1000 درجة مئوية. هذه الدرجة الحرارية مناسبة فقط لترسيب نيتريد التيتانيوم والطلاءات الصلبة الأخرى على أدوات الكربيد الملبد. وحتى الآن، لا تزال هذه التقنية مهمة لترسيب طلاءات نيتريد التيتانيوم المركبة مع أكسيد الألومنيوم على رؤوس أدوات الكربيد الملبد.

1. طلاء الأيونات بالكاثود المجوف وطلاء الأيونات بقوس السلك الساخن

في ثمانينيات القرن الماضي، استُخدمت تقنيتا طلاء الأيونات بالكاثود المجوف وطلاء الأيونات بقوس السلك الساخن لترسيب الطلاء على أدوات القطع. وتُعدّ كلتا التقنيتين من تقنيات طلاء الأيونات بتفريغ القوس الكهربائي، حيث تصل نسبة تأين المعدن إلى 20% إلى 40%.

1. طلاء أيوني بقوس الكاثود

أدى ظهور تقنية الطلاء الأيوني بالقوس الكاثودي إلى تطوير تقنية ترسيب الطلاءات الصلبة على القوالب. تتراوح نسبة التأين في هذه التقنية بين 60% و90%، مما يسمح لعدد كبير من أيونات المعادن وأيونات غاز التفاعل بالوصول إلى سطح قطعة العمل مع الحفاظ على نشاط عالٍ، ما يؤدي إلى ترسيب تفاعلي وتكوين طلاءات صلبة مثل نيتريد التيتانيوم (TiN). وتُستخدم تقنية الطلاء الأيوني بالقوس الكاثودي حاليًا بشكل أساسي لترسيب الطلاءات الصلبة على القوالب.

مصدر القوس الكاثودي هو مصدر تبخير في الحالة الصلبة لا يحتوي على حوض منصهر ثابت، ويمكن وضع مصدر القوس بشكل عشوائي، مما يُحسّن من كفاءة استخدام مساحة غرفة الطلاء ويزيد من سعة تحميل الفرن. تشمل أشكال مصادر القوس الكاثودي مصادر دائرية صغيرة، ومصادر عمودية، ومصادر مستطيلة مسطحة كبيرة. يمكن ترتيب المكونات المختلفة للمصادر الصغيرة والعمودية والكبيرة بشكل منفصل لترسيب أغشية متعددة الطبقات وأغشية نانوية متعددة الطبقات. في الوقت نفسه، ونظرًا لارتفاع معدل تأين المعدن في طلاء أيونات القوس الكاثودي، تستطيع أيونات المعدن امتصاص المزيد من غازات التفاعل، مما يُتيح نطاقًا واسعًا للعملية وسهولة في التشغيل للحصول على طبقات طلاء صلبة ممتازة. مع ذلك، توجد قطرات خشنة في البنية المجهرية لطبقة الطلاء الناتجة عن طلاء أيونات القوس الكاثودي. في السنوات الأخيرة، ظهرت العديد من التقنيات الجديدة لتحسين بنية طبقة الفيلم، مما أدى إلى تحسين جودة فيلم طلاء أيونات القوس.