Hefur lofttæmishúðun áhrif á hörku efnisins?

Lofttæmishúðun er mikið notuð í bílahlutum, skurðarverkfærum, mótum, rafeindatækni, skreytingarbúnaði og öðrum atvinnugreinum til að bæta yfirborðsafköst og virkni. Í húðunarferlinu er þunn filma sett á yfirborð undirlagsins undir lofttæmi, sem myndar virka húðun með sérstökum eiginleikum eins og mikilli hörku, slitþol, tæringarþol, lágum núningi eða skreytingarlegt útlit.

Algeng spurning er hvort lofttæmishúðun sjálf hafi áhrif á hörku undirlagsefnisins. Svarið er ekki endilega það. Í flestum tilfellum er aðaltilgangur lofttæmishúðunar að breyta yfirborðseiginleikum vinnustykkisins frekar en að breyta vélrænum eiginleikum undirlagsins. Hins vegar fer raunveruleg áhrif eftir húðunartækni, ferlishita, undirlagsefni, húðunararkitektúr og ferlisbreytum.

1. Lofttæmishúðun breytir aðallega yfirborðseiginleikum

Lofttæmismeðferð eins og PVD (Physical Vapor Deposition), PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) og aðrar lofttæmismeðferðir mynda þunna virka filmu á yfirborði undirlagsins.

Ólíkt hitameðferð í lausu, sem getur breytt málmfræðilegri uppbyggingu og vélrænum eiginleikum efnis verulega eftir allri þykkt þess, hefur lofttæmishúðun almennt aðeins áhrif á yfirborðslagið. Þykkt húðunarinnar er yfirleitt á bilinu míkrómetrar eða undir míkrómetrar, allt eftir notkun og útfellingarferli.

Til dæmis geta harðar PVD-húðanir eins og TiN, TiCN, CrN, TiAlN og AlTiN veitt marktækt meiri yfirborðshörku og slitþol en undirliggjandi undirlag. Þetta þýðir þó ekki að hörku alls undirlagsins hafi breyst að sama mæli.

Þess vegna, þegar áhrif lofttæmishúðunar á hörku eru metin, er mikilvægt að greina á milli undirlagshörku og húðunarhörku.

2. Getur PVD húðun aukið yfirborðshörku?

Í mörgum tilfellum er PVD húðun sérstaklega notuð til að auka yfirborðshörku.

Harðar húðanir sem eru settar á með ferlum eins og kaþóðbogauppgufun og segulspútrun geta myndað þétt, sterklega viðloðandi húðunarkerfi með mikilli hörku og framúrskarandi slitþol.

Fyrir skurðarverkfæri, til dæmis, getur hörð PVD húðun dregið úr sliti vegna núnings, límsliti og núningi á millistykki verkfæris og vinnustykkis. Húðunin virkar sem verndandi yfirborðslag á meðan undirlagið veitir nauðsynlega seiglu og vélrænan stuðning.

Lokaárangurinn er því ekki aðeins ákvarðaður af hörku húðunarinnar sjálfrar, heldur einnig af samsetningu:

Hörku húðunar + viðloðun húðunar + þykkt húðunar + hörku undirlags + viðmót húðunar/undirlags + uppbygging húðunar.

Mjög hörð húðun tryggir ekki sjálfkrafa betri árangur ef undirlagið er of mjúkt eða ef viðloðun húðunarinnar er ófullnægjandi.

3. Mun hitastig húðunarinnar hafa áhrif á hörku undirlagsins?

Þetta er einn mikilvægasti þátturinn þegar metið er hvort lofttæmishúðun geti haft áhrif á hörku undirlagsins.

Mismunandi PVD og PECVD ferli starfa innan mismunandi hitastigsbila. Við útfellingu verður undirlagið fyrir varmaorku sem myndast af plasma, jónaárásum, uppgufunargjöfum eða öðrum ferlisaðstæðum.

Fyrir efni sem eru viðkvæm fyrir hitauppstreymi getur of hátt undirlagshitastig eða langvarandi hitauppstreymi hugsanlega haft áhrif á upprunalega örbyggingu og vélræna eiginleika.

Til dæmis fá ákveðin hertu verkfærastál vélræna eiginleika sína með sérstökum herðingar- og hitameðferðarferlum. Ef húðunarhitastigið fer verulega yfir viðeigandi hitameðferðarhitastig er möguleiki á hitameðferðaráhrifum sem geta dregið úr hörku undirlagsins.

Þess vegna, fyrir hert stál og önnur hitanæm undirlög, ætti að hanna húðunarferlið í samræmi við hitameðferðarskilyrði efnisins og leyfilegt ferlishitastig.

4. Jónasprengja og yfirborðsbreyting

Í mörgum PVD-ferlum er undirlagið háð jónasprengjuárásum fyrir og meðan á útfellingu stendur.

Jónetsun eða plasmahreinsun getur fjarlægt óhreinindi á yfirborði og virkjað yfirborð undirlagsins, sem bætir viðloðun húðarinnar. Við útfellingu getur stýrð jónasprengja einnig haft áhrif á þéttingu filmu, leifarspennu, örbyggingu og viðloðun húðarinnar.

Hins vegar getur of mikil jónorka eða óviðeigandi ferlisbreytur valdið óæskilegum áhrifum eins og of mikilli upphitun undirlagsins, yfirborðsskemmdum eða aukinni leifarspennu.

Þess vegna þarf að stjórna breytum eins og spennu, bogastraumi, útskriftarafli, vinnuþrýstingi, undirlagshita og útfellingarhraða á réttan hátt í samræmi við undirlagsefnið og húðunarkerfið.

5. Hörku húðunar er frábrugðin hörku undirlagsins

Algengur misskilningur er að vinnustykki verði „harðara“ einfaldlega vegna þess að hart lag hefur verið sett á yfirborð þess.

Í raun og veru skapar lofttæmishúðun almennt hart yfirborðslag, en hörku undirlagsins ræðst að miklu leyti af upprunalegu efnisástandi þess og hitameðferð.

Til dæmis getur skurðarverkfæri úr karbíði haft tiltölulega hart undirlag og enn harðari PVD-húð. Húðunin bætir slitþol yfirborðsins og þrengingareiginleika, en undirlagið úr karbíði veitir uppbyggingarstyrk og seiglu.

Á sama hátt, fyrir herta stálhluta, getur PVD húðun veitt harðara og slitsterkara yfirborð án þess að breyta hörku undirliggjandi stálsins í grundvallaratriðum, að því tilskildu að útfellingarhitastigið haldist innan viðeigandi ferlisglugga.

6. Hvernig á að koma í veg fyrir að lofttæmishúðun hafi áhrif á hörku undirlagsins

Til að viðhalda upprunalegum vélrænum eiginleikum undirlagsins ætti að fínstilla húðunarferlið í samræmi við efni og notkun.

Í fyrsta lagi þarf að staðfesta undirlagsefnið og hitameðferðarskilyrði áður en húðun er framkvæmd. Mismunandi gerðir af verkfærastáli, ryðfríu stáli, karbíði, álblöndum og öðrum efnum hafa mismunandi hitamörk.

Í öðru lagi ætti að stjórna hitastigi húðunarinnar innan viðeigandi marka. Fyrir hitanæm efni má velja lághita PVD eða aðra hentuga útfellingaraðferð.

Í þriðja lagi ætti að fínstilla ferlisbreytur eins og spennubreytingar, jónaorku, plasmaþéttleika, útfellingarhraða, vinnuþrýsting og vinnslutíma til að ná fram tilskildum húðunarafköstum án óhóflegra hita- eða jónaáhrifa.

Að lokum ætti að meta húðuðu hlutana með viðeigandi prófunum, þar á meðal örhörkuprófum, viðloðunarprófum á húð, slitprófum, mælingum á yfirborðsgrófleika og málmgreiningu, allt eftir notkun.

7. Niðurstaða

Hefur lofttæmishúðun þá áhrif á hörku efnisins?

Almennt séð er lofttæmishúðun fyrst og fremst yfirborðsverkfræðileg ferli og er hönnuð til að breyta yfirborðseiginleikum efnis frekar en að breyta verulega hörku þess. Harðar PVD húðanir geta bætt yfirborðshörku, slitþol, núningshegðun, tæringarþol og endingartíma verulega, en viðhaldið jafnframt vélrænum eiginleikum undirlagsins.

Hins vegar getur upprunaleg hörku undirlagsins hugsanlega orðið fyrir áhrifum ef húðunarferlið veldur óhóflegri hitauppstreymi eða óviðeigandi jónaáhrifum, sérstaklega fyrir hitameðhöndluð stál og önnur hitanæm efni.

Þess vegna er mikilvægt að velja viðeigandi lofttæmisútfellingartækni, húðunarefni, undirlagshitastig, jónáhrifaskilyrði og ferlisbreytur.

Með réttu ferli og stillingu búnaðar getur lofttæmishúðun náð þeirri samsetningu sem óskað er eftir: mikilli yfirborðshörku, sterkri viðloðun húðunar, framúrskarandi slitþoli og stöðugum eiginleikum undirlagsins, sem veitir áhrifaríka yfirborðsverkfræðilega lausn fyrir krefjandi iðnaðarnotkun.

-Þessi grein var birt af framleiðandi tómarúmhúðunarbúnaðarZhenhua tómarúm