Дали вакуумското обложување влијае на тврдоста на материјалот?

Вакуумското премачкување е широко користено во автомобилски компоненти, алати за сечење, калапи, електроника, декоративен хардвер и други индустрии за подобрување на површинските перформанси и функционалните својства. За време на процесот на премачкување, тенок филм се нанесува на површината на подлогата под вакуумски услови, формирајќи функционален премаз со специфични својства како што се висока тврдост, отпорност на абење, отпорност на корозија, ниско триење или декоративен изглед.

Често прашање е дали самото вакуумско обложување ќе влијае на тврдоста на материјалот на подлогата. Одговорот не е нужно. Во повеќето апликации, примарната цел на вакуумското обложување е да ги модифицира површинските својства на обработуваниот дел, а не да ги промени механичките својства на подлогата. Сепак, вистинскиот ефект зависи од технологијата на обложување, температурата на процесот, материјалот на подлогата, архитектурата на обложувањето и параметрите на процесот.

1. Вакуумското премачкување главно ги менува својствата на површината

Технологиите за вакуумско обложување како што се PVD (физичко таложење со пареа), PECVD (хемиско таложење со пареа засилено со плазма) и други процеси на вакуумско таложење формираат тенок функционален филм на површината на подлогата.

За разлика од термичката обработка во големи количини, која може значително да ја промени металуршката структура и механичките својства на материјалот низ целата негова дебелина, вакуумското обложување генерално влијае само на површинскиот слој. Дебелината на облогата е обично во опсег од микрометри или подмикрометри, во зависност од примената и процесот на нанесување.

На пример, тврдите PVD премази како што се TiN, TiCN, CrN, TiAlN и AlTiN можат да обезбедат значително поголема површинска тврдост и отпорност на абење од основната подлога. Сепак, ова не значи дека тврдоста на целата подлога е променета во иста мера.

Затоа, при оценување на ефектот на вакуумското обложување врз тврдоста, важно е да се направи разлика помеѓу тврдоста на подлогата и тврдоста на обложувањето.

2. Може ли PVD премазот да ја зголеми тврдоста на површината?

Во многу апликации, PVD премазот се користи специјално за подобрување на површинската тврдост.

Тврдите премази нанесени со процеси како што се катодно лачно испарување и магнетронско распрскување можат да формираат густи, силно адхезивни системи за премази со висока тврдост и одлична отпорност на абење.

На пример, за алатки за сечење, тврд PVD слој може да го намали абењето на абразијата, абењето на лепилото и триењето на границата помеѓу алатката и работниот дел. Облогата делува како заштитен површински слој, додека подлогата ја обезбедува потребната цврстина и механичка потпора.

Затоа, конечните перформанси се одредуваат не само од тврдоста на самиот премаз, туку и од комбинацијата од:

Тврдост на премазот + адхезија на премазот + дебелина на премазот + тврдост на подлогата + интерфејс премаз/подлога + архитектура на премазот.

Многу тврд премаз не гарантира автоматски супериорни перформанси ако подлогата е премногу мека или ако адхезијата на премазот е недоволна.

3. Дали температурата на премазот ќе влијае на тврдоста на подлогата?

Ова е еден од најважните фактори при оценување дали вакуумското обложување може да влијае на тврдоста на подлогата.

Различни PVD и PECVD процеси работат во различни температурни опсези. За време на таложењето, подлогата е изложена на топлинска енергија генерирана од плазма, јонско бомбардирање, извори на испарување или други услови на процесот.

За материјали кои се чувствителни на термичка изложеност, прекумерната температура на подлогата или продолжената термичка изложеност може потенцијално да влијаат на оригиналната микроструктура и механичките својства.

На пример, одредени стврднати челици за алати ги добиваат своите механички својства преку специфични процеси на калење и калење. Доколку температурата на обложување значително ја надмине соодветната температура на калење, постои можност за ефекти на калење, што може да ја намали тврдоста на подлогата.

Затоа, за стврднати челици и други термочувствителни подлоги, процесот на обложување треба да биде дизајниран според условите за термичка обработка на материјалот и дозволената температура на процесот.

4. Јонско бомбардирање и површинска модификација

Во многу PVD процеси, подлогата е подложена на јонско бомбардирање пред и за време на таложењето.

Јонското јодирање или чистењето со плазма може да ги отстрани површинските загадувачи и да ја активира површината на подлогата, подобрувајќи ја адхезијата на премазот. За време на таложењето, контролираното јонско бомбардирање може да влијае и на згуснувањето на филмот, преостанатиот стрес, микроструктурата и адхезијата на премазот.

Сепак, прекумерната јонска енергија или несоодветните параметри на процесот може да предизвикаат несакани ефекти како што се прекумерно загревање на подлогата, оштетување на површината или зголемен преостанат стрес.

Затоа, параметрите како што се напонот на поларизација, струјата на лакот, моќноста на празнење, работниот притисок, температурата на подлогата и брзината на таложење треба правилно да се контролираат во согласност со материјалот на подлогата и системот за обложување.

5. Тврдоста на премазот е различна од тврдоста на подлогата

Честа недоразбирање е дека работниот дел станува „потврд“ едноставно затоа што на неговата површина е нанесен тврд слој.

Во реалноста, вакуумското премачкување генерално создава тврд површински слој, додека тврдоста на подлогата во голема мера е одредена од нејзината оригинална состојба на материјалот и термичката обработка.

На пример, алатка за сечење од карбид може да има релативно тврда подлога и уште потврд PVD слој. Облогата ја подобрува отпорноста на абење на површината и триболошките перформанси, додека карбидната подлога обезбедува структурна цврстина и цврстина.

Слично на тоа, за компоненти од стврднат челик, PVD премазот може да обезбеди поцврста и поотпорна на абење површина без фундаментално да ја промени тврдоста на основниот челик, под услов температурата на таложење да остане во рамките на соодветниот процесен прозорец.

6. Како да се спречи вакуумското премачкување да влијае врз тврдоста на подлогата

За да се одржат оригиналните механички својства на подлогата, процесот на премачкување треба да се оптимизира според материјалот и намената.

Прво, материјалот на подлогата и состојбата на термичка обработка треба да се потврдат пред премачкувањето. Различните класи на алатен челик, не'рѓосувачки челик, карбид, алуминиумски легури и други материјали имаат различни термички ограничувања.

Второ, температурата на облогата треба да се контролира во соодветен опсег. За материјали чувствителни на топлина, може да се избере нискотемпературен PVD или друг соодветен процес на нанесување.

Трето, параметрите на процесот, како што се напонот на поларизација, енергијата на јоните, густината на плазмата, брзината на таложење, работниот притисок и времето на процесот, треба да се оптимизираат за да се постигнат потребните перформанси на облогата без прекумерни термички или јонски бомбардирања.

Конечно, обложените делови треба да се евалуираат преку соодветно тестирање, вклучувајќи тестирање на микротврдост, тестирање на адхезија на облогата, тестирање на абење, мерење на грубоста на површината и металографска анализа, во зависност од примената.

7. Заклучок

Значи, дали вакуумското обложување влијае на тврдоста на материјалот?

Општо земено, вакуумското премачкување е првенствено процес на површинско инженерство и е дизајнирано да ги модифицира површинските својства на материјалот, наместо значително да ја промени неговата цврстина во волумен. Тврдите PVD премази можат значително да ја подобрат цврстината на површината, отпорноста на абење, однесувањето при триење, отпорноста на корозија и работниот век, а воедно да ги одржуваат механичките својства на подлогата.

Сепак, оригиналната тврдост на подлогата може потенцијално да биде засегната ако процесот на обложување воведе прекумерна термичка изложеност или несоодветно јонско бомбардирање, особено за термички обработени челици и други материјали чувствителни на температура.

Затоа, од суштинско значење е да се избере соодветна технологија за вакуумско нанесување, материјал за обложување, температура на подлогата, услови за јонско бомбардирање и параметри на процесот.

Со правилен процесен прозорец и конфигурација на опремата, вакуумското премачкување може да ја постигне посакуваната комбинација од висока површинска тврдост, силна адхезија на премазот, одлична отпорност на абење и стабилни својства на подлогата, обезбедувајќи ефикасно решение за површинско инженерство за тешки индустриски апликации.

- Оваа статија е објавена од производител на опрема за вакуумско обложувањеЖенхуа Вакуум