व्हॅक्यूम कोटिंगमुळे पदार्थाच्या कठीणपणावर परिणाम होतो का?

पृष्ठभागाची कार्यक्षमता आणि कार्यात्मक गुणधर्म सुधारण्यासाठी व्हॅक्यूम कोटिंगचा वापर ऑटोमोटिव्ह घटक, कटिंग टूल्स, मोल्ड्स, इलेक्ट्रॉनिक्स, डेकोरेटिव्ह हार्डवेअर आणि इतर उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. कोटिंग प्रक्रियेदरम्यान, व्हॅक्यूम परिस्थितीत सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर एक पातळ थर जमा केला जातो, ज्यामुळे उच्च कडकपणा, झीज-प्रतिरोध, गंज-प्रतिरोध, कमी घर्षण किंवा सजावटीचे स्वरूप यांसारखे विशिष्ट गुणधर्म असलेले कार्यात्मक कोटिंग तयार होते.

एक सामान्य प्रश्न असा आहे की व्हॅक्यूम कोटिंगमुळे सब्सट्रेट मटेरियलच्या कठीणपणावर परिणाम होतो का. याचे उत्तर 'होय, नक्कीच नाही' असे आहे. बहुतेक उपयोगांमध्ये, व्हॅक्यूम कोटिंगचा मुख्य उद्देश सब्सट्रेटचे मूळ यांत्रिक गुणधर्म बदलण्याऐवजी वर्कपीसच्या पृष्ठभागाचे गुणधर्म सुधारणे हा असतो. तथापि, याचा प्रत्यक्ष परिणाम कोटिंग तंत्रज्ञान, प्रक्रियेचे तापमान, सब्सट्रेट मटेरियल, कोटिंगची रचना आणि प्रक्रियेच्या पॅरामीटर्सवर अवलंबून असतो.

१. व्हॅक्यूम कोटिंग प्रामुख्याने पृष्ठभागाचे गुणधर्म बदलते.

पीव्हीडी (फिजिकल व्हेपर डिपॉझिशन), पीईसीव्हीडी (प्लाझ्मा-एन्हान्स्ड केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन) आणि इतर व्हॅक्यूम डिपॉझिशन प्रक्रियांसारख्या व्हॅक्यूम कोटिंग तंत्रज्ञानामुळे सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर एक पातळ कार्यात्मक थर तयार होतो.

मोठ्या प्रमाणातील उष्णता प्रक्रियेच्या (bulk heat treatment) विपरीत, जी पदार्थाच्या संपूर्ण जाडीमध्ये त्याची धातुरचना आणि यांत्रिक गुणधर्म लक्षणीयरीत्या बदलू शकते, व्हॅक्यूम कोटिंग सामान्यतः फक्त पृष्ठभागाच्या थरावर परिणाम करते. अनुप्रयोग आणि निक्षेपण प्रक्रियेनुसार, कोटिंगची जाडी सामान्यतः मायक्रोमीटर किंवा सब-मायक्रोमीटर श्रेणीत असते.

उदाहरणार्थ, TiN, TiCN, CrN, TiAlN, आणि AlTiN सारखे कठीण PVD लेप, मूळ सब्सट्रेटच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त पृष्ठभागीय कठीणपणा आणि झीज-प्रतिरोध प्रदान करू शकतात. तथापि, याचा अर्थ असा नाही की संपूर्ण सब्सट्रेटचा कठीणपणा त्याच प्रमाणात बदलला आहे.

म्हणून, व्हॅक्यूम कोटिंगचा कठीणपणावरील परिणाम तपासताना, सब्सट्रेटचा कठीणपणा आणि कोटिंगचा कठीणपणा यांमधील फरक ओळखणे महत्त्वाचे आहे.

२. पीव्हीडी कोटिंगमुळे पृष्ठभागाची कठीणता वाढू शकते का?

अनेक अनुप्रयोगांमध्ये, पृष्ठभागाची कठोरता वाढवण्यासाठी विशेषतः PVD कोटिंगचा वापर केला जातो.

कॅथोडिक आर्क इव्हॅपोरेशन आणि मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग यांसारख्या प्रक्रियांनी जमा केलेले कठीण लेप, उच्च कठीणता आणि उत्कृष्ट झीज-प्रतिरोधकतेसह दाट, घट्ट चिकटणाऱ्या लेप प्रणाली तयार करू शकतात.

उदाहरणार्थ, कटिंग टूल्ससाठी, एक कठीण PVD कोटिंग टूल-वर्कपीस इंटरफेसवरील अपघर्षक झीज, आसंजक झीज आणि घर्षण कमी करू शकते. हे कोटिंग एका संरक्षक पृष्ठभागाच्या थराप्रमाणे कार्य करते, तर सब्सट्रेट आवश्यक कणखरपणा आणि यांत्रिक आधार प्रदान करतो.

त्यामुळे अंतिम कार्यक्षमता केवळ लेपाच्या कठीणपणावरच नव्हे, तर खालील घटकांच्या संयोजनावरही अवलंबून असते:

कोटिंगची कठीणता + कोटिंगची आसंजनक्षमता + कोटिंगची जाडी + सब्सट्रेटची कठीणता + कोटिंग/सब्सट्रेट इंटरफेस + कोटिंग आर्किटेक्चर.

जर आधार खूपच मऊ असेल किंवा लेपाची चिकटण्याची क्षमता अपुरी असेल, तर अत्यंत कठीण लेप देखील आपोआप उत्कृष्ट कामगिरीची हमी देत ​​नाही.

३. कोटिंगच्या तापमानाचा सब्सट्रेटच्या कठीणपणावर परिणाम होईल का?

व्हॅक्यूम कोटिंगमुळे सब्सट्रेटच्या कठीणपणावर परिणाम होऊ शकतो की नाही याचे मूल्यांकन करताना, हा सर्वात महत्त्वाच्या घटकांपैकी एक आहे.

वेगवेगळ्या PVD आणि PECVD प्रक्रिया वेगवेगळ्या तापमान श्रेणींमध्ये कार्य करतात. निक्षेपणाच्या वेळी, सबस्ट्रेट प्लाझ्मा, आयन बॉम्बार्डमेंट, बाष्पीभवन स्रोत किंवा इतर प्रक्रिया परिस्थितींद्वारे निर्माण होणाऱ्या औष्णिक ऊर्जेच्या संपर्कात येतो.

उष्णतेच्या संपर्कास संवेदनशील असलेल्या पदार्थांच्या बाबतीत, सब्सट्रेटचे अत्यधिक तापमान किंवा दीर्घकाळ उष्णतेच्या संपर्कात राहिल्याने मूळ सूक्ष्मसंरचना आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर परिणाम होण्याची शक्यता असते.

उदाहरणार्थ, काही विशिष्ट कठीण टूल स्टील त्यांचे यांत्रिक गुणधर्म विशिष्ट शमन (quenching) आणि तापन (tempering) प्रक्रियेद्वारे मिळवतात. जर लेपनाचे तापमान योग्य तापन तापमानापेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त असेल, तर तापनाचे परिणाम होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे आधारस्तराची कठीणता कमी होऊ शकते.

त्यामुळे, कठोर पोलाद आणि इतर उष्णता-संवेदनशील सब्सट्रेट्ससाठी, कोटिंग प्रक्रिया सामग्रीच्या उष्णता-उपचार स्थिती आणि अनुज्ञेय प्रक्रिया तापमानानुसार डिझाइन केली पाहिजे.

४. आयन मारा आणि पृष्ठभागाचे बदल

बऱ्याच PVD प्रक्रियांमध्ये, निक्षेपणाच्या आधी आणि निक्षेपणादरम्यान सब्सट्रेटवर आयन बॉम्बार्डमेंट केली जाते.

आयन एचिंग किंवा प्लाझ्मा क्लीनिंगमुळे पृष्ठभागावरील अशुद्ध घटक काढून टाकले जाऊ शकतात आणि सब्सट्रेटचा पृष्ठभाग सक्रिय केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे कोटिंगचे आसंजन सुधारते. डिपॉझिशन दरम्यान, नियंत्रित आयन बॉम्बार्डमेंटमुळे फिल्मचे घनीकरण, अवशिष्ट ताण, सूक्ष्मसंरचना आणि कोटिंगच्या आसंजनावर देखील परिणाम होऊ शकतो.

तथापि, अत्याधिक आयन ऊर्जा किंवा अयोग्य प्रक्रिया मापदंडांमुळे सब्सट्रेटचे अत्याधिक तापमान वाढणे, पृष्ठभागाचे नुकसान किंवा अवशिष्ट तणाव वाढणे यांसारखे अवांछित परिणाम होऊ शकतात.

त्यामुळे, सबस्ट्रेट मटेरियल आणि कोटिंग सिस्टमनुसार बायस व्होल्टेज, आर्क करंट, डिस्चार्ज पॉवर, वर्किंग प्रेशर, सबस्ट्रेट टेम्परेचर आणि डिपॉझिशन रेट यांसारख्या पॅरामीटर्सवर योग्य नियंत्रण ठेवणे आवश्यक आहे.

५. कोटिंगची कठीणता सब्सट्रेटच्या कठीणतेपेक्षा वेगळी असते.

एक सामान्य गैरसमज असा आहे की, केवळ पृष्ठभागावर कठीण थर जमा झाल्यामुळे एखादी वस्तू "कठीण" होते.

प्रत्यक्षात, व्हॅक्यूम कोटिंगमुळे साधारणपणे एक कठीण पृष्ठभागाचा थर तयार होतो, तर सब्सट्रेटची एकूण कठीणता ही मोठ्या प्रमाणावर त्याच्या मूळ पदार्थाची स्थिती आणि उष्णता उपचारांवर अवलंबून असते.

उदाहरणार्थ, कार्बाइड कटिंग टूलमध्ये तुलनेने कठीण सब्सट्रेट आणि त्याहूनही कठीण PVD कोटिंग असू शकते. कोटिंगमुळे पृष्ठभागाची झीज प्रतिरोधकता आणि ट्रायबोलॉजिकल कार्यक्षमता सुधारते, तर कार्बाइड सब्सट्रेट संरचनात्मक मजबुती आणि कणखरपणा प्रदान करते.

त्याचप्रमाणे, कठीण केलेल्या स्टीलच्या घटकांसाठी, PVD कोटिंगमुळे मूळ स्टीलच्या कठीणपणात मूलभूत बदल न करता अधिक कठीण आणि जास्त झीज-प्रतिरोधक पृष्ठभाग मिळू शकतो, मात्र यासाठी अट अशी आहे की, कोटिंगचे तापमान योग्य प्रक्रिया मर्यादेत राहिले पाहिजे.

६. व्हॅक्यूम कोटिंगमुळे सब्सट्रेटच्या कठीणपणावर होणारा परिणाम कसा टाळावा

सब्सट्रेटचे मूळ यांत्रिक गुणधर्म टिकवून ठेवण्यासाठी, सामग्री आणि अनुप्रयोगानुसार कोटिंग प्रक्रिया अनुकूलित केली पाहिजे.

सर्वप्रथम, लेपन करण्यापूर्वी आधार सामग्री आणि उष्णता-उपचार स्थितीची पुष्टी केली पाहिजे. टूल स्टील, स्टेनलेस स्टील, कार्बाइड, ॲल्युमिनियम मिश्रधातू आणि इतर सामग्रीच्या वेगवेगळ्या ग्रेडच्या औष्णिक मर्यादा वेगवेगळ्या असतात.

दुसरे म्हणजे, लेपनाचे तापमान योग्य मर्यादेत नियंत्रित केले पाहिजे. उष्णता-संवेदनशील पदार्थांसाठी, कमी-तापमानाची PVD किंवा इतर योग्य निक्षेपण प्रक्रिया निवडली जाऊ शकते.

तिसरे, अत्यधिक औष्णिक किंवा आयन बॉम्बार्डमेंट परिणामांशिवाय आवश्यक कोटिंग कार्यक्षमता साध्य करण्यासाठी बायस व्होल्टेज, आयन ऊर्जा, प्लाझ्मा घनता, डिपॉझिशन दर, कार्यरत दाब आणि प्रक्रिया वेळ यांसारख्या प्रक्रिया पॅरामीटर्सना अनुकूलित केले पाहिजे.

शेवटी, उपयोगावर अवलंबून, सूक्ष्मकठोरता चाचणी, लेपन आसंजन चाचणी, झीज चाचणी, पृष्ठभाग खडबडीतपणा मापन आणि धातुरचनाशास्त्रीय विश्लेषण यांसारख्या योग्य चाचण्यांद्वारे लेपित भागांचे मूल्यांकन केले पाहिजे.

७. निष्कर्ष

तर, व्हॅक्यूम कोटिंगमुळे पदार्थाच्या कठीणपणावर परिणाम होतो का?

सर्वसाधारणपणे, व्हॅक्यूम कोटिंग ही प्रामुख्याने एक पृष्ठभागीय अभियांत्रिकी प्रक्रिया आहे आणि ती पदार्थाच्या मूळ कठीणपणात लक्षणीय बदल करण्याऐवजी त्याच्या पृष्ठभागाचे गुणधर्म सुधारण्यासाठी तयार केलेली असते. हार्ड PVD कोटिंग्ज सब्सट्रेटचे यांत्रिक गुणधर्म टिकवून ठेवताना पृष्ठभागाचा कठीणपणा, झीज प्रतिरोध, घर्षण वर्तन, क्षरण प्रतिरोध आणि सेवा आयुष्य यामध्ये लक्षणीय सुधारणा करू शकतात.

तथापि, जर कोटिंग प्रक्रियेमुळे अत्याधिक उष्णतेचा संपर्क किंवा अयोग्य आयन मारा झाला, तर सब्सट्रेटच्या मूळ कठीणपणावर परिणाम होण्याची शक्यता असते, विशेषतः उष्णता-प्रक्रिया केलेल्या स्टील आणि इतर तापमान-संवेदनशील सामग्रीच्या बाबतीत.

त्यामुळे, योग्य व्हॅक्यूम डिपॉझिशन तंत्रज्ञान, कोटिंग मटेरियल, सबस्ट्रेट तापमान, आयन बॉम्बार्डमेंट परिस्थिती आणि प्रक्रिया पॅरामीटर्स निवडणे आवश्यक आहे.

योग्य प्रक्रिया आणि उपकरणांच्या संरचनेद्वारे, व्हॅक्यूम कोटिंगद्वारे उच्च पृष्ठभागीय कठीणपणा, मजबूत कोटिंग आसंजन, उत्कृष्ट झीज-प्रतिरोध आणि स्थिर सब्सट्रेट गुणधर्म यांचे अपेक्षित संयोजन साधता येते, ज्यामुळे आव्हानात्मक औद्योगिक अनुप्रयोगांसाठी एक प्रभावी पृष्ठभागीय-अभियांत्रिकी उपाय उपलब्ध होतो.

हा लेख यांनी प्रकाशित केला आहे व्हॅक्यूम कोटिंग उपकरण निर्माताझेनहुआ ​​व्हॅक्यूम