Mașină de acoperire cu plasmă ceramică: alegerea procesului, specificațiile și ghidul de cumpărare

Echipamente de acoperire

Mașini de acoperire cu plasmă ceramică: potrivirea procesului cu piesa

Două mașini diferite se ascund în spatele unui termen de căutare, iar alegerea familiei greșite costă mult mai mult decât alegerea celui scump.

Un magazin de scule care are nevoie de trei micrometri de nitrură de aluminiu și titan pe freze de 8 mm nu va ajunge niciodată acolo cu o pistoletă de pulverizare cu plasmă. O turnătorie care acoperă componente de evacuare de doi metri cu 250 de micrometri de zirconiu nu va ajunge acolo nici cu o cameră de evaporare cu arc. Ambele procese sunt acoperiri cu plasmă ceramică, ambele sunt vândute sub această denumire și de aceea atât de multe prime cotații sunt corecte din punct de vedere tehnic și inutile din punct de vedere comercial.

Regula de decizie este pe primul loc: fixați grosimea stratului de acoperire, limita de temperatură a substratului și geometria piesei înainte de a citi orice citație. Aceste trei variabile elimină aproape imediat o familie de procese. Dimensiunea camerei, numărul catozilor, stiva pompei și prețul sunt detalii care pot fi negociate ulterior.

Ce face de fapt plasma în interiorul camerei

În depunerea în vid cu plasmă, plasma nu este acoperirea. Este mijlocul de transport. Un catod este lovit de un arc de joasă tensiune și curent înalt în placarea ionică cu mai multe arcuri sau bombardat de ioni de gaz limitați magnetic prin pulverizare, iar vaporii părăsesc sursa deja ionizată. În sursele cu arc catodic, fracția de ionizare este suficient de mare încât cea mai mare parte a ceea ce ajunge la piesă să ajungă mai degrabă sub formă de particule încărcate decât de atomi neutri.

Particulele încărcate sunt motivul pentru care filmul este dens. O polarizare negativă a suportului substratului, de obicei 50 până la 200 de volți, accelerează acești ioni la suprafață cu energie de la zeci până la câteva sute de electroni volți. Acest impact împachetează stratul în creștere, închide porozitatea și îl ancorează de substrat. Se adaugă un gaz reactiv și plasma metalică devine un compus ceramic la suprafață: azot pentru TiN, CrN și AlTiN, acetilenă pentru DLC și TiCN, oxigen pentru oxid de aluminiu și oxid de zirconiu.

Aceeași plasmă curăță piesele. Înainte de a începe depunerea, o etapă de bombardament cu ioni de argon elimină prin pulverizare straturile de oxid și reziduurile la nivel atomic. Eșecurile de aderență sunt urmărite până la această etapă mult mai des decât la acoperirea în sine, în special pe oțel inoxidabil și oțel de scule călit.

Un citat care spune doar „mașină de acoperire PVD” ascunde o diferență de zece ori în grosimea filmului și câteva sute de grade de diferență în temperatura substratului.

Pentru ceramica cu nitrură de pe unelte, matrițe și piese de uzură, placarea cu ioni multi-arc rămâne calul de lucru, deoarece ratele de depunere sunt mari și energia ionică este integrată în proces, mai degrabă decât adăugată ulterior.

Comparativ cu spray-ul cu plasmă și depunerea de plasmă în vid

Cele două familii sunt adesea prezentate ca alternative. Ei nu sunt atât concurenți, ci răspunsuri diferite la diferite întrebări despre grosime, temperatură și finisaj.

A treia și a patra coloană sunt ambele procese în vid, dar nu sunt interschimbabile. Sursele de arc se depun mai repede și mențin aderența pe geometrie complexă. Sursele de pulverizare se depun mai lent, dar produc filme mai fine și un control mult mai bun asupra stoichiometriei oxidului. Dacă piesa are o cerință de finisare în oglindă sau filmul trebuie să fie transparent din punct de vedere optic, pulverizarea câștigă. Dacă este un burghiu sau o inserție de matriță, arcul câștigă de obicei la costul pe piesă.

Specificații de comparat înainte de a semna

Odată ce familia de procese este stabilită, fișa de specificații devine o listă scurtă de elemente care schimbă cu adevărat ceea ce poate face mașina pentru piesele dumneavoastră.

1. Volumul utilizabil al camerei, nu dimensiunile exterioare. Cereți înălțimea rack-ului și diametrul de rotație, apoi verificați cum se așează partea cea mai mare pe dispozitiv.
2. Stiva de pompe și presiunea de bază. O pompă rotativă cu palete cu o suflantă de rădăcini și fie o pompă de difuzie a uleiului, fie o pompă turbomoleculară este aranjamentul obișnuit; presiunea de bază accesibilă stabilește plafonul pe puritatea filmului.
3. Numărul de catozi, dimensiunea țintei și materialul țintă. O mașină cu trei catozi și o mașină cu doisprezece catozi costă diferit și acoperă diferit.
4. Configurarea sursei de alimentare. Surse de arc pentru catozi, polarizare DC sau pulsată pentru suportul de substrat și surse de frecvență medie sau RF atunci când sunt implicate ținte de oxid izolatoare.
5. Rotirea substratului. Rotația pe o singură axă este mai ieftină, rotația planetară pe trei axe oferă o uniformitate semnificativ mai bună a grosimii pe o sarcină mixtă.
6. Controlul gazului reactiv. Controloarele de debit de masă singure nu sunt suficiente pentru lucrul cu nitruri și oxid; controlul presiunii parțiale sau monitorizarea emisiilor de plasmă menține procesul în afara zonei de otrăvire țintă.
7. Dimensiunea încărcării și durata ciclului. Părțile pe oră contează mai mult decât prețul principal, deoarece forța de muncă și utilitățile cresc cu orele, nu cu camerele.
8. Documentare și măsurare. Datele despre grosime, duritate, aderență și culoare ar trebui să facă parte din pachetul de acceptare, nu o favoare.

Pentru ceramica oxidică, cum ar fi Al2O3, ZrO2 și oxizii conductivi transparenți, conversația cu specificațiile se îndepărtează de la duritate și la stoichiometrie, deoarece filmul trebuie să fie corect din punct de vedere electric sau optic, mai degrabă decât pur și simplu rezistent la uzură.

În cazul în care filmele ceramice dense plătesc

Filmele ceramice PVD își câștigă costurile atunci când se suprapun trei condiții: uzura sau coroziunea scurtează durata de viață a piesei, finisarea suprafeței contează, iar piesa nu poate supraviețui temperaturilor de pulverizare sau unei linii de galvanizare.

Scule de tăiere și matrițe

Un strat de AlTiN sau TiCN de 2 până la 4 micrometri prelungește durata de viață a frezei, burghiilor și matrițelor de formare mult peste ceea ce oferă oțelul neacoperit sau neîntărit și este aplicat la temperaturi care lasă intact tratamentul termic al sculei. Aritmetica este simplă: o singură mașină poate trata mii de unelte pe lună pentru o fracțiune din cât costă o nouă celulă de șlefuit.

Piese de transmisie și mașini

Rulmenții, angrenajele, fusurile și rotoarele compresoarelor cu șurub beneficiază de DLC cu frecare redusă sau CrN rezistent la uzură. Aici factorul limitator este de obicei temperarea. Dacă o piesă a fost temperată la 200 de grade Celsius, ciclul de acoperire trebuie să rămână sub aceasta, ceea ce împinge specificația către arc sau pulverizare cu încălzire de polarizare bine controlată.

Instrumente medicale si piese decorative

Lamele chirurgicale au nevoie de o acoperire care să nu tociască marginea, așa că fereastra practică este de 1 până la 3 micrometri. Pe partea decorativă, straturile ceramice anti-amprentă și colorate de pe obiectele sanitare, tacâmurile, curelele de ceas și hardware-ul arhitectural depind de consistența culorii lot la lot mult mai mult decât de duritatea maximă.

Cost, risc și testul de acceptare

Un sistem cu plasmă cu vid este un activ de producție, deci numărul care contează este costul pe piesă acoperită, nu factura. Două oferte cu o diferență de preț de 40 la sută se pot inversa complet odată ce dimensiunea încărcăturii, durata ciclului și durata de viață a consumabilelor sunt incluse în același calcul.

Pune testul de acceptare în contract și rulează-l pe piese proprii, nu pe cupoanele demonstrative ale furnizorului. Un pachet funcțional acoperă:

• Grosimea filmului măsurată pe piesa reală prin crater cu bile sau XRF, cu o toleranță declarată, cum ar fi plus sau minus 10 la sută.
• Microduritate sub sarcină, în mod normal HV 0,05 sau HV 0,1, pe o secțiune transversală lustruită.
• Aderența prin indentarea Rockwell C pe scara HF1 la HF4 sau un test de zgârietură cu o sarcină critică definită.
• Diferența de culoare măsurată pe un spectrofotometru, cu Delta E sub 1,5 între loturi pentru producția decorativă.
• Performanță la coroziune, cum ar fi orele de pulverizare cu sare, în care piesa va fi manipulată sau utilizată în aer liber.
• Trei loturi de producție consecutive, pe mașina de producție, cu datele de proces înregistrate pentru fiecare rulare.

Confirmați în același timp lanțul de aprovizionare cu piese de uzură. Catozii, sursele cu arc, sursele de polarizare, pompele de difuzie sau turbomoleculare, uleiul de pompă, țintele și firele de evaporare au toate durate de viață limitate, iar o mașină care așteaptă trei luni pentru o țintă este o mașină care nu câștigă. Ajută la revizuirea gamă completă de echipamente și consumabile într-un singur loc, astfel încât camera și piesele sale de rezervă să facă parte din aceeași negociere.

Nimic din toate acestea nu necesită fizica vidului profund. Este nevoie să se decidă, înainte de sosirea primei cotații, dacă piesa are nevoie de o peliculă ceramică densă subțire sau de un strat ceramic poros gros. Orice altă alegere despre o mașină de acoperire cu plasmă ceramică rezultă din acel singur răspuns: geometria camerei, numărul catozilor, stiva pompei, controlul gazului și, eventual, prețul.

Dacă următorul pas este înțelegerea modului în care procesul se comportă pe suprafețele de producție reale, această prezentare generală a modul în care acoperirea cu plasmă modifică tratamentul suprafeței este un punct de plecare practic înainte de a începe să comparați cotațiile.