دستگاه پوشش سرامیک پلاسما: انتخاب فرآیند، مشخصات و راهنمای خرید

تجهیزات پوشش

ماشین های پوشش سرامیک پلاسما: تطبیق فرآیند با قطعه

دو ماشین مختلف پشت یک عبارت جستجو پنهان می شوند و انتخاب خانواده اشتباه هزینه بسیار بیشتری نسبت به انتخاب گران قیمت دارد.

ابزارفروشی که به سه میکرومتر نیترید تیتانیوم آلومینیوم روی آسیاب های انتهایی 8 میلی متری نیاز دارد، هرگز با مشعل اسپری پلاسما به آنجا نمی رسد. یک پوشش ریخته گری اجزای اگزوز دو متری با 250 میکرومتر زیرکونیا با یک محفظه تبخیر قوس نیز به آنجا نمی رسد. هر دو فرآیند پوشش سرامیکی پلاسما هستند، هر دو تحت این نام فروخته می شوند، و به همین دلیل است که بسیاری از اولین نقل قول ها از نظر فنی صحیح و از نظر تجاری بی فایده هستند.

قاعده تصمیم اول است: قبل از خواندن هر نقل قول، ضخامت پوشش، حد دمای بستر و هندسه قطعه را ثابت کنید. این سه متغیر تقریباً بلافاصله یک خانواده فرآیند را حذف می کنند. اندازه محفظه، تعداد کاتد، پشته پمپ و قیمت جزئیاتی هستند که می توان بعداً با آنها مذاکره کرد.

آنچه که پلاسما در واقع در داخل محفظه انجام می دهد

در رسوب پلاسمای خلاء، پلاسما پوشش نیست. وسیله حمل و نقل است. یک کاتد توسط یک قوس با ولتاژ پایین و جریان بالا در آبکاری یونی چند قوس برخورد می‌کند، یا توسط یون‌های گاز محصور به صورت مغناطیسی در حین کندوپاش بمباران می‌شود و بخار منبع را از قبل یونیزه می‌کند. در منابع قوس کاتدی، کسر یونیزاسیون به اندازه‌ای زیاد است که بیشتر چیزی که به قطعه می‌رسد به‌عنوان ذرات باردار به جای اتم‌های خنثی می‌رسد.

ذرات باردار دلیل متراکم شدن فیلم هستند. بایاس منفی روی نگهدارنده بستر، معمولاً 50 تا 200 ولت، آن یون ها را با انرژی ده ها تا چند صد الکترون ولت به سطح شتاب می دهد. این ضربه لایه در حال رشد را بسته بندی می کند، تخلخل را می بندد و آن را به زیرلایه متصل می کند. یک گاز واکنشی اضافه کنید و پلاسمای فلز به یک ترکیب سرامیکی روی سطح تبدیل می‌شود: نیتروژن برای TiN، CrN و AlTiN، استیلن برای DLC و TiCN، اکسیژن برای اکسید آلومینیوم و اکسید زیرکونیوم.

همین پلاسما قطعات را تمیز می کند. قبل از شروع رسوب، یک مرحله بمباران یون آرگون لایه‌های اکسید و باقی مانده‌ها را در سطح اتمی دور می‌کند. شکست چسبندگی بیشتر به این مرحله نسبت به خود پوشش مربوط می شود، به ویژه در فولاد ضد زنگ و فولاد ابزار سخت شده.

نقل قولی که می گوید فقط "ماشین پوشش PVD" اختلاف ده برابری در ضخامت لایه و چند صد درجه تفاوت در دمای بستر را پنهان می کند.

برای سرامیک‌های نیترید روی ابزارها، قالب‌ها و قطعات سایش، آبکاری یونی با قوس‌های چندگانه به‌عنوان ابزار کار باقی می‌ماند، زیرا نرخ رسوب‌گذاری بالا است و انرژی یونی به جای اینکه بعداً اضافه شود، در فرآیند ساخته می‌شود.

مقایسه اسپری پلاسما و رسوب پلاسما در خلاء

این دو خانواده اغلب به عنوان جایگزین معرفی می شوند. آنها به اندازه پاسخ های متفاوت به سوالات مختلف در مورد ضخامت، دما و پرداخت رقیب نیستند.

ستون سوم و چهارم هر دو فرآیند خلاء هستند، اما قابل تعویض نیستند. منابع قوس سریعتر رسوب می کنند و چسبندگی را روی هندسه پیچیده نگه می دارند. منابع کندوپاش کندتر رسوب می‌کنند و در عین حال لایه‌های صاف‌تری تولید می‌کنند و کنترل بسیار بهتری بر استوکیومتری اکسید تولید می‌کنند. اگر قطعه دارای نیاز به پایان آینه باشد یا فیلم باید از نظر نوری شفاف باشد، کندوپاش برنده است. اگر مته یا درج قالب باشد، قوس معمولاً در هزینه هر قطعه برنده است.

مشخصات برای مقایسه قبل از امضا

هنگامی که خانواده فرآیند تنظیم شد، برگه مشخصات به فهرست کوتاهی از مواردی تبدیل می‌شود که واقعاً کاری را که ماشین می‌تواند برای قطعات شما انجام دهد تغییر می‌دهد.

1. حجم محفظه قابل استفاده، نه ابعاد خارجی. ارتفاع قفسه و قطر چرخش را بخواهید، سپس بررسی کنید که چگونه بزرگترین قسمت شما روی فیکسچر قرار می گیرد.
2. پشته پمپ و فشار پایه. یک پمپ پره ای دوار با یک دمنده ریشه و یک پمپ انتشار روغن یا یک پمپ توربومولکولی آرایش معمولی است. فشار پایه قابل دسترسی سقف خلوص فیلم را تعیین می کند.
3. تعداد کاتد، اندازه هدف و مواد مورد نظر. قیمت یک دستگاه سه کاتدی و یک دستگاه دوازده کاتدی متفاوت و پوشش متفاوت است.
4. پیکربندی منبع تغذیه منابع قوس برای کاتدها، بایاس DC یا پالس برای نگهدارنده بستر، و منابع فرکانس متوسط ​​یا RF زمانی که اهداف اکسید عایق درگیر هستند.
5. چرخش بستر. چرخش تک محوره ارزان تر است، چرخش سیاره ای سه محوره یکنواختی ضخامت قابل توجهی بهتری را در یک بار مخلوط ایجاد می کند.
6. کنترل گاز راکتیو کنترل کننده های جریان جرمی به تنهایی برای کار نیترید و اکسید کافی نیستند. کنترل فشار جزئی یا نظارت بر انتشار پلاسما فرآیند را از منطقه مسمومیت هدف دور نگه می دارد.
7. اندازه بار و زمان چرخه قطعات در ساعت بیشتر از قیمت اصلی مهم است، زیرا نیروی کار و خدمات برقی با ساعت مقیاس می شوند، نه با اتاقک.
8. مستندسازی و اندازه گیری داده های ضخامت، سختی، چسبندگی و رنگ باید بخشی از بسته پذیرش باشد، نه یک لطف.

برای سرامیک‌های اکسیدی مانند Al2O3، ZrO2 و اکسیدهای رسانای شفاف، بحث مشخصات از سختی دور می‌شود و به سمت استوکیومتری می‌رود، زیرا فیلم باید از نظر الکتریکی یا نوری درست باشد تا اینکه صرفاً مقاوم در برابر سایش باشد.

جایی که فیلم‌های سرامیکی متراکم جبران می‌کنند

فیلم‌های PVD سرامیکی هزینه‌های خود را در شرایطی به دست می‌آورند که سه شرایط با هم تداخل دارند: سایش یا خوردگی عمر قطعه را کوتاه می‌کند، پرداخت سطح اهمیت دارد و قطعه نمی‌تواند در دمای پاشش یا خط آبکاری دوام بیاورد.

ابزار برش و قالب

یک لایه 2 تا 4 میکرومتری AlTiN یا TiCN طول عمر آسیاب‌های انتهایی، مته‌ها و قالب‌ها را بسیار فراتر از آنچه فولاد بدون پوشش یا سخت‌نشده تحویل می‌دهد، افزایش می‌دهد و در دمایی اعمال می‌شود که عملیات حرارتی ابزار را دست نخورده باقی می‌گذارد. محاسبات ساده است: یک دستگاه می تواند هزاران ابزار را در ماه به نسبت کسری از هزینه یک سلول سنگ زنی جدید پردازش کند.

قطعات گیربکس و ماشین آلات

بلبرینگ ها، چرخ دنده ها، دوک ها و روتورهای کمپرسور پیچ از DLC کم اصطکاک یا CrN مقاوم در برابر سایش بهره می برند. در اینجا عامل محدود کننده معمولاً معتدل است. اگر یک قطعه در دمای 200 درجه سانتیگراد گرم شده باشد، چرخه پوشش باید کمتر از آن بماند، که مشخصات را به سمت قوس یا کندوپاش با گرمایش بایاس کاملاً کنترل شده سوق می دهد.

ابزار پزشکی و قطعات تزئینی

تیغه های جراحی نیاز به پوششی دارند که لبه را صاف نکند، بنابراین 1 تا 3 میکرومتر پنجره عملی است. از جنبه تزئینی، لایه‌های سرامیکی ضد اثر انگشت و رنگی روی ظروف بهداشتی، ظروف غذاخوری، بند ساعت و سخت‌افزارهای معماری به ثبات رنگ دسته به دسته بسیار بیشتر از حداکثر سختی بستگی دارد.

هزینه، ریسک و آزمون پذیرش

یک سیستم پلاسمای خلاء یک دارایی تولید است، بنابراین عددی که اهمیت دارد هزینه هر قطعه پوشش داده شده است، نه فاکتور. زمانی که اندازه بار، زمان چرخه و عمر مصرفی در یک محاسبه لحاظ شود، دو قیمت با فاصله قیمت 40 درصد می‌توانند کاملاً معکوس شوند.

تست پذیرش را در قرارداد بگذارید و آن را روی قطعات خودتان اجرا کنید، نه روی کوپن های نمایشی تامین کننده. یک بسته قابل اجرا شامل موارد زیر است:

• ضخامت لایه بر روی قسمت واقعی توسط دهانه توپ یا XRF، با تحمل بیان شده مانند مثبت یا منفی 10 درصد اندازه گیری می شود.
• ریزسختی تحت بار، معمولاً HV 0.05 یا HV 0.1، در یک مقطع صیقلی.
• چسبندگی توسط فرورفتگی راکول C در برابر مقیاس HF1 تا HF4، یا آزمایش خراش با بار بحرانی مشخص.
• تفاوت رنگ در یک اسپکتروفتومتر با Delta E کمتر از 1.5 بین دسته ها برای تولید تزئینی اندازه گیری شد.
• عملکرد خوردگی مانند ساعات پاشش نمک، جایی که قطعه در فضای باز جابجا می شود یا استفاده می شود.
• سه دسته تولید متوالی، در دستگاه تولید، با داده های فرآیند ثبت شده برای هر اجرا.

همزمان زنجیره تامین قطعات سایش را تایید کنید. کاتدها، منابع تغذیه قوس الکتریکی، منابع بایاس، پمپ‌های دیفیوژن یا توربومولکولی، روغن پمپ، اهداف و سیم‌های تبخیر همگی عمر محدودی دارند و ماشینی که سه ماه منتظر هدف است، ماشینی است که درآمدی ندارد. به مرور کمک می کند طیف کامل تجهیزات و مواد مصرفی در یک مکان، به طوری که اتاق و قطعات یدکی آن بخشی از یک مذاکره باشند.

هیچ یک از اینها نیاز به فیزیک خلاء عمیق ندارد. این نیاز به تصمیم گیری قبل از رسیدن اولین نقل قول دارد که آیا قطعه به یک فیلم سرامیکی متراکم نازک یا یک لایه سرامیکی متخلخل ضخیم نیاز دارد. هر انتخاب دیگری در مورد دستگاه پوشش سرامیکی پلاسما از همین پاسخ ناشی می شود: هندسه محفظه، تعداد کاتد، پشته پمپ، کنترل گاز و در نهایت قیمت.

اگر گام بعدی درک چگونگی رفتار فرآیند در سطوح تولید واقعی است، این مرور کلی از چگونه پوشش پلاسما درمان سطح را تغییر می دهد یک نقطه شروع عملی قبل از شروع مقایسه نقل قول ها است.