Máy phủ gốm plasma: Lựa chọn quy trình, thông số kỹ thuật và hướng dẫn mua

Thiết bị phủ

Máy phủ gốm plasma: Kết hợp quy trình với bộ phận

Hai máy khác nhau ẩn sau một cụm từ tìm kiếm và việc chọn sai dòng máy sẽ tốn kém hơn nhiều so với việc chọn máy đắt tiền.

Một cửa hàng dụng cụ cần ba micromet nhôm titan nitrit trên các dao phay đầu 8 mm sẽ không bao giờ đạt được điều đó bằng mỏ hàn plasma. Một xưởng đúc phủ các bộ phận ống xả dài hai mét bằng zirconia 250 micromet cũng sẽ không đạt được điều đó bằng buồng bay hơi hồ quang. Cả hai quy trình đều là lớp phủ gốm plasma, cả hai đều được bán dưới tên đó và đó là lý do tại sao rất nhiều báo giá đầu tiên đúng về mặt kỹ thuật và vô dụng về mặt thương mại.

Quy tắc quyết định được đưa ra trước tiên: cố định độ dày lớp phủ, giới hạn nhiệt độ bề mặt và hình dạng bộ phận trước khi đọc bất kỳ báo giá nào. Ba biến đó loại bỏ một nhóm quy trình gần như ngay lập tức. Kích thước buồng, số lượng cực âm, ngăn xếp máy bơm và giá cả là những chi tiết có thể thương lượng sau đó.

Plasma thực sự đang làm gì bên trong buồng

Trong lắng đọng plasma chân không, plasma không phải là lớp phủ. Nó là phương tiện vận chuyển. Cực âm bị tác động bởi hồ quang điện áp thấp, dòng điện cao trong lớp mạ ion đa hồ quang, hoặc bị bắn phá bởi các ion khí có giới hạn từ tính trong quá trình phún xạ và hơi thoát ra khỏi nguồn đã bị ion hóa. Trong các nguồn hồ quang catốt, tỷ lệ ion hóa đủ cao để hầu hết những gì chạm tới bộ phận đó đều ở dạng hạt tích điện chứ không phải là nguyên tử trung tính.

Các hạt tích điện là lý do khiến màng dày đặc. Độ lệch âm trên giá đỡ chất nền, thường là 50 đến 200 volt, sẽ tăng tốc các ion đó vào bề mặt với năng lượng hàng chục đến vài trăm electron volt. Tác động đó bao bọc lớp đang phát triển, đóng lỗ xốp và neo nó vào chất nền. Thêm khí phản ứng và plasma kim loại sẽ trở thành hợp chất gốm trên bề mặt: nitơ cho TiN, CrN và AlTiN, axetylen cho DLC và TiCN, oxy cho oxit nhôm và oxit zirconium.

Cùng một plasma làm sạch các bộ phận. Trước khi quá trình lắng đọng bắt đầu, bước bắn phá ion argon sẽ loại bỏ các lớp oxit và cặn ở cấp độ nguyên tử. Lỗi bám dính bắt nguồn từ giai đoạn này thường xuyên hơn nhiều so với chính lớp phủ, đặc biệt là trên thép không gỉ và thép công cụ cứng.

Một trích dẫn chỉ nói "máy phủ PVD" ẩn chứa sự chênh lệch gấp 10 lần về độ dày màng và chênh lệch hàng trăm độ về nhiệt độ bề mặt.

Đối với gốm nitrit trên dụng cụ, khuôn mẫu và các bộ phận mài mòn, mạ ion đa hồ quang vẫn là phương pháp chủ yếu vì tốc độ lắng đọng cao và năng lượng ion được tích hợp vào quy trình thay vì được thêm vào sau đó.

So sánh lắng đọng plasma phun và chân không

Hai gia đình thường được trình bày như những lựa chọn thay thế. Họ không phải là đối thủ cạnh tranh mà là những câu trả lời khác nhau cho những câu hỏi khác nhau về độ dày, nhiệt độ và độ hoàn thiện.

Cột thứ ba và thứ tư đều là quá trình chân không, nhưng chúng không thể thay thế cho nhau. Nguồn hồ quang tích tụ nhanh hơn và giữ độ bám dính trên hình học phức tạp. Các nguồn phún xạ lắng đọng chậm hơn nhưng vẫn tạo ra các màng mịn hơn và kiểm soát tốt hơn khả năng cân bằng hóa học oxit. Nếu bộ phận đó có yêu cầu về độ hoàn thiện như gương hoặc màng phải rõ ràng về mặt quang học thì phương pháp phún xạ sẽ thắng. Nếu đó là mũi khoan hoặc khuôn chèn, hồ quang thường thắng về chi phí cho mỗi bộ phận.

Thông số kỹ thuật để so sánh trước khi bạn đăng nhập

Sau khi đã giải quyết xong nhóm quy trình, bảng thông số kỹ thuật sẽ trở thành một danh sách ngắn các mục thực sự thay đổi những gì máy có thể làm cho các bộ phận của bạn.

1. Thể tích buồng có thể sử dụng, không phải kích thước bên ngoài. Hỏi chiều cao của giá đỡ và đường kính xoay, sau đó kiểm tra xem phần lớn nhất của bạn nằm trên vật cố định như thế nào.
2. Ngăn xếp máy bơm và áp suất cơ sở. Máy bơm cánh gạt quay với máy thổi rễ và bơm khuếch tán dầu hoặc bơm tua-bin phân tử là cách bố trí thông thường; áp suất cơ bản có thể tiếp cận đặt mức trần cho độ tinh khiết của màng.
3. Số lượng cực âm, kích thước mục tiêu và vật liệu mục tiêu. Máy ba cực âm và máy mười hai cực âm có giá thành và lớp phủ khác nhau.
4. Cấu hình nguồn điện. Nguồn cung cấp hồ quang cho cực âm, độ lệch DC hoặc xung cho giá đỡ chất nền và nguồn cung cấp tần số trung bình hoặc RF khi có mục tiêu oxit cách điện.
5. Xoay chất nền. Xoay một trục rẻ hơn, xoay hành tinh ba trục mang lại độ đồng đều độ dày tốt hơn đáng kể trên một tải hỗn hợp.
6. Kiểm soát khí phản ứng. Chỉ bộ điều khiển lưu lượng lớn là không đủ cho hoạt động của nitrit và oxit; kiểm soát áp suất một phần hoặc giám sát phát thải plasma giúp quá trình nằm ngoài vùng nhiễm độc mục tiêu.
7. Kích thước tải và thời gian chu kỳ. Phần mỗi giờ quan trọng hơn giá tiêu đề, bởi vì lao động và tiện ích quy mô theo giờ chứ không phải theo phòng.
8. Tài liệu và đo lường. Dữ liệu về độ dày, độ cứng, độ bám dính và màu sắc phải là một phần của gói chấp nhận chứ không phải là một đặc ân.

Đối với gốm oxit như Al2O3, ZrO2 và các oxit dẫn điện trong suốt, cuộc thảo luận về thông số kỹ thuật sẽ chuyển từ độ cứng sang hướng cân bằng hóa học, vì màng phải chính xác về mặt điện hoặc quang học thay vì chỉ đơn giản là chống mài mòn.

Nơi màng gốm dày đặc hoàn vốn

Màng PVD gốm đạt được chi phí khi ba điều kiện chồng chéo lên nhau: hao mòn hoặc ăn mòn làm giảm tuổi thọ của bộ phận, độ hoàn thiện bề mặt quan trọng và bộ phận không thể tồn tại ở nhiệt độ phun hoặc dây chuyền mạ điện.

Dụng cụ cắt và khuôn

Lớp AlTiN hoặc TiCN từ 2 đến 4 micromet giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng của dao phay ngón, máy khoan và khuôn tạo hình vượt xa những gì thép không tráng phủ hoặc không cứng mang lại, đồng thời lớp này được áp dụng ở nhiệt độ đảm bảo nguyên vẹn quá trình xử lý nhiệt của dụng cụ. Phép tính rất đơn giản: một máy có thể xử lý hàng nghìn dụng cụ mỗi tháng với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ chi phí của một ô mài mới.

Bộ phận truyền động và máy móc

Vòng bi, bánh răng, trục xoay và rôto máy nén trục vít được hưởng lợi từ DLC có độ ma sát thấp hoặc CrN chịu mài mòn. Ở đây yếu tố hạn chế thường là quá trình ủ. Nếu một bộ phận được tôi luyện ở nhiệt độ 200 độ C, chu trình phủ phải ở dưới mức đó, điều này sẽ đẩy thông số kỹ thuật về phía hồ quang hoặc phún xạ với hệ thống gia nhiệt thiên lệch được kiểm soát chặt chẽ.

Dụng cụ y tế và các bộ phận trang trí

Lưỡi dao phẫu thuật cần một lớp phủ không làm cùn mép, vì vậy khoảng cách thực tế là 1 đến 3 micromet. Về mặt trang trí, các lớp gốm chống dấu vân tay và gốm màu trên thiết bị vệ sinh, bộ đồ ăn, dây đeo đồng hồ và phần cứng kiến ​​trúc phụ thuộc vào tính nhất quán màu sắc theo từng lô nhiều hơn là độ cứng tối đa.

Chi phí, rủi ro và thử nghiệm chấp nhận

Hệ thống plasma chân không là một tài sản sản xuất, vì vậy con số quan trọng là chi phí cho mỗi bộ phận được phủ chứ không phải hóa đơn. Hai báo giá có khoảng cách giá 40 phần trăm có thể đảo ngược hoàn toàn khi kích thước tải, thời gian chu kỳ và tuổi thọ vật tư tiêu hao được đưa vào cùng một phép tính.

Đưa thử nghiệm chấp nhận vào hợp đồng và thực hiện nó trên các bộ phận của riêng bạn chứ không phải trên các phiếu giảm giá trình diễn của nhà cung cấp. Một gói khả thi bao gồm:

• Độ dày màng được đo trên bộ phận thực tế bằng hố bi hoặc XRF, với dung sai được nêu chẳng hạn như cộng hoặc trừ 10%.
• Độ cứng vi mô dưới tải, thường là HV 0,05 hoặc HV 0,1, trên mặt cắt được đánh bóng.
• Độ bám dính bằng vết lõm Rockwell C theo thang đo HF1 đến HF4 hoặc thử nghiệm vết xước với tải trọng tới hạn xác định.
• Sự chênh lệch màu sắc được đo trên máy quang phổ, với Delta E dưới 1,5 giữa các lô sản xuất trang trí.
• Hiệu suất ăn mòn như giờ phun muối, nơi bộ phận sẽ được xử lý hoặc sử dụng ngoài trời.
• Ba lô sản xuất liên tiếp, trên máy sản xuất, với dữ liệu quy trình được ghi lại cho mỗi lần chạy.

Đồng thời xác nhận chuỗi cung ứng phụ tùng hao mòn. Cathode, nguồn cung cấp năng lượng hồ quang, nguồn cung cấp phân cực, máy bơm khuếch tán hoặc phân tử, dầu bơm, mục tiêu và dây bay hơi đều có tuổi thọ hữu hạn và một cỗ máy chờ ba tháng cho mục tiêu là một cỗ máy không kiếm được tiền. Nó giúp xem xét lại đầy đủ thiết bị và vật tư tiêu hao ở một nơi, sao cho buồng và các phụ tùng của nó là một phần của cùng một cuộc đàm phán.

Không ai trong số này đòi hỏi vật lý chân không sâu. Nó đòi hỏi phải quyết định, trước khi báo giá đầu tiên đến, xem bộ phận đó cần một màng gốm mỏng dày đặc hay một lớp gốm xốp dày. Mọi lựa chọn khác về máy phủ gốm plasma đều bắt nguồn từ câu trả lời duy nhất đó: hình dạng buồng, số lượng cực âm, ngăn xếp máy bơm, kiểm soát khí và cuối cùng là giá cả.

Nếu bước tiếp theo là tìm hiểu cách thức hoạt động của quy trình trên bề mặt sản xuất thực tế thì phần tổng quan này về Lớp phủ plasma thay đổi cách xử lý bề mặt như thế nào là điểm khởi đầu thực tế trước khi bạn bắt đầu so sánh các trích dẫn.