Plasmakeraaminen pinnoituskone: prosessin valinta, tekniset tiedot ja ostoopas

Päällystyslaitteet

Plasmakeraamiset päällystyskoneet: prosessin sovittaminen osaan

Yhden hakusanan taakse piiloutuu kaksi eri konetta, ja väärän perheen valitseminen maksaa paljon enemmän kuin kalliin valitseminen.

Työkaluliike, joka tarvitsee kolme mikrometriä alumiinititaaninitridiä 8 mm:n päätyjyrsimiin, ei koskaan pääse sinne plasmasuihkupolttimella. Valimo, joka pinnoittaa kaksimetrisiä pakokomponentteja 250 mikrometrillä zirkoniumoksidilla, ei pääse sinne myöskään kaarihaihdutuskammiolla. Molemmat prosessit ovat plasmakeraamisia pinnoitteita, molempia myydään tällä nimellä, ja siksi niin monet ensimmäiset lainaukset ovat teknisesti oikein ja kaupallisesti hyödyttömiä.

Päätössääntö tulee ensin: korjaa pinnoitteen paksuus, alustan lämpötilaraja ja osan geometria ennen tarjouksen lukemista. Nämä kolme muuttujaa eliminoivat yhden prosessiperheen lähes välittömästi. Kammion koko, katodimäärä, pumppupino ja hinta ovat yksityiskohtia, joista voidaan neuvotella jälkikäteen.

Mitä plasma todellisuudessa tekee kammiossa

Tyhjiöplasmapinnoituksessa plasma ei ole pinnoite. Se on kuljetusväline. Katodi iskee matalajännitteisellä, suurvirran kaarella monikaari-ionipinnoituksessa tai pommitetaan magneettisesti suljetuilla kaasu-ioneilla sputteroinnissa, ja höyry poistuu lähteestä jo ionisoituneena. Katodisissa kaarilähteissä ionisaatiofraktio on riittävän korkea, jotta suurin osa kappaleeseen saapuvasta saapuu varautuneina hiukkasina eikä neutraaleina atomeina.

Varautuneiden hiukkasten takia kalvo on tiheä. Negatiivinen esijännite substraatin pidikkeessä, tyypillisesti 50-200 volttia, kiihdyttää nämä ionit pintaan kymmenistä muutamaan sataan elektronivolttiin energialla. Tämä isku pakkaa kasvavan kerroksen, sulkee huokoisuuden ja ankkuroi sen alustaan. Lisää reaktiivista kaasua ja metalliplasma muuttuu pinnalle keraamiseksi yhdisteeksi: typpeä TiN:lle, CrN:lle ja AlTiN:lle, asetyleenia DLC:lle ja TiCN:lle, happea alumiinioksidille ja zirkoniumoksidille.

Sama plasma puhdistaa osat. Ennen laskeuman alkamista argonionipommitusvaihe sputteroi pois oksidikerrokset ja jäännökset atomitasolla. Tartuntahäiriöt jäljitetään tähän vaiheeseen paljon useammin kuin itse pinnoitteesta, erityisesti ruostumattomasta teräksestä ja karkaistusta työkaluteräksestä.

Lainaus, jossa sanotaan vain "PVD-pinnoituskone", piilottaa kymmenkertaisen eron kalvonpaksuudessa ja useita satoja asteita eron alustan lämpötilassa.

Työkalujen, muottien ja kulutusosien nitridikeramiikassa monikaari-ionipinnoitus on edelleen työhevonen, koska kerrostumisnopeudet ovat korkeat ja ionienergia on sisäänrakennettu prosessiin sen sijaan, että sitä lisätään jälkikäteen.

Verrattu plasmasumutetta ja tyhjiöplasmapinnoitusta

Nämä kaksi perhettä esitetään usein vaihtoehtoina. Ne eivät ole kilpailijoita, vaan erilaisia ​​vastauksia erilaisiin paksuutta, lämpötilaa ja viimeistelyä koskeviin kysymyksiin.

Kolmas ja neljäs sarake ovat molemmat tyhjiöprosesseja, mutta ne eivät ole keskenään vaihdettavissa. Valokaarilähteet laskeutuvat nopeammin ja pitävät tartunnan monimutkaisilla geometrioilla. Sputterointilähteet kerrostuvat hitaammin, mutta tuottavat tasaisempia kalvoja ja paljon paremmin oksidien stoikiometriaa. Jos osalla on peilipintainen viimeistelyvaatimus tai kalvon on oltava optisesti kirkas, sputterointi voittaa. Jos se on poranterä tai muottiterä, kaari yleensä voittaa osakohtaisen hinnan.

Verrattavat tekniset tiedot ennen allekirjoittamista

Kun prosessiperhe on ratkaistu, teknisistä tiedoista tulee lyhyt luettelo kohteista, jotka todella muuttavat sitä, mitä kone voi tehdä osille.

1. Käyttökelpoinen kammion tilavuus, ei ulkomittoja. Pyydä telineen korkeutta ja pyörimishalkaisijaa ja tarkista sitten, kuinka suurin osasi on telineessä.
2. Pumpun pino ja pohjapaine. Tavallinen järjestely on pyörivä siipipumppu, jossa on juuripuhallin ja joko öljydiffuusiopumppu tai turbomolekyylipumppu; saavutettava pohjapaine asettaa kalvon puhtauden katon.
3. Katodiluku, kohteen koko ja kohdemateriaali. Kolmen katodin kone ja 12 katodin kone maksavat eri tavalla ja pinnoittavat eri tavalla.
4. Virtalähteen konfigurointi. Valokaarisyötteet katodeille, tasavirta- tai pulssijännite substraatin pidikkeelle ja keskitaajuiset tai RF-syötteet, kun eristävät oksidikohteet ovat mukana.
5. Alustan pyöriminen. Yksiakselinen pyöritys on halvempaa, kolmiakselinen planeettakierto antaa huomattavasti paremman paksuuden tasaisuuden sekakuormalla.
6. Reaktiivinen kaasunsäätö. Massavirtauksen säätimet eivät yksin riitä nitridi- ja oksidityöhön; osapaineen hallinta tai plasmapäästöjen valvonta pitää prosessin poissa kohdemyrkytysalueelta.
7. Kuorman koko ja kiertoaika. Tuntiosilla on enemmän merkitystä kuin otsikkohinnalla, koska työvoima ja apurahat skaalautuvat tuntien mukaan, eivät kammioiden mukaan.
8. Dokumentointi ja mittaus. Paksuus-, kovuus-, tartunta- ja väritietojen tulee olla osa hyväksymispakettia, ei palvelus.

Oksidikeraamien, kuten Al2O3, ZrO2 ja läpinäkyvien johtavien oksidien, spesifikaatiokeskustelu siirtyy kovuudesta kohti stoikiometriaa, koska kalvon on oltava sähköisesti tai optisesti oikea eikä vain kulutusta kestävä.

Missä tiheät keraamiset kalvot maksavat takaisin

Keraamiset PVD-kalvot ansaitsevat hintansa, kun kolme ehtoa menevät päällekkäin: kuluminen tai korroosio lyhentää osan käyttöikää, pinnan viimeistelyllä on merkitystä ja osa ei kestä ruiskulämpötiloja tai galvanointilinjaa.

Leikkaustyökalut ja muotit

2–4 mikrometrin AlTiN- tai TiCN-kerros pidentää päätyjyrsimien, porien ja muottipuristimien käyttöikää huomattavasti enemmän kuin päällystämätön tai karkaisematon teräs tuottaa, ja se levitetään lämpötiloissa, jotka jättävät työkalun lämpökäsittelyn koskemattomaksi. Aritmetiikka on suoraviivaista: yksi kone voi käsitellä tuhansia työkaluja kuukaudessa murto-osalla siitä, mitä uusi hiomakenno maksaa.

Vaihteisto ja koneen osat

Laakerit, vaihteet, karat ja ruuvikompressorin roottorit hyötyvät matalakitkaisesta DLC:stä tai kulutusta kestävästä CrN:stä. Tässä rajoittava tekijä on yleensä karkaisu. Jos osa karkaistiin 200 celsiusasteessa, päällystysjakson on pysyttävä sen alapuolella, mikä työntää spesifikaatiota kohti kaaria tai sputterointia tiukasti säädetyllä bias-lämmityksellä.

Lääketieteelliset instrumentit ja koristeosat

Kirurgiset terät tarvitsevat pinnoitteen, joka ei tylppä reunaa, joten 1-3 mikrometriä on käytännöllinen ikkuna. Koristeellisella puolella saniteettitavaroiden, astioiden, kellorannekkeiden ja arkkitehtonisten laitteistojen sormenjälkiä estävät ja värilliset keramiikkakerrokset riippuvat paljon enemmän erien välisestä värin yhtenäisyydestä kuin maksimikovuudesta.

Kustannukset, riskit ja hyväksymistesti

Tyhjiöplasmajärjestelmä on tuotantoomaisuus, joten ratkaiseva luku on päällystetyn osan hinta, ei lasku. Kaksi tarjousta, joiden hintaero on 40 prosenttia, voi kääntyä täysin päinvastaiseksi, kun kuorman koko, sykliaika ja kuluvien osien käyttöikä sisällytetään samaan laskelmaan.

Laita hyväksymistesti sopimukseen ja suorita se omilla osillasi, ei toimittajan esittelykupongeilla. Toimiva paketti kattaa:

• Kalvon paksuus mitattuna todellisesta osasta pallokraatterilla tai XRF:llä ilmoitetulla toleranssilla, kuten plus tai miinus 10 prosenttia.
• Mikrokovuus kuormitettuna, normaalisti HV 0,05 tai HV 0,1, kiillotetulla poikkileikkauksella.
• Tartunta Rockwellin C-sisällyksellä HF1-HF4-asteikkoa vasten tai naarmutesti määritellyllä kriittisellä kuormalla.
• Väriero mitattuna spektrofotometrillä, Delta E alle 1,5 erien välillä koristetuotantoa varten.
• Korroosiokyky, kuten suolaruiskutustunnit, jolloin osaa käsitellään tai käytetään ulkona.
• Kolme peräkkäistä tuotantoerää tuotantokoneessa, ja prosessitiedot tallennetaan jokaiselle ajolle.

Vahvista kuluvien osien toimitusketju samalla. Katodilla, kaarivirtalähteillä, bias-syötöillä, diffuusio- tai turbomolekyylipumpuilla, pumppuöljyllä, kohteilla ja haihdutuslangoilla on kaikilla rajallinen käyttöikä, ja kone, joka odottaa kolme kuukautta kohdetta, on kone, joka ei ansaitse. Se auttaa tarkistamaan täydellinen varuste- ja kulutustarvikevalikoima yhdessä paikassa, jotta kammio ja sen varaosat ovat osa samaa neuvottelua.

Mikään näistä ei vaadi syvää tyhjiöfysiikkaa. Ennen ensimmäisen tarjouksen saapumista on päätettävä, tarvitseeko osa ohuen tiiviin keraamisen kalvon vai paksun huokoisen keraamisen kerroksen. Kaikki muut plasmakeraamisen päällystyskoneen valinnat johtuvat tästä yhdestä vastauksesta: kammion geometria, katodiluku, pumppupino, kaasun ohjaus ja lopulta hinta.

Jos seuraava askel on ymmärtää, miten prosessi käyttäytyy todellisilla tuotantopinnoilla, tämä yleiskatsaus miten plasmapinnoite muuttaa pintakäsittelyä on käytännöllinen lähtökohta ennen kuin aloitat lainausten vertailun.