Plasma keramisk belægningsmaskine: procesvalg, specifikationer og købsvejledning

Belægningsudstyr

Plasma keramiske belægningsmaskiner: Tilpasning af processen til delen

To forskellige maskiner gemmer sig bag én søgeterm, og at vælge den forkerte familie koster langt mere end at vælge den dyre.

En værktøjsbutik, der har brug for tre mikrometer aluminiumtitaniumnitrid på 8 mm pindfræsere, vil aldrig komme dertil med en plasmasprøjtebrænder. Et støberi, der belægger to meter udstødningskomponenter med 250 mikrometer zirconia, kommer heller ikke dertil med et lysbuefordampningskammer. Begge processer er plasmakeramisk belægning, begge sælges under det navn, og det er derfor, så mange første citater er teknisk korrekte og kommercielt ubrugelige.

Beslutningsreglen kommer først: fastgør belægningstykkelsen, underlagets temperaturgrænse og delens geometri, før du læser ethvert tilbud. Disse tre variable eliminerer én procesfamilie næsten øjeblikkeligt. Kammerstørrelse, katodeantal, pumpestabel og pris er detaljer, der kan forhandles efterfølgende.

Hvad plasmaet faktisk laver inde i kammeret

Ved vakuumplasmaaflejring er plasma ikke belægningen. Det er transportmediet. En katode bliver ramt af en lavspændings-, højstrømsbue i multi-arc ion-plettering eller bombarderet af magnetisk indesluttede gasioner under sputtering, og dampen forlader kilden allerede ioniseret. I katodisk lysbuekilder er ioniseringsfraktionen høj nok til, at det meste af det, der når delen ankommer som ladede partikler i stedet for neutrale atomer.

Ladede partikler er årsagen til, at filmen er tæt. En negativ forspænding på substratholderen, typisk 50 til 200 volt, accelererer disse ioner ind i overfladen med ti til et par hundrede elektronvolt energi. Den påvirkning pakker det voksende lag, lukker porøsiteten og forankrer det til underlaget. Tilføj en reaktiv gas og metalplasmaet bliver en keramisk forbindelse på overfladen: nitrogen for TiN, CrN og AlTiN, acetylen til DLC og TiCN, oxygen til aluminiumoxid og zirconiumoxid.

Det samme plasma renser delene. Inden aflejringen begynder, sputter et argonionbombardementtrin oxidlag og rester væk på atomniveau. Vedhæftningssvigt spores langt oftere tilbage til dette stadium end til selve belægningen, især på rustfrit stål og hærdet værktøjsstål.

Et citat, der kun siger "PVD-belægningsmaskine" skjuler en tidobbel forskel i filmtykkelse og flere hundrede graders forskel i substrattemperatur.

For nitridkeramik på værktøj, forme og sliddele forbliver multi-arc ion-plettering arbejdshesten, fordi aflejringshastigheden er høj, og ionenergien er indbygget i processen i stedet for at tilføjes efterfølgende.

Plasmaspray og vakuumplasmaaflejring sammenlignet

De to familier præsenteres ofte som alternativer. De er ikke konkurrenter så meget som forskellige svar på forskellige spørgsmål om tykkelse, temperatur og finish.

Den tredje og fjerde kolonne er begge vakuumprocesser, men de er ikke udskiftelige. Buekilder aflejrer hurtigere og holder vedhæftning på kompleks geometri. Sputtering kilder aflejrer langsommere, men producerer jævnere film og langt bedre kontrol over oxidstøkiometri. Hvis delen har et spejlfinishkrav, eller filmen skal være optisk klar, vinder sputtering. Hvis det er en borekrone eller en formindsats, vinder buen normalt på pris pr. del.

Specifikationer, der skal sammenlignes, før du underskriver

Når procesfamilien er afklaret, bliver specifikationsarket en kort liste over elementer, der reelt ændrer, hvad maskinen kan gøre for dine dele.

1. Brugbart kammervolumen, ikke udvendige mål. Spørg efter stativhøjde og rotationsdiameter, og tjek derefter, hvordan din største del sidder på armaturet.
2. Pumpestak og bundtryk. En roterende vingepumpe med en rodblæser og enten en oliediffusionspumpe eller en turbomolekylær pumpe er det sædvanlige arrangement; det opnåelige basistryk sætter loftet på filmens renhed.
3. Katodeantal, målstørrelse og målmateriale. En tre-katode-maskine og en tolv-katode-maskine koster forskelligt og dækker forskelligt.
4. Strømforsyningskonfiguration. Lysbueforsyninger til katoderne, DC eller pulseret forspænding til substratholderen og mellemfrekvente eller RF-forsyninger, når der er tale om isolerende oxidmål.
5. Rotation af underlag. Enkeltakset rotation er billigere, treakset planetrotation giver mærkbart bedre tykkelsesensartethed over en blandet belastning.
6. Reaktiv gaskontrol. Massestrømsregulatorer alene er ikke nok til nitrid- og oxidarbejde; partialtrykskontrol eller plasmaemissionsovervågning holder processen ude af målforgiftningszonen.
7. Belastningsstørrelse og cyklustid. Dele i timen betyder mere end den overordnede pris, fordi arbejdskraft og forsyninger skaleres med timer, ikke med kamre.
8. Dokumentation og måling. Tykkelse, hårdhed, vedhæftning og farvedata bør være en del af acceptpakken, ikke en tjeneste.

For oxidkeramik som Al2O3, ZrO2 og transparente ledende oxider skifter specifikationssamtalen væk fra hårdhed og mod støkiometri, fordi filmen skal være elektrisk eller optisk korrekt i stedet for blot at være slidstærk.

Hvor tætte keramiske film betaler sig tilbage

Keramiske PVD-film tjener deres omkostninger, hvor tre forhold overlapper hinanden: slid eller korrosion forkorter delens levetid, overfladefinishen har betydning, og delen kan ikke overleve spraytemperaturer eller en galvaniseringslinje.

Skæreværktøj og forme

Et 2 til 4 mikrometer AlTiN- eller TiCN-lag forlænger levetiden for pindfræsere, bor og forme langt ud over, hvad ubelagt eller uhærdet stål leverer, og det påføres ved temperaturer, der efterlader værktøjets varmebehandling intakt. Regnestykket er ligetil: én maskine kan behandle tusindvis af værktøjer om måneden for en brøkdel af, hvad en ny slibecelle koster.

Transmission og maskindele

Lejer, gear, spindler og skruekompressorrotorer nyder godt af lavfriktions-DLC eller slidstærkt CrN. Her er den begrænsende faktor normalt temperering. Hvis en del blev tempereret ved 200 grader Celsius, skal belægningscyklussen forblive under det, hvilket skubber specifikationen mod bue eller sputtering med stramt kontrolleret bias-opvarmning.

Medicinske instrumenter og dekorative dele

Kirurgiske blade har brug for en belægning, der ikke gør kanten stump, så 1 til 3 mikrometer er det praktiske vindue. På den dekorative side afhænger anti-fingeraftryk og farvede keramiske lag på sanitetsartikler, service, urremme og arkitektonisk hardware langt mere af batch-to-batch farvekonsistens end af maksimal hårdhed.

Omkostninger, risiko og accepttesten

Et vakuumplasmasystem er et produktionsaktiv, så det antal, der betyder noget, er prisen pr. coated del, ikke fakturaen. To tilbud med en prisforskel på 40 procent kan vende fuldstændigt, når laststørrelse, cyklustid og forbrugsvarelevetid er inkluderet i den samme beregning.

Sæt accepttesten i kontrakten og kør den på dine egne dele, ikke på leverandørens demonstrationskuponer. En brugbar pakke dækker:

• Filmtykkelse målt på den faktiske del ved kuglekrater eller XRF, med en angivet tolerance såsom plus eller minus 10 procent.
• Mikrohårdhed under belastning, normalt HV 0,05 eller HV 0,1, på et poleret tværsnit.
• Vedhæftning ved Rockwell C-indrykning mod HF1 til HF4-skalaen, eller en ridsetest med en defineret kritisk belastning.
• Farveforskel målt på et spektrofotometer, med Delta E under 1,5 mellem batches til dekorativ produktion.
• Korrosionsevne såsom saltspraytimer, hvor delen skal håndteres eller bruges udendørs.
• Tre på hinanden følgende produktionsbatches, på produktionsmaskinen, med procesdataene registreret for hver kørsel.

Bekræft samtidig sliddelens forsyningskæde. Katoder, lysbuestrømforsyninger, bias-forsyninger, diffusions- eller turbomolekylære pumper, pumpeolie, mål og fordampningsledninger har alle begrænsede levetider, og en maskine, der venter tre måneder på et mål, er en maskine, der ikke tjener. Det hjælper at gennemgå komplet udvalg af udstyr og forbrugsstoffer ét sted, så kammeret og dets reservedele indgår i samme forhandling.

Intet af dette kræver dyb vakuumfysik. Det kræver, inden det første tilbud kommer, at tage stilling til, om delen skal have en tynd tæt keramisk film eller et tykt porøst keramisk lag. Ethvert andet valg om en plasma keramisk belægningsmaskine følger af det eneste svar: kammergeometri, katodetal, pumpestabel, gaskontrol og i sidste ende pris.

Hvis næste trin er at forstå, hvordan processen opfører sig på rigtige produktionsflader, kan denne oversigt over hvordan plasmabelægning ændrer overfladebehandling er et praktisk udgangspunkt, før du begynder at sammenligne tilbud.