Ионно-плазменное напыление

Ионно-плазменное напыление

Под этим названием чаще всего имеют в виду дуговое испарение — процесс, родственный магнетронному распылению, но устроенный иначе. Оба относятся к семейству PVD и оба дают на выходе нитрид титана. Разница в том, как титан переводят в паровую фазу, и она заметна на результате.

Общая часть

В обоих случаях внутри вакуумной камеры происходит одно и то же по смыслу.

Титан из твёрдого состояния переводят в парообразное. В камеру подают азот. Титан и азот соединяются, и на поверхности детали растёт слой нитрида титана — того самого золотистого соединения. Деталь при этом находится под отрицательным потенциалом, чтобы ионы шли к ней направленно.

Различается способ, которым титан отрывают от мишени.

Дуговое испарение

На титановом катоде зажигают электрическую дугу. В точке горения дуги температура такая, что металл испаряется, причём испаряется он сразу в сильно ионизированном виде.

Это даёт высокую степень ионизации потока и высокую скорость осаждения. Покрытие получается плотным, с хорошим сцеплением. Метод давно освоен на режущем инструменте: сверло, фреза и метчик с золотистым слоем сделаны обычно именно так.

Есть характерный побочный эффект: капельная фаза. Вместе с паром дуга выбрасывает микрокапли расплавленного титана, которые застывают на поверхности отдельными частицами. На сверле это никого не волнует. На зеркальном листе площадью в несколько квадратных метров такие включения видны как мелкая сыпь и как локальные точки другого оттенка.

С капельной фазой борются сепараторами и фильтрами, но полностью убрать её сложно, а фильтрация снижает производительность.

Магнетронное распыление

Здесь дуги нет. Мишень бомбардируют ионами рабочего газа, и они выбивают атомы титана механически, по одному. Магнитное поле удерживает плазму у поверхности мишени и делает процесс устойчивым.

Металл уходит с мишени атомарно, расплава не образуется, поэтому капель нет. Слой растёт медленнее и ровнее, и на большой площади получается однороднее по цвету.

Именно это свойство решает для декоративного листа: там, где важен одинаковый оттенок на трёх метрах длины и на всей партии, магнетрон выигрывает. Развёрнуто про процесс — в статье магнетронное напыление.

Сравнение

Про терминологию

В обиходе «напыление» и «распыление» используют как синонимы, хотя в технической литературе они означают разное: напыление — про нанесение на деталь, распыление — про то, что происходит с мишенью.

Отдельно стоит помнить, что и дуговое испарение, и магнетрон, и ещё несколько технологий — это всё PVD. Само сокращение говорит только о том, что вещество переносится физически через паровую фазу, без химических реакций на поверхности. Разбор — что такое PVD-покрытие.

Что стоит у нас

Магнетронная установка. Мы делаем декоративный лист, и для него важнее равномерность, а не скорость.

Мы не покрываем инструмент, штампы и другие изделия, где дуговой процесс уместнее.

Частые вопросы

Цвет получается одинаковый у обоих методов?

Соединение одно и то же, поэтому базовый оттенок близкий. Разница проявляется в равномерности на площади и в чистоте поверхности.

Какой метод прочнее?

Твёрдость слоя определяется соединением и режимом, а не только способом испарения. Прямого сравнения мы не проводили и цифр не приводим. Что известно про твёрдость нитрида титана — здесь.

Можно ли покрыть деталь сложной формы?

Осаждение идёт по прямой от источника, поэтому теневые зоны прокрываются хуже. Для листа это не проблема, для объёмной детали — вопрос оснастки и вращения.

Сколько держится вакуум и почему это дорого?

Камеру откачивают перед каждым циклом, и это занимает существенную часть времени процесса. Отсюда и логика цены: она зависит не только от площади, но и от загрузки камеры. Разбор — цена покрытия.

Что делать дальше

Процесс проще один раз увидеть. Мы показываем производство и камеру: приезжайте с образцом задачи.

Приехать и посмотреть камеру