Магнетронное напыление

Магнетронное напыление

Магнетронное распыление — один из способов PVD, то есть физического осаждения из газовой фазы. Именно им наносят нитрид титана на листы нержавеющей стали.

Разберём процесс по шагам, потому что из его устройства следуют почти все практические ограничения: почему берут только лист, почему цена зависит от загрузки камеры и почему покрытие нельзя восстановить локально.

Что происходит в камере

Подготовка. Лист очищают и обезжиривают. Любая плёнка на поверхности — жир, пыль, следы пальцев — станет дефектом под покрытием. Подробнее — в статье про подготовку поверхности.

Загрузка садки. Листы расставляют внутри камеры так, чтобы каждый был доступен потоку от источника. Раскладка — отдельная работа: от неё зависит равномерность покрытия.

Вакуум. Из камеры откачивают воздух. Это нужно, чтобы частицы летели от источника до детали без столкновений с молекулами газа.

Нагрев и очистка ионами. Поверхность дополнительно очищают в плазме, снимая с неё остаточные загрязнения на уровне атомов.

Распыление мишени. Титановую мишень бомбардируют ионами инертного газа. Атомы титана выбиваются с её поверхности и летят в сторону деталей. Магнитное поле удерживает плазму у мишени — отсюда «магнетронное».

Реактивный газ. В камеру подают азот. Титан соединяется с ним прямо на поверхности детали, и растёт слой нитрида титана — того самого золотистого соединения. Меняя режим и состав газа, получают разные оттенки палитры.

Остывание и выгрузка. Камеру возвращают к атмосферному давлению, партию достают.

Что из этого следует

Покрытие идёт по прямой от источника. Частицы летят прямолинейно, поэтому там, куда поток не попадает, слоя не будет. Плоский лист — идеальная геометрия для такого процесса. Сложное изделие с полостями и обратными сторонами покрывается неравномерно, и это одна из причин, по которой мы работаем только с листом.

Цикл занимает время независимо от загрузки. Откачка вакуума, нагрев и остывание идут одинаково для одного листа и для полной садки. Отсюда прямая связь цены с объёмом партии — разбор в статье про минимальную партию.

Слой растёт на поверхности, а не ложится плёнкой. Он не отслаивается и не сколупывается, но и восстановить его локально нельзя: нужна та же камера и та же подготовка. Разбор — в статье про царапины.

Режим определяет цвет. Оттенок задаётся параметрами процесса, а не красителем. Небольшая разница между загрузками поэтому естественна: она отражает разброс режима — подробнее.

Есть и другой способ перевести титан в пар — дуговое испарение, которое чаще называют ионно-плазменным напылением. Чем он отличается и почему для листа выбирают магнетрон, разобрано в отдельной статье.

Размер камеры имеет значение

Наша камера — 55 м³, и лист 3000 × 1500 мм входит в неё целиком. Это не только про удобство: если лист не помещается, его приходится резать до покрытия, а значит на объекте появляются лишние стыки и торцы цветом стали.

Приехать и посмотреть камеру можно на производстве в Химках. По опыту это объясняет технологию лучше любой статьи.

Частые вопросы

Чем магнетронное распыление отличается от дугового испарения?

Это разные способы получить поток металла. У каждого свои особенности по равномерности слоя и по характеру поверхности. Общий обзор — в статье про виды PVD-покрытий.

Насколько толстый получается слой?

Микроны. Разбор — в статье про толщину покрытия.

Покрытие наносится с двух сторон?

Зависит от раскладки садки и задачи. Обычно покрывают лицевую сторону: тыльная в конструкции не видна.

Это вредное производство?

Процесс идёт в вакууме и без гальванических ванн и кислотных стоков. Сравнение с гальваникой — в статьях про экологичность и гальванику.

Можно ли нанести покрытие поверх старого?

Нет. Поверхность нужно готовить заново, а старый слой этому мешает.

Что делать дальше

Если решение принимается на техническом уровне — приезжайте на производство в Химках. Показать камеру и садку проще, чем описать.

Приехать и посмотреть камеру