Для приобретения товарного вида и определенных технических свойств на современном производстве все готовые изделия покрываются различными материалами. Особенно актуальным этот вопрос является для металлических деталей, где покрытие играет не столько декоративную роль, сколько защищает металл от коррозии и прочих вредных факторов окружающей среды.

Вакуумное напыление

В современном производстве самой продвинутой технологией нанесения покрытий на детали является вакуумное напыление. Технология заключается в прямой конденсации пара наносимого покрытия на поверхность детали. Определяется три основных стадии такого напыления:

Испарение вещества, из которого будет создаваться покрытие;

Перенос созданного пара к поверхности, на которую вещество будет наноситься;

Конденсация пара на поверхность детали и создание покрытия из него.

Установка для хромирования литых дисков

Методы вакуумного напыления

Помимо вакуума, в напылении могут учувствовать и другие физические процессы. Нижеприведенная классификация также будет касаться и веществ, которые будут напыляться на поверхность.

Вакуумно-плазменное напыление

Вакуумно-дуговое нанесение покрытий проводится по следующему механизму. Катодом выступает поверхность, на которую необходимо нанесение пленки, анодом выступает подложка газоразряда. Когда дуга накаляет атмосферу до предельной температуры, происходит переход напылительного материала в газообразную фазу и перенос его к катоду. Затем молекулы напылителя конденсируются на поверхности изделия, образуя однородный слой. Однородность в установках вакуумно-дугового напыления может быть отрегулирована вплоть до получения исходного изделия с разводами напылителя.

Такая сложная технология применяется для нанесения сверхтвердых покрытий на режущие и сверлящие инструменты. Крепкие износостойкие буры для перфораторов создаются с помощью вакуумно-плазменного напыления.

Высокопрочные буры для перфоратора

Ионно-вакуумное напыление

Считается самым экологически чистым способом нанести покрытие на любую металлическую поверхность. Минус заключается в дорогостоящем оборудовании, далеко не каждое предприятие может себе позволить его покупку и установку.

Жесткие требования также предъявляются к чистоте поверхности, однако конечный результат превосходит все ожидания. Нанесенное покрытие отличается высокой однородностью, прочностью и износоустойчивостью, поэтому таким способом напыляют покрытия на детали и механизмы, которые будут эксплуатироваться в жестких климатических условиях. Является последней операцией, после которой дальнейшая обработка деталей не допускается – ни сварки, ни резки быть не должно.

Вакуумное напыление алюминия

Нанесение алюминия считается самым популярным способом металлизации практически любой поверхности. Универсальность алюминия позволяет наносить его на такие необычные поверхности, как пластик и стекло, причем, в отличие от остальных металлов, здесь не нужно дополнительное лаковое покрытие для прочности. Алюминий обычно используется в декоративных целях – им обрабатываются автомобильные аксессуары и отражатели для фар, косметические элементы, ручки шкафов и дверей, швейные принадлежности. Этот металл хоть и не отличается высокой прочностью, однако отработка технологии позволила сильно уменьшить стоимость такого напыления, делав его самым распространенным в мире.

Отражатель автомобильной фары с алюминиевым покрытием

Вакуумное напыление металлов

Помимо алюминия, имеется ряд не менее распространенных металлов для напыления. Благодаря различным физическим и химическим свойствам они нашли применение абсолютно во всех отраслях промышленности. Основные назначения напыленных металлов:

улучшение проводимости;

повышение изоляции;

придание износоустойчивых и антикоррозийных свойств.

Регулирование температуры при нанесении слоя покрытия позволяет придать конечному изделию практически любой оттенок, этим часто пользуются для нанесения покрытий «под золото» (используются никеле-титановые сплавы).

Широкое распространение напыление титана и серебра нашли в медицине. Эти уникальные металлы очень хорошо взаимодействуют с организмом человека и имеют антибактериальные свойства. Имплантаты и хирургические инструменты (а также стоматологические и прочие) практически везде имеют напыление серебра – высокая гарантия прочности и стерильности инструмента.

Вакуумное ионно-плазменное напыление

Под воздействием высоких температур покрытие не просто конденсируется на поверхности детали, оно буквально запекается на нем, что придает конечному изделию очень высокие технические характеристики – износоустойчивость при механическом воздействии и хорошую сопротивляемость жестким погодным условиям.

Установка вакуумного напыления УВН

Приборы типа УВН – современные высокотехнологические установки вакуумного напыления. В зависимости от назначения, может оборудоваться любыми устройствами для испарения вещества и его переноса на поверхность детали. Строение:

Технологическая камера закрытого типа – область, где размещается деталь, которая обрабатывается в процессе вакуумного напыления.

Блок управления – панель с кнопками и регуляторами, которые позволяют задавать все необходимые параметры перед началом работы. Современные варианты установок вакуумного напыления оборудованы цифровыми дисплеями для отображения параметров процесса в реальном времени.

Корпус установки скрывает под собой все важные механические и электронные узлы агрегата, защищая их от случайного и несанкционированного вмешательства, а также обеспечивая безопасность оператору станка. В зависимости от размера машины, комплектуется колесиками (с тормозными колодками, для маленьких моделей), либо устанавливается стационарно (для мощных и производительных камер).

Классическая УВН

Для изменения основных свойств металла, пластика, керамики или других материалов может проводиться процесс металлизации. Вакуумная металлизация – один из наиболее распространенных методов напыления металла, за счет чего образуется защитная поверхность с определенными свойствами, несвойственными подложке. Рассмотрим особенности технологии вакуумной металлизации подробнее.

Технологический процесс вакуумной металлизации

Рассматриваемый метод обработки деталей применяется достаточно давно. Вакуумная металлизация – процесс, основанный на испарении и выпадении конденсата материала на подложку. Среди особенностей данного процесса следует отметить нижеприведенные моменты:

Универсальность и высокая эффективность метода определяет его большое распространение. В будущем ожидается более обширное применение процесса металлизации полимерных и других материалов. Развитие рассматриваемого метода обработки связывают с совершенствованием используемого оборудования. Так современные вакуумные установить позволяют автоматизировать процедуру металлизации деталей, повысить качество получаемых поверхностей, снизить себестоимость получаемых изделий. Единственное препятствие на пути развития данной отрасли – высокая стоимость современного оборудования и возникающие сложности при его установке, использовании и обслуживании.
Технологический процесс вакуумной металлизации достаточно сложен, на результате отражается условие проведения каждого этапа. При нагреве материала, который должен стать будущим покрытием, он претерпевает большое количество изменений. Примером можно назвать то, что изначально покрытие испаряется, затем происходит адсорбция, после чего выпадение конденсата и кристаллизация для закрепления слоя на поверхности.
На качество получаемого результата оказывает воздействие достаточно большое количество факторов, среди которых отметим физико-химические качества подложки, выдерживаемые условия проведения металлизации.
Образование напыляемого покрытия при металлизации происходит в два основных этапа: перенос энергии и массы от источника к поверхности и их распределение по всей подложке.

Установка для вакуумной металлизации

Технология вакуумной металлизации подходит для обработки самых различных деталей. В качестве примера можно привести рулонные материалы из пластика или пластмассы.

Типовая технология состоит из нескольких основных этапов:

Подготовка детали к проводимому процессу. Среди требований, которые предъявляются к детали можно отметить отсутствие острых кромок и скрытых участков от прямолинейного попадания конденсата. Вакуумная металлизация пластмасс или других материалов возможна только в том случае, если фора заготовки не сложная.
Обезжиривание и сушка. Некоторые материалы могут содержать большое количество адсорбированной влаги, к примеру, полимеры. Сушка проводится при температуре около 80 градусов Цельсия, время выдержки составляет 3 часа. Обезжиривание уже проводится в вакуумной камере на подготовительном этапе. Технология обезжиривания предусматривает разматывание рулона и воздействие тлеющего разряда. Как показывают результаты проведенных исследований, выполнение отжига на стадии подготовки полимеров благоприятно сказывается на структуре рассматриваемого материала, так как существенно снижается показатель внутреннего напряжения. Вакуумная рулонная металлизация должна проводится с исключением вероятности образования складок на этапе подготовке заготовки, так как их можно назвать дефектов.
Этап активационной обработки поверхности. Вакуумная металлизация пластика и других материалов предусматривает активацию поверхности. При этом могут использоваться самые различные методы активации, выбор которых зависит от качеств самого материала. Данный процесс предназначен для повышения показателя адгезии поверхности.
Нанесение вещества на поверхность. В большинстве случае вакуумная металлизация алюминия или другого сплава проходит при применении резистивного метода испарения при условии воздействия температуры. Вольфрамовая технология испарения применяется намного реже, так как предусматривает нагрев среды до небольшой температуры, в результате чего испаритель разрушается за минимальные сроки.
Заключительный этап касается контроля качества металлизации. Если наносимый слой носит декоративный характер, то в большинстве случаев контроль качества заключается в регистрации оптических свойств. Кроме этого уделяется внимание равномерности напыления, прочности соединения поверхностного слоя и структуры.

Результат вакуумной металлизации

Технология вакуумной металлизации пластмасс и других материалов сложна, для получения качественной поверхности нужно соблюдать все условия обработки.

Область применения вакуумной металлизации

При рассмотрении области применения данной технологии отметим, что она может применяться для покрытия следующих материалов:

пластика;
алюминия;
различных полимеров;
стекла;
керамики;
металлов.

Наибольшее распространение получила металлизация пластмассовых изделий. Это связано с тем, что подобным образом изделие из дешевого пластика приобретает более привлекательный вид.

Если нужно сэкономить на производстве, но при этом обеспечить высокие декоративные качества, проводится напыление алюминия или других металлов.

Примером назовем изготовление деталей автомобилей, которые используются при отделке салона. Китайские и японские автопроизводители давно начали применять рассматриваемую технологию для удешевления своих автомобилей. При этом применение вакуумной металлизации проводится не только в декоративных целях, за счет более высокой прочности поверхностного слоя детали служат дольше, снижается степень трения. Однако металлизация не позволяет повысить прочность всего полимерного изделия.

Данная технология применяется и при производстве различных вещей, применяемых в быту, недорогих украшений. Большое распространение связано с тем, что поверхностный слой не истирается на протяжении длительного периода эксплуатации. Ранее применяемые технологии напыления не предусматривали создание высокой адгезии между подложкой и декоративным покрытием.

Преимущества вакуумной металлизации

У данной технологии есть довольно большое количество преимуществ:

Возможность автоматизации процесса. Как ранее было отмечено, устанавливаемое оборудование позволяет максимально автоматизировать рассматриваемый процесс, за счет чего снижается вероятность появления дефектов из-за ошибки человека.
Получаемая поверхность будет равномерной, что обеспечивает привлекательный вид и высокие эксплуатационные качества детали. Как правило, после металлизации поверхность полимеров напоминает шлифованный металл.
При соблюдении технологии напыления поверхностный слой может прослужить в течении многих лет. Этап контроля качества позволяет исключить вероятность откалывания поверхностного напыляемого слоя или его быстрое истирание.
Подобным образом можно придать изделию самые различные качества: коррозионную стойкость, электрическую проводимость, уменьшить степень трения, повысить твердость поверхности. В большинстве случаев вакуумная металлизация применяется для декорирования деталей.
Основные эксплуатационные качества подложки остаются практически неизменными. Нагрев материала при этапе просушки проходит до температуры, которая не приведет к перестроению его структуры.
Технология может применяться на финишном этапе изготовления детали. При правильном выполнении всех этапов проводить доработку обрабатываемых деталей не нужно.

Если рассматривать недостатки, то следует отметить сложность процесса перехода напыляемого вещества из одного состояния в другой. Обеспечить требуемые условия можно исключительно при установке специального оборудования. Поэтому своими руками провести вакуумную металлизацию с обеспечением высокого качества поверхности практически не возможно.

В заключение отметим, что даже небольшая толщина металлического слоя на полимерном покрытии способна придать полимерам металлический блеск и электропроводность, защитить структуру от воздействия солнечного света и атмосферного старения. При этом создаваемый слой может иметь толщину всего несколько долей миллиметра, за счет чего вес изделия остается практически неизменным. Кроме этого вакуумная металлизация позволяет получить совершенно уникальный материал, который будет обладать гибкостью и легкостью, а также свойствами, которые присущи металлам.

Режущие инструменты, покрытые напылением

Вакуумное напыление - обработка поверхности, нанесение слоев материала на подложку.

Наносимые материалы:

металлы (например, кадмий, хром, медь, никель, титан)

неметаллы (например, керамические матричные композиты из углерода / углерода, карбид углерода / кремния и т. д.)

Технологии осаждения паров включают процессы, которые переводят материалы в парообразное состояние путем конденсации, химической реакции. Когда паровая фаза создается из жидкого или твердого источника, это называется физическим осаждением из паровой фазы (PVD). При получении химической реакции происходит известен как химическое осаждение из паровой фазы (CVD).Вакуумное напыление происходит с плазмой или без нее. Вакуумная среда имеет следующие преимущества:

Уменьшение плотности частиц

Уменьшение плотности частиц нежелательных атомов и молекул

Обеспечение появления плазмы

Возможность регулирования состава газов и паров

Возможность управления массовым потоком в камере

Осаждение паров добавляет материал только на поверхность, оставляя большую часть объекта относительно неизменной. В результате свойства поверхности обычно изменяются без значительных изменений микроструктуры подложки.

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD напыление)

Физическое осаждение из паровой фазы представляет собой тонкопленочный метод, при котором покрытие наносится поверх всего объекта, а не в определенные области. Всё вакуумное напыление PVD объединяют:

Нанесение металлов

Активный газ, такой как азот, кислород или метан

Плазменная бомбардировка подложки для обеспечения плотного твердого покрытия

Основными методами вакуумного напыления PVD являются ионное нанесение, ионная имплантация, распыление и лазерное поверхностное легирование. Общий принцип один: газифицированный материал конденсируется на материале подложки для создания желаемого слоя. Таким образом, здесь не происходит химических реакций.

Ионное покрытие в вакууме

Плазменное ионное покрытие используется для осаждения металлов, таких как титан, алюминий, медь, золото и палладий на поверхности составной части. Толщина обычно составляют от 0,008 до 0,025 мм. Преимущества: адгезия, чистота поверхности, очистка поверхности подложки перед нанесением пленки и корректировка свойств пленки (например, морфология, плотность и остаточное напряжение пленки).

Недостатки: необходимость жестко контролировать параметры обработки, потенциальное загрязнение, активируемое в плазме, и возможное загрязнение частиц бомбардируемого газа.

Типичные области применения: рентгеновские трубки, трубопроводные резьбы, используемые в химических средах, лопасти турбины авиационных двигателей, стальные буровые долота, зубчатые колеса, высокоточные литьевые формы, алюминиевые вакуумно-уплотнительные фланцы, декоративные покрытия и антикоррозионная защита в ядерных реакторах.

Ионная имплантация

Ионная имплантация не создает дискретного покрытия, скорее, изменяет элементный химический состав существующей поверхности подложки путем легирования. Азот, например, используется для повышения износостойкости металлов. Чистота поверхности имеет важное значение для данной технологии. Предварительная обработка (например, обезжиривание, полоскание и ультразвуковая очистка) для удаления любых поверхностных загрязнений перед имплантацией очень важно. Время осаждения зависит от температурного сопротивления заготовки и требуемой дозы имплантации.

Ионная имплантация может использовать любой элемент, который может испаряться и ионизироваться в вакуумной камере. Преимущества этого процесса включают воспроизводимость, ликвидацию последующей обработки и минимальное образование отходов. Ионная имплантация не обеспечивает стабильной отделки, если покрытие подвергается воздействию высоких температур.

Ионная имплантация используется в качестве противоизносной обработки для компонентов с высокой стоимостью, таких как биомедицинские устройства (например, протезы), инструменты (например, пресс-формы, штампы, пуансоны, режущие инструменты и вставки). Другие промышленные применения включают нанесение золота, керамики и других материалов на подложки из арсенида пластика, керамики, кремния и галлия для полупроводниковой промышленности.

Распыление и вакуумное напыление

Распыление - нанесения, который изменяет физические свойства поверхности. Здесь газовый плазменный разряд устанавливается между двумя электродами: материалом катода и анодной подложкой. Пленки получаются очень тонкие, от 0,00005 до 0,01 мм. Данным способом часто наносятся хром, титан, алюминий, медь, молибден, вольфрам, золото и серебро.

Пленки с нанесенным слоем обычно используются в декоративных приложениях, таких как браслеты, очки и украшения. Электронная промышленность использует вакуумное напыление (например, проводка тонкой пленки на чипах и записывающих головах, а также магнитные и магнитооптические носители записи). Компании также используют осаждение вакуумным напылением для производства отражающих пленок для архитектурного стекла. В пищевой упаковочной промышленности используется распыление для производства тонких пластиковых пленок для упаковки. По сравнению с другими процессами осаждения напыление является относительно недорогим.

Поверхностное легирование

Поверхностное легирование с использованием лазеров: впрыскивание другого материала в расплав. Поверхностная обработка данным способом даёт высокотемпературные характеристики, износостойкость, улучшенную коррозионную стойкость, лучшие механические свойства и улучшенный внешний вид. Одним из многих методов лазерного легирования поверхности является лазерное плакирование. Общая цель лазерного плакирования - выборочно обработать определенную область. В лазерном плакировании тонкий слой металла (или порошкового металла) соединяется с основным металлом посредством обработки температурой и давлением. Перемещение подложки под пучком и перекрывающиеся дорожки осаждения могут охватывать большие площади. Предварительная обработка не является критичной, хотя поверхность может потребовать шероховатости перед осаждением. После выполняют шлифование или полировку.

Лазерное плакирование может использовать большинство тех же материалов, что и технологии термического напыления. Материалы, которые легко окисляются, трудно осаждать без использования инертного газа. Скорости осаждения зависят от мощности лазера и скорости перемещения. Толщина может варьироваться от нескольких сотен микрон до нескольких миллиметров. Однако, если плотность слишком высокая, возможно образование трещин и расслоение, как в случае алюминия и некоторых сталей. Эта технология также не способна покрывать области, которые находятся вне зоны видимости.

Химическое осаждение из паровой фазы (СVD напыление)

В процессах CVD химическая смесь реагентного газа контактирует с подложкой и затем осаждается в нее. Газы подаются в камеру при нормальных давлениях и температурах, в то время как твердые вещества и жидкости требуют высоких температур и / или низкого давления.

Процесс разложения может быть ускорен или ускорен с использованием тепла, плазмы или других процессов. Химическое осаждение из паровой фазы включает в себя распыление, ионное покрытие, CVD с повышением температуры, CVD с низким давлением, CVD с улучшенным лазерным излучением, активное реактивное испарение, ионный пучок, лазерное испарение и другие варианты. Эти процессы обычно отличаются способами, с помощью которых инициируются химические реакции и обычно классифицируются по рабочему давлению.

Основными шагами в процессах вакуумного напыления CVD являются:

Формирование реакционной газовой смеси

Массовый перенос газа-реагента через пограничный слой на подложку

Адсорбция реагентов на субстрате

Реакция адсорбентов с образованием осадка

Предварительная обработка включает механическую и / или химическую очистку (например, ультразвуковую очистку и / или обезжиривание паром), а затем в некоторых случаях путем хонингования паром (для улучшения адгезии). Кроме того, камера осаждения должна быть чистой, герметичной и не содержать пыли и влаги.

Вакуумное напыление CVD используется для защиты от коррозии и износостойкости и применяется к материалам для получения конкретных свойств, которые трудно получить при других процессах. Наиболее часто используемыми металлами в CVD являются никель, вольфрам, хром и карбид титана.

Большинство приложений находятся в электронике оптической, оптоэлектрической, фотоэлектрической и химической промышленности. CVD используется для нанесения покрытий и формирования фольги, порошков, композиционных материалов, отдельно стоящих тел, сферических частиц, нитей и усов.

Вакуумное напыление нитрида титана и титанового карбонитрида

Основы процесса

Нитрид титана (TiN) может наноситься с использованием либо PVD, либо CVD-методов. Для высокоскоростных стальных применений обычно предпочтительны процессы PVD. Однако процессы PVD имеют определенные ограничения в отношении геометрии компонентов, необходимость вращения детали для достижения однородности и температуры

Температура обработки CVD обычно составляет от 850 до 1100°C. Основная химическая реакция (Уравнение 1) в CVD- для получения слоя TiN находится между тетрахлоридом титана (TiCl4), азотом (N) и водородом (H):

2TiC1 4 + N 2 + 4H 2 → 2TiN + 8HC1

В отличие от этого, процессы вакуумного напыления PVD работают при гораздо более низких температурах, в диапазоне от 400 до 600 C (750 - 1100ºF) или ниже. Процессы PVD полагаются на ионную бомбардировку вместо высоких температур (как в случае CVD) в качестве движущей силы. Покрываемую подложку помещают в вакуумную камеру и нагревают до температуры. Материал Ti, испаряется и химически активный газ, такой как N 2 вводится и ионизированный; Испаренные атомы титана затем взаимодействуют с ионизированным азотом с образованием соединения TiN, которое откладывается на подложке. Существует три основных процесса PVD для инструментов: испарение, вакуумное напыление и реактивное ионное покрытие, отличающееся главным образом тем, как испаряется реагирующий металл.

Покрытия из карбонитрида титана (TiCN) имеют немного более высокую твердость по сравнению с TiN и могут демонстрировать несколько меньший коэффициент трения во многих областях применения. Они в основном используются для достижения повышенной абразивной износостойкости.

Вакуумное напыление PVD широко используется для высокоскоростных и инструментальных сталей, поскольку температуры процесса CVD попадают в диапазон, в котором закаливаются некоторые инструментальные стали. Может потребоваться обработка после нанесения покрытия (повторное упрочнение и повторное закаливание). Эти обработки могут влиять на адгезию и размеры покрытия.

Напыление вакуумное является переносом вещества (его частиц), которое напыляют, на твердую поверхность. Оно осуществляется способом конвективного перемещения с давлением около 1 Па. При напылении каждая частица ведет себя совершенно по-разному. Некоторые способны отразиться от напыляемой поверхности, другие - приспособиться, но через какое-то время вовсе покинуть поверхность. И только небольшая часть сможет прижиться в теле опыляемого вещества, поэтому установка вакуумного напыления представляет собой достаточно сложное оборудование. Если использовать большую энергию вместе с высокой температурой, но при этом иметь маленькое химсродство материала, то большинство частиц будет отражено поверхностью.

Особенности установки вакуумного напыления

Температура, выше которой отражается весь объем частиц напыления, а также частицы, не способные взаимодействовать с веществом, именуется критической температурной точкой напыления вакуумом. Нужно внимательно следить во время осуществления напыления, чтобы отметка температуры не достигла максимально недопустимой величины.

Данная величина полностью зависима от происхождения материала, характеристики рабочей поверхности, ее состояния. Поэтому, чтобы было возможно использовать наибольшую величину температуры, когда происходит установка вакуумного напыления, необходимо хорошее состояние рабочей плоскости, тогда пленка вещества будет сделана достаточно профессионально и прочно.

Использование пленок в установке вакуумного напыления

Также существует понятие критической плотности давления. Критическая плотность давления - это минимальная величина плотности, при которой пленка адсорбируется и становится не способной принимать частицы напыления. Главная задача напыления - не достигнуть величины такой плотности, при какой вещество на которое наносят опыляемые частицы, не принимает их из-за своих плохих технических свойств.

Пленки по своей структуре разделяют по качеству напыления, техническим характеристикам и происхождению материала. Пленки бывают:

Аморфными;
- монокристаллическими;
- поликристаллическими.

Аморфные - это те пленки, которые имеют стеклообразное напыление. Монокристаллические пленки имеют более твердую поверхность и по своим функциям практически являются полупроводниками. К поликристаллическим пленкам относят сплавы, металлы и Si. Когда происходит установка вакуумного напыления, то преимущественно используются монокристаллические пленки, так как они имеют наилучшие технические характеристики и способны переносить достаточно большие нагрузки при эксплуатации.

Принцип работы установок вакуумного напыления

Для сохранения технических свойств, характеристик напыления вакуумом, после процедуры напыления используют отжиг (не нарушая вакуум) при воздействии высокой температуры, потому как такая процедура достаточно хорошо помогает сохранить полезные свойства напыляемых материалов. Температура данного отжига в несколько раз превышает температуру, при какой происходило напыление вакуумом.

Когда происходит установка вакуумного напыления, специалисты пытаются создать поверхностную структуру из одного или нескольких материалов, которые способны сделать ее гораздо лучше и эффективнее. При вакуумном напылении, в зависимости от способа нанесении пленки, используют способы периодического, полунепрерывного и непрерывного воздействия. Наиболее удобным и эффективным является непрерывный способ воздействия.

Установки вакуумного напыления включают в себя много функций. Сначала создается вакуум, затем - распыляется и испаряется пленочный материал, осуществляется транспортировка деталей, подача электропитания и осуществление контроля режима вакуумного напыления, равно как и режима свойств пленок.

Устройство установки вакуумного напыления

Как правило, все оборудование этого типа имеет схожую конструкцию, состоящую из ряда элементов. Основным рабочим органом можно назвать горизонтальную камеру, в которой и происходит напыление, благодаря размещенному в ней технологическому устройству. Обеспечить требуемый вакуум призваны газораспределительная и откачная системы. К важным рабочим узлам оборудования относятся, в том числе, источники, обеспечивающие испарение или распыление обрабатываемых материалов.

Любая установка вакуумного напыления имеет систему электропитания и блокировки рабочих элементов, отвечающих за включение/отключение оборудования. Шкаф питания располагают в стороне от оборудования. Необходимую скорость нанесения напыления на пленки, их толщину, температуру деталей и рабочую температуру, и прочие показатели регулирует предустановленная система контроля и управления. Все датчики, относящиеся к этой системе, связаны между собой единым микропроцессором.

Установки снабжаются и специальными элементами транспортировки, с помощью которых осуществляется доставка деталей в камеру или вывод из неё. Различные вспомогательные устройства установок вакуумного напыления, включающие в себя экраны, манипуляторы, заслонки, установленные внутри рабочей камеры, устройства очистки газов и прочие элементы также являются неотъемлемой частью оборудования. Обрабатываемые материалы расположены на подложках, которые вращаются вокруг барабана на специальных держателях. За один оборот барабана каждая подложка проходит зону испарения разными сторонами.

Модификация различных конструкций, деталей и функциональных элементов зачастую выполняется путем полного изменения структуры материалов. Для этого задействуются средства глубокой термической, плазменной и химической обработки. Но существует и широкий сегмент методов изменения эксплуатационных свойств за счет внешних покрытий. К таким способам относится вакуумная металлизация, благодаря которой можно улучшать декоративные, токопроводящие, отражающие и другие характеристики материалов.

Общие сведения о технологии

Суть метода заключается в напылении частиц металла на рабочую поверхность. Процесс формирования нового покрытия происходит за счет испарения донорских металлов в условиях вакуума. Технологический цикл подразумевает выполнение нескольких стадий структурного изменения целевой основы и элементов покрытия. В частности, выделяются процессы испарения, конденсации, абсорбции и кристаллизации. Ключевой процедурой можно назвать взаимодействие металлических частиц с поверхностью в условиях особой газовой среды. На этом этапе технология вакуумной металлизации обеспечивает процессы диффузии и присоединения частиц к структуре обрабатываемой детали. На выходе в зависимости от режимов напыления, характеристик покрытия и типа заготовки можно получать самые разные эффекты. Современные технические средства позволяют не просто улучшать отдельные эксплуатационные качества изделия, но и с высокой точностью дифференцировать свойства поверхности на отдельных участках.

Применяемое оборудование

Различают три основные группы машин, используемых для данной технологии. Это оборудование непрерывного, полунепрерывного и периодического действия. Соответственно, они различаются по признаку общей организации обрабатывающего процесса. Агрегаты с непрерывным действием часто используют на серийных производствах, где требуется поточная вакуумная металлизация. Оборудование этого типа может быть одно- и многокамерным. В первом случае агрегаты ориентируются на выполнение непосредственно металлизации. Многокамерные же модели предусматривают и возможность реализации дополнительных процедур - первичной подготовки изделия, контроля, термической обработки и т.д. Такой подход позволяет оптимизировать процесс изготовления. Машины для периодической и полунепрерывной металлизации, как правило, имеют одну основную камеру. Именно в силу нерегулярности производства они используются для конкретной процедуры, а подготовительные операции и тот же контроль качества осуществляются в отдельном порядке - иногда в ручном режиме без автоматизированных линий. Теперь стоит подробнее рассмотреть, из каких узлов состоят такие агрегаты.

Устройство машин для металлизации

Помимо основной камеры, где и происходят процессы напыления, оборудование включает множество вспомогательных систем и функциональных компонентов. В первую очередь стоит выделить непосредственно источники распыляемого материала, коммуникации которых связываются с газораспределительным комплексом. Чтобы установка вакуумной металлизации могла обеспечивать нужные для конкретной задачи обработки параметры, подающие каналы напыления с регуляторами позволяют, в частности, настраивать температурный уровень, скорость направления потоков и объемы. В частности эта инфраструктура формируется натекателями, насосами, клапанами, фланцевыми элементами и прочей арматурой.

В современных установках для той же регуляции рабочих параметров используются датчики, подключенные к микропроцессорному блоку. Учитывая заданные требования и фиксируя текущие фактические значения, аппаратура без участия оператора может корректировать режимы обработки. Также для облегчения процессов эксплуатации оборудование дополняется внутрикамерными системами очистки и калибровки. Благодаря такой оснастке упрощается ремонт вакуумной металлизации машины, поскольку постоянная и своевременная чистка минимизирует риски перегрузок пневмодвигателей, манипуляторов и коммуникационных контуров. Последние и вовсе рассматриваются как расходная часть, замена которой в агрегатах непрерывного действия выполняется в регулярном порядке техобслуживания.

Целевые материалы для металлизации

Прежде всего процедуре подвергаются металлические заготовки, которые могут быть выполнены в том числе из специальных сплавов. Дополнительное покрытие требуется для обеспечения антикоррозийного слоя, повышения качества электрической проводки или же изменения декоративных свойств. В последние годы вакуумная металлизация все чаще используется и применительно к полимерным изделиям. Данный процесс имеет свою специфику, обусловленную характеристиками структуры объектов такого рода. Реже технология применяется в отношении изделий, которые имеют низкие показатели твердости. Это касается древесины и некоторых синтетических материалов.

Особенности металлизации пластиков

Напыление на поверхности пластиковых деталей также способно изменить его электрические, физические и химические свойства. Нередко металлизацию используют и как средство повышения оптических качеств подобных заготовок. Главной же проблемой при выполнении таких операций является процесс интенсивного термического испарения, который неизбежно оказывает давление на потоки частиц, напыляющих поверхность элемента. Поэтому требуются специальные режимы регуляции диффузии основного материала и расходуемой массы.

Имеет свою специфику и вакуумная металлизация пластмасс, отличающихся жесткой структурой. В данном случае будет иметь значение присутствие защитных и грунтующих лаков. Для поддержания достаточного уровня адгезии с преодолением барьеров этих пленок может потребоваться повышение энергии термического воздействия. Но здесь же вновь возникает проблема с рисками разрушения пластиковой структуры под влиянием тепловых потоков. В итоге для снятия излишнего напряжения в рабочей среде вводятся модифицирующие компоненты наподобие пластификаторов и растворителей, позволяющих удерживать форму заготовки в оптимальном состоянии независимо от температурного режима.

Особенности обработки пленочных материалов

Технологии изготовления упаковочных материалов предусматривают использование металлизации для ПЭТ-пленок. Данный процесс обеспечивает алюминирование поверхности, благодаря чему заготовка наделяется более высокой прочностью и стойкостью перед внешними воздействиями. В зависимости от параметров обработки и конечных требований к покрытию могут применяться разные способы теплоотвода. Поскольку пленка чувствительна к температуре, вводится дополнительная процедура осаждения. Как и в случае с пластиками, она позволяет регулировать термический баланс, сохраняя оптимальную для заготовки среду. Толщина пленок, которые обрабатываются по методу вакуумной рулонной металлизации, может составлять от 3 до 50 мкм. Постепенно внедряются и технологии, обеспечивающие подобные покрытия на поверхностях материалов толщиной 0,9 мкм, но по большей части это пока лишь экспериментальная практика.

Металлизация отражателей

Это тоже отдельное направление использования металлизации. Целевым объектом в данном случае выступают автомобильные фары. Их конструкция предусматривает наличие отражателей, которые со временем утрачивают свои эксплуатационные качества - тускнеют, ржавеют и, как следствие, становятся непригодными к использованию. Кроме того, даже новая фара может получить случайное повреждение, из-за чего потребуется ее ремонт и восстановление. Именно на эту задачу и ориентируется вакуумная металлизация отражателей, обеспечивающая износостойкое напыление на зеркальной поверхности. Заполнение внешней структуры металлизированными частицами с одной стороны ликвидирует мелкие дефекты, а с другой - выступает защитным покрытием, предотвращая возможные повреждения в будущем.

Организация процесса в домашних условиях

Без специального оборудования можно применить технологию поверхностного химического покрытия, но для вакуумной обработки в любом случае потребуется соответствующая камера. На первом этапе подготавливается сама заготовка - ее следует очистить, обезжирить и при необходимости выполнить шлифование. Далее объект помещается в камеру вакуумной металлизации. Своими руками можно выполнить и специальную оснастку на рельсах из профильных элементов. Это будет удобный способ загрузки и выгрузки материала, если планируется обработка в регулярном режиме. В качестве источника частиц металлизации применяются так называемые болванки - из алюминия, латуни, меди и др. После этого камера настраивается на оптимальный режим обработки и начинается процесс напыления. Готовое изделие сразу после металлизации можно покрыть вручную вспомогательными защитными покрытиями на основе лаков.

Положительные отзывы о технологии

Метод имеет множество положительных качеств, которые отмечают пользователи готовых изделий в разных областях. В частности указывается на высокие защитные свойства покрытия, которое предотвращает процессы коррозии и механического разрушения основы. Положительно отзываются и рядовые потребители продукции, которая подвергалась вакуумной металлизации с целью улучшения или изменения декоративных качеств. Специалисты же подчеркивают и экологическую безопасность технологии.

Негативные отзывы

К минусам данного метода обработки изделий относят сложность технической организации процесса и высокие требования к подготовительным мероприятиям заготовки. И это, не говоря о применении высокотехнологичного оборудования. Только с его помощью можно получить качественное напыление. Стоимость также входит в список недостатков вакуумной металлизации. Цена обработки одного элемента может составлять 5-10 тыс. руб. в зависимости от площади целевой области и толщины покрытия. Другое дело, что серийная металлизация удешевляет стоимость отдельного изделия.

В заключение

Изменение технико-физических и декоративных свойств тех или иных материалов расширяет возможности их дальнейшего применения. Развитие метода вакуумной металлизации обусловило появление специальных направлений обработки с ориентацией на конкретные эксплуатационные качества. Технологи также работают и над упрощением самого процесса напыления, что уже сегодня проявляется в виде уменьшения габаритов оборудования и сокращения процедур пост-обработки. Что касается применения методики в домашних условиях, то это наиболее проблемный способ покрытия, так как требует от исполнителя наличия специальных навыков, не говоря о технических средствах. С другой стороны, более доступные методы напыления не позволяют получать покрытия того же качества - будь то защитный слой или декоративная стилизация.