Pvd涂层使用哪些材料？基材、靶材和气体指南

简而言之，物理气相沉积（PVD）利用三种材料的组合：被涂覆的物体（基材）、被沉积的固体材料（靶材）以及真空腔内使用的气体。常见的基材包括钢、钛和ABS塑料，而常见的靶材是钛、锆和金等金属。氮气和氧气等气体用于与靶材反应，形成最终的耐用涂层。

需要掌握的核心原则是，PVD不是单一材料，而是一个系统。涂层部件的最终性能——其硬度、颜色和耐腐蚀性——是所选基材、汽化的靶材和腔室中反应性气体之间相互作用的直接结果。

PVD中的三种核心材料类型

要理解PVD，您必须从三种不同的角色来思考。每种材料的选择都是为了达到最终目标。

基材是接受涂层的工作件或部件。主要要求是它必须与真空兼容，这意味着它不会释放会污染过程的气体。

常见的基材包括：

靶材是高纯度固体材料块，在真空腔内通过能量源（如电弧或溅射枪）汽化。这种蒸汽会移动并沉积到基材上。

流行的靶材包括：

将气体引入腔室以促进工艺或与汽化的靶材发生化学反应。

惰性气体：几乎总是使用氩气（Ar）。它被轰击到靶材上以剥离原子（溅射），并有助于维持腔室中的等离子体而不发生化学反应。
反应性气体：这些气体与金属蒸汽结合，在基材表面形成新的陶瓷化合物。这是创建特定性能的关键。
- 氮气（N₂）：与金属蒸汽反应形成硬质氮化物（例如，氮化钛，TiN）。
- 氧气（O₂）：产生高度稳定和耐腐蚀的氧化物。
- 碳氢化合物气体（例如，乙炔，C₂H₂）：引入碳以形成极硬的碳氮化物（例如，TiCN）或类金刚石碳（DLC）涂层。

基材、靶材和气体的组合是为实现特定结果而设计的精确配方。

这里的目标是形成坚硬的陶瓷层。例如，钛靶材与氮气结合沉积氮化钛（TiN）涂层。当应用于Ti-6Al-4V合金基材时，这种涂层可以显著提高零件的疲劳极限和耐久性。

颜色是所形成化合物的直接功能。通过改变反应气体或靶材，可以获得广泛的调色板。

氧化物和氮化物等涂层在基材和环境之间形成致密、非反应性的屏障。这就是为什么PVD涂层不锈钢或钛部件具有卓越的防锈、防变色和耐化学侵蚀能力。

虽然PVD功能强大，但它并非万能解决方案。材料限制至关重要。

这是最重要的限制。在真空中“放气”的材料不适用，因为它们会污染腔室并破坏涂层。

某些材料，如前面提到的黄铜或塑料，不能直接涂覆。它们需要中间层，通常是电镀镍和/或铬，以提供稳定、真空兼容的表面，以便PVD涂层附着。

PVD形成一层极其坚硬的薄膜，但它完全依赖于底层基材的强度。如果零件本身在负载下变形，软基材上的硬涂层可能会开裂或失效。基材必须足够坚固，以适应预期的应用。

选择合适的材料就是将其与您的主要目标相匹配。

最终，理解基材、靶材和气体之间的相互作用是释放PVD技术在您的项目中全部潜力的关键。