Pvd涂层中使用哪种化学品？关于靶材、气体和工程化合物的真相

在PVD涂层中，没有使用单一的“化学品”。相反，该过程是在高真空环境中，将固体源材料（称为靶材）与特定的反应性气体结合起来。常见的固体靶材包括钛（Ti）、铬（Cr）和金（Au）等金属，而氮气（N₂）和乙炔（C₂H₂）等反应性气体则用于在零件表面形成最终的涂层化合物。

PVD的核心原理不是涂覆液体化学品，而是构建一层新的高性能表面层。这是通过蒸发固体金属并使其与气体反应，从而沉积一层具有硬度、颜色和耐腐蚀性等特定性能的薄而耐用的薄膜来实现的。

PVD涂层的基本构成

物理气相沉积是一种材料构建过程，而非简单的应用。它需要三个关键组成部分：靶材、气体和基材。

固体源材料（“靶材”）

任何PVD涂层的基础都是靶材，它是您希望沉积的主要材料的固体块。

该靶材被放置在真空室中，并受到能量（例如离子或电子束）的轰击，使其从固体转化为蒸汽。

常见的靶材包括钛、铬、金，甚至是非金属，如石墨（碳的来源）。

反应性气体和惰性气体

气体被引入真空室，以形成最终的涂层化合物并控制环境。

反应性气体与蒸发的靶材结合形成新的化合物。这决定了涂层的许多最终性能。主要例子包括氮气、氧气和碳源气体，如乙炔。

惰性气体，最常见的是氩气，用于创建稳定、非反应性的环境，也用于轰击靶材以产生蒸汽。

被涂覆的零件（“基材”）

基材是接受涂层的物体。PVD兼容多种材料。

这包括所有类型的钢（尤其是不锈钢和高速钢）、硬质金属、铜和铝等有色金属，甚至一些塑料。

材料如何结合形成涂层

PVD涂层的“化学品”是蒸发的靶材与气体反应并沉积到基材上时形成的化合物。

基本过程

首先，基材经过彻底清洁。然后将其与靶材一起放入腔室中，并抽空空气以形成高真空。

然后靶材被蒸发。当蒸发的金属通过腔室时，它与有意引入的反应性气体混合。

这种新化合物原子逐原子地沉积到基材上，形成一层薄而致密、附着力强的薄膜。

创建特定化合物

最终涂层是靶材-气体组合的直接结果。

钛（靶材）+ 氮气（气体）= 氮化钛（TiN），一种非常常见、坚硬且具有独特金色光泽的涂层。
铬（靶材）+ 氮气（气体）= 氮化铬（CrN），以其优异的耐腐蚀性和硬度而闻名。
钛（靶材）+ 碳/氮（气体）= 碳氮化钛（TiCN），一种更坚硬的涂层，因其在切削工具上的耐磨性而备受推崇。

常见缺陷和局限性

尽管功能强大，但PVD工艺必须遵守特定的要求才能获得成功的结果。

真空的关键作用

PVD本质上是一种基于真空的工艺。这意味着任何在真空中释放气体（“放气”）的材料都不适用。

不适用的基材

镀锌钢或未镀黄铜等材料通常与PVD不兼容。这些材料中的锌在真空中蒸发，污染腔室并阻止形成良好的涂层。

表面处理至关重要

最终涂层的好坏取决于其所应用的表面。在工艺开始之前，必须仔细清除任何污染物，如油、污垢或氧化物，否则涂层将无法正确附着。

为您的目标做出正确选择

靶材和反应性气体的组合是根据最终产品的预期结果来选择的。

如果您的主要关注点是极高的硬度和耐磨性： 碳氮化钛（TiCN）或氮化铬（CrN）等涂层是卓越的选择，常用于工业工具。
如果您的主要关注点是装饰性和耐用性： 氮化钛（TiN）提供经典的金色，而其他组合可以为珠宝、手表和固定装置生产各种颜色。
如果您的主要关注点是耐腐蚀性和轻量化： 钛基涂层是领先的选择，使其成为航空航天和医疗植入物应用的理想选择。

最终，PVD的“化学品”是一种精心设计的化合物，逐原子构建以满足特定的性能需求。

总结表：

组件	在PVD涂层中的作用	常见示例
靶材（固体）	要蒸发和沉积的主要材料。	钛 (Ti)、铬 (Cr)、金 (Au)、石墨
反应性气体	与蒸发的靶材结合形成最终的涂层化合物。	氮气 (N₂)、乙炔 (C₂H₂)、氧气 (O₂)
所得涂层	在基材上形成的高性能化合物。	TiN（金色，坚硬）、CrN（耐腐蚀）、TiCN（耐磨）