چرا PVD ؟

واژه رسوب دهی فیزیکی بخار ( Physical vapour deposition)  برای اولین بار در سال 1966 در کتاب Vapor deposition عنوان شد اما قبل ­تر از آن در سال ۱۸۳۸، آقای مایکل فارادی از این روش برای رسوب دادن پوشش­ های خاصی استفاده کرد. روش PVD یا همان پوشش­ دهی در خلا روشی جدید و نوپا در صنعت ایران می­ باشد که در اصل بدون انجام واکنش شیمیایی شامل چندین روش متفاوت است. در این روش رشد لایه به وسیله فرآیند تبخیری (Evaporation) یا کندوپاش (Sputtering) به همراه اتم­های تهییج شده، مولکول­ها و یا یون­ها که در پلاسما تولید شده است شکل می­ گیرد. هدف از این فرآیند ایجاد لایه­ های نازک با ضخامت نانومتر تشکیل شده از فلزات اولیه، آلیاژها، نیتریدها، اکسیدها، کاربیدها، بورایدها، سولفیدها، سیلیکادها، فلورایدها و یا ترکیبی از آن­ها می­ باشد. پوشش­ دهی فیزیکی از فاز بخار شامل مراحل زیر می­ باشد:

۱-تبدیل ماده تبخیری به حالت گازی از طریق تبخیر، تصعید و یا کندوپاش کاتدی

۲- انتقال اتم­ها (مولکول­ها) از منبع تبخیر به زیرلایه در فشار خلا

۳- تشکیل پیوند اتم­ها با سطح زیرلایه

در حالت کلی تر سازوکارهای اصلی فرآیند پوشش دهی فیزیکی از فاز بخار عبارتند از جدا کردن اتم از سطح به روش اشعه، باریکه الکترونی، حرارت، قوس الکتریکی و یا یونی (مثلاً یون آرگون به صورتی که به سطح برخورد کرده و سبب پرتاب اتم از ماده هدف به سمت زیرلایه و در نتیجه تشکیل لایه می شود).پلاسما  به وسیله یونیزه کردن اتم­ ها و مولکول­های گاز حاصل می­ شود. حالت پلاسما را می­ توان با گرم کردن گاز ایجاد کرد به این صورت که دمای گاز را تا چند صد هزار درجه می ­توان بالا برد. پلاسما نقش کلیدی در انتقال یون­ها و تشکیل پوشش بر روی سطح قطعه مورد نظر دارد.

 

مزایای پوشش دهی PVD:

۱– چسبندگی عالی در دماهای پایین زیرلایه

۲- پوشش دهی قطعات با اشکال پیچیده

۳- یکنواختی  پوشش

۴- افزایش اطمینان و عمر مفید پوشش قطعه

۵- جایگزینی مواد گران قیمت

 

معایب پوشش­دهی PVD:

۱- اتصال نمونه به الکترود با ولتاژ بالا

۲- نیاز به کارکردن در یک فشار گازی بالا

۳- مشکل بودن پوشش دهی موضعی

۴- عدم پوشش­دهی سطوح داخلی

 

بعضی از ویژگی­های پوشش بدست آمده از PVD عبارتند از مقاومت به فرسایش و خراش ، ایجاد سطح با ویژگی­های بسیار مطلوب که به طول عمر قطعات می­ افزاید و گستره ی وسیعی از رنگ­ها و سایه­ ها.

لایه­ های پوششی PVD نازک امروزه مکرراً به منظور بهبود راندمان ابزارهای شکل­ دهی، ابزارهای برش و عناصر مکانیکی به کار می­ روند. در تمام این کاربردها سختی سطح بخش پوشش داده شده دارای اهمیت ویژه­ ای است زیرا اصطکاک بر این قسمت تاثیر می­ گذارد . با استفاده از روشهای پوشش دهی می توان بسیاری از قطعات فرسوده را بازسازی نمود و از تامین هزینه­ های تولید قطعات کم کرد.

 

 

منبع: مهندسی نانو پوشش­های سخت و مقاوم؛ دکتر حسن علم خواه