CVD или PVD покрытие, какое выбрать?
На данный момент существует много видов износостойких покрытий на режущий инструмент (РИ). Они различаются по структуре, химическому составу и толщине. Есть три основные системы покрытия: однослойные, градиентные и многослойные.
В однослойных покрытиях, РИ покрывается равномерным слоем химических элементов. Это обычные покрытия, и наносят их чаще всего на быстрорежущий инструмент.
В градиентных покрытиях хим. состав элементов плавно изменяется по всей толщине покрытия.
В многослойных покрытиях, слои идут друг за другом и имеют четкие границы между собой.
Эти слои выполняют разные функции, например один слой повышает износостойкость, другой создает температурный барьер между инструментом и обрабатываемым материалом, также одной из основных функций покрытия является, то что они препятствуют возникновению трещин, так трещины проникают не глубь покрытия, а вдоль слоев.
Существуют два основных метода нанесения износостойкого покрытия на режущий инструмент.
– CVD-методом химического осаждения из газовой фазы;
– PVD-методом физического осаждения из газовой фазы;
1. Покрытия CVD в основном используют для нанесения покрытий на твердые сплавы при высокой температуре.
2. Покрытия PVD наносят при низкой температуре, в среднем до 500 °С, это важно для «быстрорезов», так как температура их отпуска составляет 550 °С, покрытие характеризуется небольшой толщиной в 1,5-6 мкм. Данное покрытие обладает более высокой трещиностойкостью и более приспособлено для обработки с ударом в сравнении с CVD. Процесс нанесения происходит при низком давлении в вакууме, покрытие обращается из твердого состояния в газообразное.
Этот процесс делится на две группы:
1. Испарение с напряжением или без него.
2. Распыление с постоянным током высокой частоты в газовой среде.
Процесс протекает в данной последовательности:
- Загрузка в стерильную камеру инструмента, так же должен быть стерилен, очищен ультразвуком и не содержать следов термической обработки.
- Создание вакуума;
- Нагрев материала;
- Очистка материала;
- Испарение или распыление материала в газовой среде;
- Конденсация покрытия – для поддержания температуры и улучшения адгезии при отрицательном напряжении;
- Охлаждение;
- Выгрузка;
При нанесении CVD методом, в камеру подается газ. Камера нагревается до 1100 °С. При такой температуре сильно ограничиваются материалы, так как такую температуре без изменения структуры могут выдержать только твердые сплавы, поэтому этот метод не подходит для быстрорежущих сталей. Процесс нанесения протекает в не глубоком вакууме, что обеспечивает покрытие всей поверхности инструмента, в следствие отсутствует необходимость изменения положения детали, как в PVD. Так же благодаря высокой температуре происходит диффузия между основой и покрытием, в следствии лучшая адгезия.
Для снижения температуры нанесения и расширения списка материалов, для метода CVD был разработан способ MT-CVD, который заключается в среднетемпературном нанесении покрытия около 800 °С, данный метод позволил решить проблему снижения вязкости.
Сравнение методов PVD и СVD.
Помимо перечисленных особенностей, они различаются внутренними напряжениями в слоях. При PVD появляются сжимающие напряжения, а при CVD растягивающие. CVD покрытие менее чувствительно к подготовке инструмента перед покрытием, а при PVD инструмент подвергается длительной многостадийной очистке, что бы покрытие прочно «схватилось» с РИ. CVD в основном применяется для токарных твердосплавных пластин, а PVD в свою очередь наносится на фрезерные, так как они более чувствительны к снижению вязкости из за работы с переменными нагрузками.
Как итог: из плюсов, СVD имеет одинаковую толщину покрытия, толстое износостойкое покрытие, хорошую адгезию. Из минусов: возникают растягивающие напряжения.
PVD: возможно получить более острые кромки, напряжение сжатия. Из минусов: низкая адгезия, не одинаковая толщина покрытия.