Pelajaran 11.8MelapisiBab 11 · Pelapisan dan finishing permukaan

Pelapisan PVD (lapisan tipis dalam vakum)

Atom yang terlepas dari target melapisi part dalam vakum

PVD (physical vapor deposition) melapisi part dengan film logam atau keramik setebal beberapa mikron, dibangun atom demi atom dalam vakum. Lapisan keemasan pada banyak mata bor adalah lapisan PVD titanium nitrida. Lapisan ini membuat perkakas bertahan beberapa kali lebih lama dan memberi jam tangan serta keran warna yang keras dan tahan lama.

Foto: Cetko, CC0, melalui Wikimedia Commons

Pelapisan PVD · sputtering dalam ruang vakum, dengan close-up filmnyaAngka berlingkar sesuai dengan langkah di bawah; kotak di kanan memperbesar satu permukaan yang terlapisi.

Cara kerjanya

Bersihkan dan muat. Part dibersihkan hingga bersih sempurna, sering dalam bak ultrasonik, lalu dipasang pada fixture yang berputar selama pelapisan. Sedikit saja sisa oli atau debu akan membuat film tidak menempel.
Vakum dan panaskan. Pompa menyedot udara sampai tekanan sekitar sepersejuta tekanan normal. Pemanas membawa part ke biasanya 200–500 °C, dan semburan singkat ion argon menggosok permukaannya hingga bersih.
Lepaskan atom dari target. Gas argon diubah menjadi plasma (gas bercahaya yang bermuatan listrik). Ionnya menghantam target, pelat dari logam pelapis, dan melepaskan atom: inilah sputtering. Mesin lain melepaskan atom dengan busur listrik atau dengan penguapan biasa.
Terbang dan bereaksi. Atom yang terlepas terbang dalam garis lurus dan mendarat di apa pun yang bisa dilihatnya. Nitrogen yang dialirkan ke dalam ruang bereaksi dengannya, sehingga titanium mendarat sebagai titanium nitrida (TiN) yang keras berwarna emas.
Putar dan bangun lapisan. Fixture berputar agar setiap sisi mendapat bagiannya. Film biasanya tumbuh setebal 1–5 µm, lalu ruang didinginkan dan dibuka.

Fakta kunci

Material: Lapisan: TiN, TiAlN, CrN, DLC (diamond-like carbon), aluminium, kromium. Part: baja perkakas, karbida, baja nirkarat, kaca, beberapa plastik
Komponen khas: Mata bor, end mill dan insert, cetakan, casing jam tangan, keran, lensa, chip
Ukuran komponen: Dari insert kecil hingga part sepanjang puluhan sentimeter; dibatasi oleh ruang
Presisi: Film biasanya 1–5 µm, hingga pecahan mikron; ukuran part nyaris tidak berubah
Hasil permukaan: Meniru permukaan di bawahnya (dipoles masuk, dipoles keluar); warna dari emas (TiN) hingga hitam (DLC)
Ukuran batch yang cocok: Ratusan hingga ribuan part kecil per muatan; jasa pelapisan menerima pesanan kecil
Biaya perkakas dan mesin: Tinggi: sistem industri biasanya berharga ratusan ribu hingga lebih dari sejuta dolar; biaya per part rendah pada batch penuh
Kecepatan: Satu batch biasanya memakan beberapa jam dari pemuatan hingga pembongkaran

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Film tipis yang sangat keras dan menjaga tepi tajam tetap tajam
Banyak warna keras dan dekoratif, seperti emas, hitam, atau perunggu
Panas sedang: kebanyakan baja perkakas mempertahankan kekerasannya
Proses bersih dan kering tanpa limbah cair

Batasan

Garis pandang: lubang dalam dan sisi tersembunyi hanya terlapisi sedikit atau tidak sama sekali
Membutuhkan ruang vakum: biaya mesin tinggi dan kerja per batch
Part harus bersih sempurna, atau film akan terkelupas
Terlalu tipis untuk menutup goresan atau membangun kembali part yang aus

Di mana dipakai

Perkakas pemotongMata bor TiN emas, end mill TiAlN gelap, insert karbida
Cetakan dan dieFilm tahan aus pada cetakan injeksi dan perkakas pembentuk
Jam tangan dan perhiasanFinishing hitam, emas, atau rose gold pada casing dan tali baja
Rumah dan kamar mandiKeran dan gagang pintu bergaya nikel sikat atau kuningan
Optik dan elektronikLapisan antipantul pada lensa, film logam pada chip dan layar
OtomotifRing piston dan komponen mesin dengan lapisan CrN atau DLC

Cara mengenalinya

Warna tipis dan rata pada logam: emas pada mata bor, hitam keunguan atau perunggu pada perkakas potong.
Warnanya menutupi sisi luar dan mata potong dengan sempurna tetapi memudar di dalam lubang dan alur yang dalam.
Tanpa tetesan, aliran, atau tepi tebal: seolah logamnya sendiri yang berubah warna.
Sangat sulit tergores, tidak seperti cat dengan warna yang sama.

Bandingkan dengan

Pelapisan CVD11.9membangun film lewat reaksi kimia dari gas, lebih panas, dan menjangkau permukaan tersembunyi juga; PVD berjalan lebih dingin tetapi hanya melapisi yang bisa dilihatnya.Elektroplating11.5juga menempatkan logam di atas logam, tetapi dari bak cair dan biasanya lebih tebal; PVD menghasilkan film keramik yang lebih keras.Atomic layer deposition13.4sepupu dari dunia pembuatan chip yang membangun film satu lapisan atom pada satu waktu.

Tonton

Korvus Technology · Dasar-dasar PVD, dari pembuat peralatan

Plansee · Animasi atom yang di-sputter dari target

CICEL COMPANY · Alur kerja pabrik lengkap, dari pembersihan hingga pembongkaran

Oerlikon · Seperti apa mesin pelapis industri

Lihat foto asli

Wikipedia: Physical vapor deposition — metode (sputtering, arc, penguapan) dan kegunaannya, dengan tautan ke foto
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

PVD membangun film keras atom demi atom dalam vakum, biasanya setebal 1–5 µm.
Atom terbang dalam garis lurus, sehingga permukaan tersembunyi hanya terlapisi sedikit.
Warna emas pada banyak mata bor adalah titanium nitrida hasil PVD.