Lição 11.8RevestirCapítulo 11 · Revestimentos e acabamento de superfícies

Revestimento PVD (filmes finos a vácuo)

Átomos arrancados de um alvo revestem peças a vácuo

O PVD (deposição física de vapor) reveste peças com uma película metálica ou cerâmica de poucos mícrons de espessura, construída átomo por átomo no vácuo. A camada dourada de muitas brocas é um revestimento PVD de nitreto de titânio. Ele faz as ferramentas durarem várias vezes mais e dá a relógios e torneiras uma cor dura e duradoura.

Foto: Cetko, CC0, via Wikimedia Commons

Revestimento PVD · sputtering em uma câmara de vácuo, com um close da películaOs números em círculo correspondem às etapas abaixo; a caixa à direita dá zoom em uma superfície revestida.

Como funciona

Limpe e carregue. As peças são limpas até ficarem impecáveis, muitas vezes em banhos ultrassônicos, e depois montadas em dispositivos que giram durante o revestimento. Qualquer vestígio de óleo ou poeira impediria a película de aderir.
Faça vácuo e aqueça. As bombas retiram o ar até a pressão ficar em cerca de um milionésimo da normal. Aquecedores levam as peças a, geralmente, 200–500 °C, e um breve jato de íons de argônio limpa as superfícies.
Arranque átomos do alvo. O gás argônio é transformado em plasma (um gás brilhante e eletricamente carregado). Seus íons se chocam contra o alvo, uma placa do metal do revestimento, e soltam átomos: isso é o sputtering. Outras máquinas liberam os átomos com um arco elétrico ou por simples evaporação.
Voe e reaja. Os átomos liberados voam em linha reta e pousam em tudo o que conseguem “ver”. O nitrogênio injetado na câmara reage com eles, então o titânio pousa como nitreto de titânio (TiN), duro e dourado.
Gire e acumule. Os dispositivos giram para que cada face receba sua parte. A película geralmente cresce até 1–5 µm de espessura, depois a câmara esfria e é ventilada.

Dados-chave

Materiais: Revestimentos: TiN, TiAlN, CrN, DLC (carbono tipo diamante), alumínio, cromo. Peças: aço-ferramenta, metal duro, aço inoxidável, vidro, alguns plásticos
Peças típicas: Brocas, fresas de topo e pastilhas, moldes, caixas de relógio, torneiras, lentes, chips
Tamanho da peça: De pastilhas minúsculas a peças de dezenas de centímetros; limitado pela câmara
Precisão: Película geralmente de 1–5 µm, chegando a frações de mícron; o tamanho da peça quase não muda
Acabamento superficial: Copia a superfície de baixo (entra polida, sai polida); cores do dourado (TiN) ao preto (DLC)
Tamanho de lote adequado: Centenas a milhares de peças pequenas por carga; serviços de revestimento aceitam lotes pequenos
Custo de ferramental e máquinas: Alto: um sistema industrial geralmente custa centenas de milhares a mais de um milhão de dólares; o custo por peça é baixo em lotes cheios
Velocidade: Um lote geralmente leva algumas horas do carregamento ao descarregamento

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Película fina e muito dura que mantém afiadas as arestas afiadas
Muitas cores duras e decorativas, como dourado, preto ou bronze
Calor moderado: a maioria dos aços-ferramenta mantém a dureza
Processo limpo e seco, sem resíduos líquidos

Limites

Linha de visada: furos profundos e faces ocultas recebem pouco ou nenhum revestimento
Precisa de uma câmara de vácuo: alto custo de máquina e trabalho em lotes
A peça precisa estar impecável, ou a película descasca
Fina demais para preencher riscos ou recuperar peças desgastadas

Onde é usado

Ferramentas de corteBrocas douradas de TiN, fresas de topo escuras de TiAlN, pastilhas de metal duro
Moldes e matrizesPelículas resistentes ao desgaste em moldes de injeção e ferramentas de conformação
Relógios e joiasAcabamentos preto, dourado ou ouro rosé em caixas e pulseiras de aço
Casa e banheiroTorneiras e maçanetas com aspecto de níquel escovado ou latão
Óptica e eletrônicaCamadas antirreflexo em lentes, películas metálicas em chips e telas
AutomotivoAnéis de pistão e peças de motor com revestimentos de CrN ou DLC

Como reconhecê-lo

Uma cor fina e uniforme no metal: dourado em brocas, preto-violeta ou bronze em ferramentas de corte.
A cor cobre perfeitamente as faces externas e as arestas de corte, mas some dentro de furos e ranhuras profundos.
Sem escorridos, marcas de escorrimento ou bordas grossas: parece que o próprio metal mudou de cor.
Muito difícil de riscar, ao contrário de uma tinta da mesma cor.

Compare com

Revestimento CVD11.9forma películas por reação química a partir de gases, é mais quente e alcança também superfícies ocultas; o PVD é mais frio, mas só reveste o que consegue “ver”.Galvanoplastia11.5também deposita metal sobre metal, mas a partir de um banho líquido e geralmente mais espesso; o PVD dá películas cerâmicas mais duras.Deposição de camada atômica13.4um primo da fabricação de chips que forma películas uma camada atômica por vez.

Assista

Korvus Technology · O básico do PVD, segundo um fabricante de equipamentos

Plansee · Uma animação de átomos arrancados de um alvo por sputtering

CICEL COMPANY · O fluxo de trabalho completo da fábrica, da limpeza ao descarregamento

Oerlikon · Como é uma máquina industrial de revestimento

Veja fotos reais

Wikipédia: Deposição física de vapor — métodos (sputtering, arco, evaporação) e usos, com links para fotos
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

O PVD forma uma película dura átomo por átomo no vácuo, geralmente com 1–5 µm de espessura.
Os átomos voam em linha reta, então superfícies ocultas recebem pouco revestimento.
A cor dourada de muitas brocas é nitreto de titânio aplicado por PVD.