Mejorar superficies con revestimiento PVD: una solución moderna

Los recubrimientos especializados suelen ser una parte esencial en los procedimientos industriales para mejorar la superficie de productos de alto rendimiento. Se aplican para proteger superficies, herramientas y equipos para mejorar la durabilidad y el rendimiento. El acabado de metal PVD es uno de los métodos comunes para producir una capa delgada con alta dureza sobre la superficie. Se mejora la vida útil de estos productos porque los materiales sin recubrimiento son propensos a dañarse prematuramente. Los recubrimientos PVD también mejoran la resistencia al desgaste y a la corrosión de los materiales.

Desarrollo histórico del recubrimiento PVD

La primera aplicación del recubrimiento PVD fue realizada en 1857 por Faraday, a partir de la evaporación de alambre metálico al vacío. El examen de esta deposición de película delgada mediante microscopía óptica fue realizado en 1888 por Kuntz. En aquel momento, esta técnica se limitaba al ámbito de la física. Esto se hizo famoso en la década de 1960 cuando se aplicó en la superficie de la herramienta de corte para retrasar el desgaste de la herramienta. Las técnicas PVD normalmente se basan en el principio de acumulación en el que se utiliza evaporación térmica y/o pulverización catódica para aplicar un recubrimiento sobre la superficie del material.

¿Qué es el recubrimiento PVD?

La PVD consiste en la deposición de átomos, moléculas o iones de un material de recubrimiento sobre la superficie de un material para mejorar su apariencia. Este proceso se lleva a cabo en una cámara con un entorno controlado y una presión reducida de 0.1 a 1 N/m² ^. El material sólido se vaporiza en esta cámara y se deposita sobre el material objetivo, átomo a átomo, mediante técnicas como la evaporación y la pulverización catódica. El resultado es una capa de recubrimiento muy fina, un material respetuoso con el medio ambiente.

¿Qué significa PVD?

PVD significa Deposición Física de Vapor. Como su nombre lo indica, es una deposición física de vapor de un material de recubrimiento para mejorar la superficie sobre la superficie objetivo de un material sólido en forma de átomos, moléculas o iones.

Carta de colores PVD

El color del revestimiento PVD varía según los materiales. Los colores comunes se muestran en la siguiente tabla.

¿Es caro el recubrimiento PVD?

Sí, es un poco caro. Porque tiene un costo mínimo de eliminación de químicos y un recubrimiento ecológico. Además, tiene altos costos de inversión y mantenimiento debido al costoso equipo utilizado en el proceso. En el mismo material, el coste del PVD es mayor que el de la galvanoplastia.

Explicación detallada del proceso PVD

En el revestimiento PVD, el material sólido se recubre sobre un sustrato en forma de vaporización para mejorar la superficie, los pasos involucrados en el proceso son los siguientes:

1. Limpieza: El proceso comienza con la limpieza de la suciedad o contaminantes del metal mediante el uso de métodos de limpieza mecánicos o químicos. Esto ayuda con la adhesión adecuada del recubrimiento sobre el sustrato.

2. Pretratamiento: como anodizado o grabado con plasma realizado sobre el sustrato para mejorar la adhesión del recubrimiento. Esto crea una superficie rugosa que facilita la realización del revestimiento de PVD.

3. Revestimiento: luego, el revestimiento de PVD se produce como una deposición de película delgada mediante una fuente de calor para la evaporación térmica del material de revestimiento. Este material evaporado se deposita sobre el sustrato como deposición de vapor de película delgada.

4. Control de calidad: la inspección se lleva a cabo después del revestimiento PVD. Se realizan todas las acciones y pruebas necesarias para verificar la calidad del recubrimiento.

5. Acabado: si se requiere un paso adicional como pulir o pulir para aumentar el rendimiento o la apariencia del revestimiento de acabado de metal PVD, estos procedimientos se llevan a cabo en este paso final.

Explica los diferentes procesos de PVD.

La deposición de vapor de película fina de PVD se produce mediante dos procesos diferentes que se explican a continuación:

1. Sputtering: consiste en el bombardeo del material sólido a recubrir mediante el uso de cargas eléctricas de alta energía. Este procedimiento provoca una "chisporroteo" del átomo o molécula sobre el sustrato.

2. Evaporación térmica: en este proceso la temperatura de los materiales sólidos a recubrir se eleva hasta el punto de ebullición dentro del vacío. Esto crea una corriente de vapores de material sólido que se condensa sobre los sustratos.

Materiales de revestimiento PVD

Existen diferentes tipos de materiales que se utilizan como revestimiento para mejorar la superficie. La mayoría de ellos se explican a continuación:

1. Oro: se utiliza principalmente en joyería para hacer superficies brillantes y lisas. Este proceso es más barato que los productos de oro reales en general. También tiene aplicaciones en la industria aeroespacial.
2. Grafito: proporciona un acabado PVD oscuro y brillante y tiene características de carga excepcionales, alta resistencia al desgaste y baja fricción. Se utiliza principalmente en productos que se utilizan en lugares húmedos como baños o cocinas.
3. Titanio: El recubrimiento de titanio se utiliza en 3 formas: TiN, TICN y TiAlN. El revestimiento de PVD a base de Ti tiene una alta dureza cercana a la del diamante. Estos recubrimientos tienen una alta resistencia a la oxidación. Las aplicaciones comunes son herramientas de corte, herramientas médicas, piezas de moldeo por inyección y relojes.
4. Circonio: el recubrimiento de circonio se recubre principalmente como ZrN. La dureza del circonio es muy alta y tiene una resistencia a la corrosión excepcionalmente alta. Las aplicaciones comunes del revestimiento PVD de ZrN son la maquinaria.
5. Aluminio: se utiliza por separado y como combinación de materiales. El revestimiento de Al PVD tiene un acabado brillante y liso y normalmente se utiliza en el sector de la automoción debido a su alta resistencia y resistencia. Aparte de eso, está recubierto principalmente de plástico.
6. SiO₂: es el recubrimiento más versátil en revestimiento PVD para metales, plásticos, aleaciones y todo tipo de materiales. Las propiedades deseadas mejoran mucho con el recubrimiento de óxido de silicio y aporta brillo y suavidad al producto.
7. Molibdeno: los recubrimientos PVD a base de Mo se utilizan en la NASA principalmente debido a su alta resistencia al desgaste. Este recubrimiento con una dureza de 1500-2000HV puede lograr la fricción más baja, incluso menor que la del teflón y el grafito.

Recubrimiento PVD sobre acero inoxidable

El revestimiento de PVD se puede aplicar a todo tipo de acero inoxidable. pero da los mejores resultados en acabados lisos como granallado, fino o lino. El acero PVD se utiliza habitualmente con fines arquitectónicos y decorativos en paneles de pared o también para productos artísticos.

Recubrimiento PVD sobre titanio

Los recubrimientos PVD se aplican a materiales que pueden sobrevivir a temperaturas de 800 °F y el recubrimiento de titanio es uno de ellos. El recubrimiento de titanio también se utiliza en materiales en revestimiento de PVD como nitruro de titanio y nitruro de titanio y aluminio para acero PVD y semiconductores PVD. El nitruro de titanio tiene aplicaciones biomédicas debido a su uso seguro dentro del cuerpo humano. El nitruro de aluminio y titanio en las herramientas de carburo es el mejor para mecanizar titanio. Y es mejor para herramientas de corte.

Propiedades del recubrimiento PVD

Las propiedades del revestimiento PVD son únicas para mejorar la superficie de un material y son de calidad mucho mayor que otros métodos convencionales.

• Tiene una alta dureza superficial superior a 1800HV

• Los colores del revestimiento son estables en superficies lisas.

• Material biocompatible que además no es tóxico ni alérgico.

• La resistencia a la corrosión y al desgaste del acero PVD, los semiconductores PVD son mucho más altos que otros recubrimientos.

• Sin rayones, la resistencia al roce es excepcional

• Alta resistencia a agentes atmosféricos agresivos como la sal o los rayos UV.

• Alta resistencia a soluciones ácidas y alcalinas y apto para uso doméstico.

¿Para qué se utiliza el recubrimiento PVD?

El revestimiento PVD para mejorar la superficie tiene muchas aplicaciones como. Algunos de ellos se explican:

• Industrias aeroespaciales

La alta durabilidad del recubrimiento PVD es la razón principal de su uso en el sector aeroespacial. La fuerte resistencia al desgaste y a la corrosión lo hace más deseable. Pueden soportar altas temperaturas y funcionan mejor en fluctuaciones extremas de temperatura en los aviones. Otra razón para su uso es su característica de deposición de vapor de película delgada y liviana, que es la característica más exigente en cualquier material para aplicaciones aeroespaciales.

• Industrias automotrices

El revestimiento de PVD mejora el rendimiento de los componentes del automóvil, como el motor, los pistones y los árboles de levas, para reducir la fricción. La alta durabilidad del revestimiento PVD aumenta la resistencia al desgaste en piezas de la carrocería como la parrilla o el parachoques. También está libre de rayones y protege el cuerpo contra daños. Se aplica sobre metales, plásticos o materiales cerámicos que se utilizan en la industria del automóvil.

• Industrias electrónicas

El revestimiento de PVD se aplica para la protección de elementos electrónicos como semiconductores de PVD y aumenta su vida útil al aumentar la resistencia a la corrosión, la abrasión y el desgaste. Se mejora la conductividad térmica y eléctrica de los elementos electrónicos y la alta durabilidad del recubrimiento PVD ofrece confiabilidad en este equipo.

• industria médica

El revestimiento de PVD en el campo médico, como el acero PVD, es muy exigente debido a que proporciona seguridad para el contacto del cuerpo humano con metales y protección contra efectos adversos. Por eso se utiliza esencialmente en implantes médicos. La alta resistencia a la corrosión y al desgaste junto con la alta durabilidad del recubrimiento PVD lo convierten en un tipo de recubrimiento exigente. Una deposición de película delgada y liviana sobre el sustrato también son características importantes para el campo médico del revestimiento PVD.

productos PVD

El recubrimiento PVD se aplica para mejorar la superficie de herramientas médicas, piezas de motores de automóviles y aeroespaciales para álabes de turbinas, acero PVD, semiconductores PVD y muchos más.

Comparación con otras técnicas de depósito

Ventajas

El revestimiento PVD tiene muchas ventajas sobre la técnica de deposición convencional. Y estos se explican a continuación:

Resistencia y alta durabilidad del recubrimiento PVD.

El revestimiento de PVD es famoso por tener una alta dureza y resistencia a la abrasión y al desgaste. La durabilidad debido al recubrimiento al vacío elimina el oxígeno y la humedad de los materiales y aumenta su vida útil frente a la degradación. La deposición de películas finas a nivel atómico mejora la estructura y densidad de la película, lo que permite una fuerte adhesión del recubrimiento al sustrato.

Mejor resistencia a la corrosión

El revestimiento PVD proporciona las mejores características de resistencia a la corrosión, lo que es adecuado para aplicaciones como en la industria marina, automotriz, aeroespacial y para aplicaciones en exteriores. La propiedad de resistencia a los rayones y la corrosión de la deposición de película delgada proporciona un acabado suave que puede mantener su color durante toda la vida útil. El recubrimiento de titanio y el recubrimiento de circonio ofrecen características de alta resistencia al desgaste y a la corrosión en herramientas de corte como brocas, máquinas herramienta, etc.

Superficie estéticamente atractiva

Los recubrimientos PVD ofrecen una buena apariencia a cualquier material, lo que aumenta el atractivo visual. Una superficie brillante y brillante refleja la luz, lo que la hace preferible a cualquier otro revestimiento convencional.

Sostenible.

No se libera ninguna sustancia química nociva durante el proceso de recubrimiento PVD, lo que reduce la gestión y eliminación de materiales tóxicos y, comparativamente, es un proceso limpio con alta durabilidad. Por eso tiene la mayoría de aplicaciones en el campo médico.

Limitaciones

El acabado metálico PVD también tiene algunos inconvenientes. Uno de ellos es que es un tratamiento caro. Tiene un alto costo de capital debido al costoso equipo. Este proceso es relativamente más lento que los otros métodos, lo que reduce la velocidad de producción. También es difícil aplicar geometrías complejas.

Aspectos ambientales y de seguridad

El acabado metálico PVD no es tóxico y no libera productos químicos nocivos. Además es biocompatible y tiene un mínimo de residuos peligrosos. Esto se alinea con la demanda sostenible y de cero emisiones en el mundo. Este recubrimiento ha sido probado al límite para cumplir con el objetivo de encontrar otras soluciones que puedan ser un sustituto que sea peligroso para la atmósfera y los resultados indicaron que tiene un mínimo de residuos no tóxicos y un método libre de contaminación.

Sin embargo, algunos métodos de revestimiento PVD pueden implicar desechos de materiales tóxicos y peligrosos debido a mano de obra incompetente y mala manipulación del equipo, lo que puede causar inflamación, irritación y alergias de diferentes tipos.

Conclusión

El acabado metálico PVD aplicado mediante el método de deposición de película delgada aumenta la resistencia a la corrosión y al desgaste de un material. El recubrimiento de titanio y el recubrimiento de circonio se utilizan principalmente para mejorar la superficie de un material. La evaporación térmica y la pulverización catódica son los dos métodos de recubrimiento al vacío PVD. Se utiliza principalmente como método de recubrimiento aeroespacial. El mecanizado CNC de TOUFA ofrece servicios de recubrimiento PVD de primer nivel a precios asequibles. TUOFA tiene años de experiencia en servicios de recubrimiento, creación rápida de prototipos y servicios de fabricación. La satisfacción del cliente es nuestra máxima prioridad. Contáctese con nosotros para mas información sobre nuestros servicios.

Preguntas Frecuentes

¿Cuánto dura el recubrimiento PVD?

El acabado metálico PVD, si se realiza correctamente, puede soportar altas temperaturas y presión y durar mucho tiempo. En casos normales, el revestimiento de PVD tiene una vida útil de más de 10 años.

Chapado en oro frente a revestimiento PVD

El PVD, como recubrimiento de titanio, tiene una alta durabilidad y una resistencia a la corrosión y al desgaste mucho mayor que el baño de oro. El PVD tiene una vida útil más larga que el recubrimiento de oro.

Recubrimiento PVD versus CVD

PVD es un proceso de recubrimiento al vacío para mejorar la superficie y las partículas se depositan en estado evaporado o el material sólido se evapora en forma atómica para su deposición. En CVD, el material de recubrimiento ingresa a una cámara de recubrimiento en forma de gas y vapor para depositarse sobre el sustrato.

Revestimiento DLC frente a PVD

DLC tiene mayor dureza que el acabado metálico PVD. El recubrimiento de carbono similar al diamante tiene una alta resistencia a los rayones y la abrasión y tiene un nivel de dureza Vickers más alto que los recubrimientos PVD.