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¿Qué es la Deposición física de vapor (PVD)?

Deposición física de vapor (PVD)

Este término escribe una variedad de métodos de deposición en vacío que se pueden usar para producir capas delgadas sobre un material. El PVD utiliza un proceso físico (tales como el calentamiento o la pulverización catódica) para producir vapor de un material, que se deposita a continuación sobre el objeto que requiere recubrimiento. El PVD se utiliza en la fabricación de artículos que requieren películas delgadas para mecánica, óptica, funciones electrónicas, químicas.

Algunos ejemplos incluyen dispositivos semiconductores tales como paneles solares de película delgada,  película de PET para el envasado de alimentos y globos y recubrimientos de herramientas de corte para elaboración metálica.

Los recubrimientos industriales más comunes aplicados por PVD son nitruro de titanio, el nitruro de zirconio, nitruro de cromo y nitruro de aluminio. 

Por su funcionamiento, el material se deposita inevitablemente también en la mayoría superficies interiores de la cámara de vacío, incluyendo el soporte que se utiliza para mantener las piezas.

 

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Tipos de deposición física de vapor

  • Depósito por arco catódico: En el que un arco eléctrico de alta potencia genera vapor altamente ionizado que se deposita sobre la pieza de trabajo.
  • Haz de electrones deposición física de vapor: En la que el material a ser depositado se calienta a una alta presión de vapor por bombardeo de electrones y se deposita por condensación en la pieza de trabajo.
  • Deposición por evaporación: En la que el material se calienta a una alta presión de vapor por calentamiento por resistencia eléctrica.
  • Deposición por láser: En la que un láser de alta potencia fija el material.
  • La deposición catódica: En la que una descarga de plasma incandescente (generalmente localizada alrededor del “objetivo” por un imán) bombardea el material de pulverización catódica en forma de vapor.

Diversas técnicas de medición de capas pueden ser utilizadas para medir las propiedades físicas de los recubrimientos PVD, por ejemplo:

  • Probador Calo: Prueba de espesor del revestimiento.
  • Nanoindentación: prueba de dureza de los recubrimientos de película fina.
  • Pin en probador de disco: el desgaste y el coeficiente de fricción.
  • Probador de Scratch: prueba de adhesión.
  • Rayos X: investigación de las características estructurales y la heterogeneidad de la composición de las superficies.

Comparación con otras técnicas de deposición

Ventajas 

  • Los recubrimientos PVD son a veces más duros y más resistentes a la corrosión que los recubrimientos aplicados por el proceso de galvanoplastia. La mayoría de los recubrimientos soportan altas temperaturas y poseen buena resistencia al impacto, excelente resistencia a la abrasión y son tan duraderos que los acabados protectores casi nunca son necesarios.
  • Capacidad de utilizar sobre prácticamente cualquier tipo de superficie utilizando una amplia variedad de acabados.
  • Más ecológico que los procesos de recubrimiento tradicionales como la galvanoplastia y la pintura.
  • Más de una técnica puede ser utilizada para depositar la película.

Desventajas

  • Algunas tecnologías específicas pueden imponer limitaciones; por ejemplo, la transferencia usando la línea de visión es típica de la mayoría de las técnicas de recubrimiento PVD, sin embargo, hay métodos que permiten una cobertura total de geometrías complejas.
  • Algunas tecnologías de PVD típicamente operan a temperaturas muy elevadas y entornos de vacío, lo que requiere una atención especial por parte del personal que lleva a cabo el recubrimiento.
  • Requiere un sistema de refrigeración para disipar grandes cargas de calor.

Aplicación

Como se mencionó anteriormente, los recubrimientos PVD se utilizan generalmente para mejorar la dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la oxidación de un objeto o superficie. Por lo tanto, tales revestimientos se usan en una amplia gama de aplicaciones:

  • Aeroespacial
  • Automoción
  • Quirúrgico / médico
  • Troqueles y moldes para todo tipo de tratamiento de materiales
  • Herramientas de corte
  • Armas de Fuego
  • Óptica
  • Relojes
  • Películas finas (tinte de la cristales, envasado de alimentos, etc.)
  • Sobre metales (aluminio, cobre, bronce, etc.)
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La prueba de Calo

La prueba de Calo

El principio de la prueba de calo es determinar los espesores de las películas o capas finas. Una bola de acero endurecido  gira con el fin de erosionar la capa. Dado que muchas películas son más duras que la bola de acero utilizada, una suspensión de diamante adicional se coloca entre la película y la bola de acero usando una pipeta. Una vez que la película ha sido erosionada, la superficie de fricción puede ser evaluada.

 

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Método de trabajo:

Un motor eléctrico acciona el husillo de trabajo que hace girar la bola de acero. Una herramienta flexible de montaje  ajustable permite que material se monte en cualquier ángulo a medir con respecto a la bola de acero. El tiempo de fricción se puede ajustar en incrementos determinados. En función de la geometría de la muestra, varios patrones de molienda se se llevan a cabo; por ejemplo, círculos concéntricos hechos en muestras pares.

 

Aplicaciones

  • Determinación del espesor de la película
  • El examen de resistencia del recubrimiento
  • El comportamiento de la película

 

Parámetros en la máquina

  • Grado de grano de la suspensión de diamante
  • Diámetro de la bola de molienda
  • Ángulo de inclinación del material
  • Ángulo de la pelota de molienda
  • Velocidad rotacional