PVD코팅
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1) PVD 코팅의 역사
▶ 영국의 페러데이(Faraday)가 1857년 진공 상태에서 금속 와이어를 증발시켜 만든 코팅이 최초의 PVD 코팅으로 인정된다.
①1858년 이후 영국과 독일에서 ＊스퍼터링 현상을 발견한 후 계속 발전되어 왔다.
②초기에는 광학 렌즈, 항공, 기계 부품, 원자로 부품 등에 사용되었다.
③1980년대 TIN 코팅을 시작으로 절삭 공구와 귀금속, 의료용품 등에 적용되며 보편화 되었다.
④지금까지 약 200년에 걸쳐 기술과 역사가 이어져 왔다.
2) PVD 코팅의 목적과 특징
▶ 코팅의 목적
절삭공구 또는 금속 부품에 코팅 시 여러 제품의 물성이 보완되면서 신뢰성이 높아진다.
①절삭가공의 더 높은 성능을 발휘하기 위해 여러가지 코팅이 개발 되었다.
②절삭공구의 내마모성과 내열성 등 높은 성능의 효과로 더 빠른 절삭속도와 장 시간 가공의 목적을 갖는다.
▶ 코팅의 특징
-내 마모성이 향상된다 -내열성이 높아진다 -내 부식성이 높아진다 -마찰이 저하된다
-윤활제 및 공구 교환 등 유지보수 작업이 경감된다 -마이크로미터 수준의 코팅 두께로 치수 변화가 미미하다.
-제품디자인이 개선된다.
3) PVD 코팅의 원리
▶PVD(Physical Vapor Deposition) 물리적 증착 방식
고체물질을 외부 전원에 의해 다양한 방법(열, 스퍼터링, 전자빔, 아크방전 등)을 이용해 플라즈마 또는
기체 등 상태로 활성화 시킨 후 물리적인 방법으로 타겟에 증착 시키는 표면 처리 공정
▶플라스마 : 고체, 액체, 기체에 이어 4번째 상태로 원자핵과 자유전자가 따로 떠돌아다니는 상태
①1879년 영국의 물리화학자 윌리엄 크룩수가 기체의 방전으로 음극선인 빛 줄기가 만들어지는 것을 “제 4의 물질상태”로 발표
②1928년 미국의 물리학자 어빙 랭뮤어가 전기방전에 의해 이온화된 기체를 “플라스마“ 라고 부르면서 공식적인 명칭이 되었다.
4) PVD 코팅의 과정
▶ 고체 물질을 열, 전자빔, 아크 등 여러 에너지로 활성시켜 물리적으로 타겟에 증착하는 표면처리 방식
① 고체의 코팅재료(소스)에 열 또는 전자빔과 같은 물리적인 높은 에너지를 가해 소스를 플라스마 상태로 변환
② 활성화 상태로 변환된 소스 입자가 타겟까지 이동
③ 타겟까지 이동한 입자들이 표면에 차곡차곡 쌓이면서 박막 형성
5) PVD 코팅의 방식과 활용
▶PVD 코팅 방법은 코팅물질(소스)을 증착하는 방법에 따라 크게 3가지로 분류
▶ PVD 코팅 챔버 (모식도)
①타겟에 높은 에너지로 소스가 고속 충돌 ü고경도 고 밀착력 피막 형성 ü코팅 속도가 빠르다.
②우수한 생산성 ü코팅 시장에 80%이상 점유 ü공구, 금형, 부품 등 산업분야 전반
▶ 진공증착 방식(Vacuum evaporation)
진공 챔버내에 저항체 또는 전자빔을 이용해 가열하여 소스를 변환시켜 증착
＊ Source → 진공중에 기화 → 타겟에 증착
①저항체인 필라멘트, 도가니 등을 이용해 소스를 융해한다. ü융해된 소스 입자가 비산되어 타겟에 적층된다．
②입자의 직선운동으로 인해 코팅 단차가 발생할수 있다. ü반복적으로 사용하는 증발용 도가니가 오염되어 코팅품질이 저하되기 쉽다.
③증착속도가 빠른것이 최대 장점
▶ 스퍼터링 방식(Sputtering)
높은 에너지를 가진 원자가 소스와의 충돌로 튕겨져 나간 소스가 타겟에 증착 (스퍼터링 현상)
＊방전으로 양의 기체 이온(Ar+)생성 → 소스에 충격 → 소스 비산 → 비산된 소스가 타겟에 증착
특징
-증착속도가 느리며 생산성이 낮다.
-진공증착 방식에 비해 접착력이 우수하고 균일한 박막을 형성
-높은 면조도와 얇은 코팅두께가 요구되는 장식 부품에 주로 사용
