PVD処理について
ABOUT PVD PROCESSING
PVD処理とは
PVD処理は表面改質技術のひとつで金属材料にセラミックスの薄膜を生成させる加工技術です。
この薄膜により、金属材料は耐摩耗性、耐かじり性、滑り性向上、耐溶着性、耐熱性、耐食性等の様々な機能を得ることが出来ます。
その適用範囲は広く、切削工具、金型、自動車部品、時計、医療機器他で幅広く利用されています。
各種表面改質技術の比較
| 処理法 | PVD *1 | CVD *2 | TD *3 |
|---|---|---|---|
| 原理 | プラズマ反応 | 熱化学反応 | 熱反応析出拡散 |
| 膜種 | TiN、TiCN、TiAlN、CrN、DLC他 | TiN、TiC、TiCN、Al2O3他 | VC |
| 処理温度（℃） | 200～600 | 700～1200 | 1000～1100 |
| 寸法精度 |  |
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| 密着性 |  |
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| 再処理 | |
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*1 Physical Vapor Deposition（物理的蒸着法）
*2 Chemical Vapor Deposition（化学的蒸着法）
*3 Toyota Diffusion Coating Process（TDプロセス）
PVD処理のメリット
近年、金型は高精度化の傾向にあり、その要求に応えるには歪みの少ないPVD法が適しており、CVD法、TD法と比較して下記の大きなメリットがあります。
①処理温度が低いため処理物の寸法変化が極少
②硬化処理である窒化との複合処理により更なる機能向上可能
③金型の再処理によるリユースが複数回可能
PVD皮膜形成プロセス
イオンプレーティング法はアーク放電式、電子ビーム式、ホロカソード式等が存在しますが、その中でも代表とされるアーク放電式による処理方法をご紹介します。
アーク放電式イオンプレーティング装置
アーク放電式の装置では処理物を回転テーブルに設置し、そのテーブルを回転させながら、装置内部側面の金属ターゲットを蒸発させ、それを反応ガスと共に処理物表面に堆積させることで皮膜を形成させていきます。（右図）
皮膜形成プロセス
皮膜形成過程をモデル図でご紹介します。（例：TiCN皮膜の場合）
真空引き→加熱→負電圧の印加
- 1.
- 装置内を真空状態にした後、処理物を加熱する。
- 2.
- 処理物に－（負）の電圧をかける。
反応ガスの導入、金属ターゲットの蒸発
- 3.
- 反応ガスとなる窒素や炭化水素ガスを導入する。
- 4.
- 装置内の金属ターゲット（ Ti ）をアーク放電によって蒸発させることで金属イオンが発生する。
皮膜の形成
- 5.
- ＋（正）に帯電した金属及びガスが、－（負）に帯電している処理物に引き寄せられ処理物から
電子（ e- ）を受け取ることで皮膜が形成される。