PVD Kaplama Nedir?
PVD (Physical Vapour Deposition) kaplama, Türkçe’ye kısaca “fiziksel buhar yoğunlaştırma” olarak çevrilmektedir. Bu kaplama yönteminde, kaplama olarak kullanılacak malzeme katı formdan buhar formuna geçirilerek hedef malzeme üzerine yoğun bir bombardıman işlemiyle uygulanır.
PVD, uygulama kolaylığı ve uygulandığı malzemenin mukavemet, sertlik ve aşınma direncini arttırması nedeniyle en çok tercih edilen kaplama sistemlerinden biridir.
Uygulandığı zemine çok güçlü bir biçimde yapışan PVD, bu sayede dökülme ve bozulma göstermez. Kaplama işleminden sonra oluşturduğu tabakanın oldukça küçük olması nedeniyle otomotiv, mobilya, beyaz eşya gibi estetik temelli sektörlerde sıkça tercih edilmektedir.
Yaygın olarak biyomedikal, savunma sanayi, mutfak eşyaları, güç makinaları, gemi makinaları, kimya endüstrisi, tekstil sanayii, makina imalat sanayi, havacılık ve uzay sanayii gibi hemen hemen her sektörde kullanılmaktadır.
PVD teknolojisinin en büyük avantajlarından birisi sert metal ve yüksek hız çeliklerinin özelliklerini etkilemeden düşük sıcaklıklarda kaplama yapılabilmesidir.
Parçaların ısıtılmasında ekstra bir ısıtıcı kaynağa ihtiyaç duyulmaz. PVD teknolojisin kaplama sıcaklıkları 200 - 500 °C aralığında gerçekleştirilir. Bu sıcaklık aralığı kaplama yapılan parçaların özelliklerini etkilemez.
PVD Kaplama Neden Tercih Edilir?
PVD kaplama, yüksek aşınma dayanımı gerektiren yerlerde kullanılan metallerin yüzeylerinin kaplanmasıdır. Bu kaplama işlemi konvensiyonel yani geleneksel yöntemlerle olmayıp kaplama malzemesinin buharlaştırılıp, kaplama yapılacak malzeme yüzeyine yoğunlaştırılması ile elde edilir.
En çok uygulanan kaplama işlemi Titanyum Nitrür ( TiN ) olmaktadır. PVD Kaplamaların % 90’ını bu işlem oluşturmaktadır.
PVD Kaplama Nerelerde Kullanılır ?
PVD kaplama, ” Physical Vapor Deposition “, yani fiziksel buhar biriktirme anlamına gelmektedir. Bir önceki paragrafta da bahsettiğimiz üzere, aşınması zor olan malzeme buharlaştırılarak dayanım kazandırılmak istenen metal üzerinde yoğunlaştırılmaktadır. Bu şekilde yüzeyi kaplanan metaller, çok yüksek aşınma dayanımlarına sahip olurlar.
Geleneksel kaplama yöntemlerine göre çok ince bir film tabakası şeklinde uygulandığından dolayı, malzeme boyutlarını mikron mertebesinde değiştirirler. Bu nedenle de hassas toleransla çalışan yerlerde rahatlıkla kullanılırlar. Genellikle, mekanik, elektronik ve kimyasal uygulamalarda kullanılmaktadır.
Özellikle ince film kaplı güneş panellerinde bol miktarda kullanılmaktadır.
Genel olarak aşağıdaki alanlarda uygulanmaktadır.
- Havacılık ve Uzay Endüstrisi
- Otomotiv Sektörü,
- Aşınma dayanımının çok önemli olduğu kalıp sistemleri,
- Takım Çelikleri
- Kesme Takımları
- Yumuşak Metaller
- Saatler
Avantajları
- Elektrokimyasal kaplamaya göre korozyon direnci daha yüksektir.
- Yüksek sıcaklık dayanımı, yüksek çentik darbe dayancı elde edilebilmektedir.
- Malzemenin tok, yüzeyinin ise sert ve aşınmaya dirençli olması istenen durumlarda kullanılabilmektedir.
- Boyama ya da elektro kaplama işlemlerine göre çevreye daha az zararlıdır.
- Bu işlemin yapılabilmesi için tek bir yöntem olmayıp, birden fazla yöntemle yapılabilmektedir.
- Diğer yöntemlerden farklı olarak, kaplamanın tekrar tekrar sökülüp, yeniden uygulanabilme gibi bir avantajı vardır.
PVD Yönteminde Diğer Uygulamalar
PVD Kaplama, özellikle paslanmaz çeliğin tipik rengi olan griyi, diğer renklerle değiştirmek için kullanılabilmektedir. Bir çok mimari uygulamada görebileceğimiz gibi, saatlerin kaplanmasında da uygulanabilmektedir. Örneğin saatlerin altın kaplanması ya da altın gibi görünmesine sebep olabilen pirinç kaplama da diğer uygulamalar arasındadır.
Son yıllarda elektronik aletlerin daha güzel gözükmesi için de kullanılabilmektedir. PVD kaplama yöntemi ile, iPhone X modeli altın kaplama işlemi uygulanmıştır.
Titanyum (TiN) Kaplama
TiN, çelik işleme endüstrisinde kullanılan ilk kaplama olup altın sarısı rengi ile dikkat çeken bir bileşimdir. İlk olarak buhar biriktirme yöntemi ile 500° C civarında ısıtılan hız çeliklerinin yüzeylerini kaplamada etkin bir malzeme olduğunu ispatlayan TiN; 80'li yıllardan itibaren birçok işleme ve kesme takımları ile kalıp endüstrisinde kullanılmaktadır. Titanyum nitrür kaplama, PVD yöntemi ile oluşturulan kaplamaların tüm olumlu özelliklerini bünyesinde barındırmaktadır.
TiN kaplamalarının genel özellikleri,
- Renk : Altın sarısı
- Sertlik : 2000 - 2300 HV
- Kalınlık : 2 - 5 mikrometre
- Kaplama ısısı : 200 - 500 derece
- Sürtünme katsayısı : 0,6
- Termal oksidasyon derecesi : 500 - 600 derece
- Yüzey pürüzlülüğü (Ra µm) : 0,2
- Uygulama alanları : Matkaplar, frezeler, broşlama, soğuk ekstrüzyon, form, plastik uygulamaları
Krom Nitrür (CrN)
Diğer PVD kaplama yöntemlerine nazaran sertliği düşüktür. Ancak yüksek kimyasal direnci sayesinde çalıştığı materyallere yapışmaz, antikoroziftir. Diğer kaplamalara göre kalınlığı daha fazladır.
Bakır ve alüminyum alaşımları gibi malzemelerin işlenmesinde son derece uygundur. Ayrıca, sıvama kalıpları, alüminyum enjeksiyon kalıpları ve plastik enjeksiyon uygulamalarında yüksek performansı ile dikkat çeker.
CrN kaplamalarının genel özellikleri,
- Renk : Gümüş
- Sertlik : 2000 - 2200 Hv
- Kalınlık : 3 - 10 mikron
- Kaplama ısısı : 200 - 500
- Sürtünme katsayısı : 0,45
- Termal oksidasyon derecesi : 700-750
- Yüzey pürüzlülüğü (Ra µm) : 0,2
- Uygulama alanları : Tornalama, freze, delme, broş, zımba, sıvama kalıpları, aluminyum enjeksiyon kalıpları, plastik enjeksiyon vb.
Titanyum Almüminyum Nitrür(TiAlN)
TiAlN filmler özellikle delme uygulamalarındaki kesme performansları sebebiyle tercih edilen kaplamalardır. TiAlN filmlerinin sertlikleri 2100-2300 HV civarındadır ancak delme uygulamalarında kullanılmalarının sebebi Al katkısıyla oksidasyon direncinin artırılmasıdır. TiN kaplamalar 550 C civarında okside olmaya başlarken, TiAlN kaplamalarda bu sıcaklık 800 C’dir.
Yapılan araştırmalara göre, alüminyum kullanılan kaplamalı takım malzemeleri, hacimsel olarak daha fazla talaş kaldırabilmiştir ve kesme uzunlukları daha iyi değerlerde belirlenmiştir. Performans deneylerinde yüksek kesme hızlarına sahip olan takımlarda kaldırılan talaş hacmi ve ekonomik uygunluk performansının daha yüksek olduğu gözlenmiştir.
Kuru talaş kaldırma işlemlerinde TiAlN kaplamalı kesici takımlarda, yüksek aşınma direnci ve termal kararlılık görülmüştür. Elde edilen yüzey pürüzlülüğü, taşlama kalitesine yakındır. TiAlN kaplamalı kesici takımlarda aşınma miktarına bağlı olarak, sürtünme kuvvetlerindeki artış oranı, diğer kesicilere göre en az olmaktadır. Yapılan deneylerde talaş kaldırma performansı en yüksek kesici takımın TiAlN kaplamalı kesici takım olduğu görülmüştür.
TiAlN kaplamalarının genel özellikleri,
- Renk : Mor - Siyahi Sertlik : 3300 Hv
- Kalınlık : 2 - 5 mikron
- Kaplama ısısı : 200 - 500
- Sürtünme katsayısı : 0,37
- Termal oksidasyon derecesi : 800 - 900
- Yüzey pürüzlülüğü (Ra µm) : 0.2
Titanyum CarboNitrür (TiCN)
TiCN, bileşimindeki Ti/C oranına bağlı olarak mavi-gri tonlardan pembe tonlara kadar birçok renkte üretilebilir. TiCN kaplamalar TiN kaplamalara göre daha yüksek sertlik segilerken, daha düşük sürtünme katsayısına sahiptir.Çok katmanlı olarak oluşturulduğu için gerilimi azaltır.
Ancak uygulamada, TiN kaplamanın yerini almaktan çok, orta derece sıcaklıkta çalışan kesme, basma takım ve kalıplarıyla yüksek aşınma direnci istenen malzemelerde tercih edilir. Daha yüksek devir ve ilerlemede takımın çalışmasına yardımcı olur.
TiCN kaplamalarının genel özellikleri,
- Renk : Violet
- Sertlik : 3500 +- 500 Hv
- Kalınlık : 2- 5 mikron
- Kaplama ısısı : 200 - 500
- Sürtünme katsayısı : 0,2
- Termal oksidasyon derecesi : 400 - 500
- Yüzey pürüzlülüğü (Ra µm) : 0,2
- Uygulama alanları : tornamala, freze, delme, broş, zımba, elmas uçlar vb.