물리 기상 증착(PVD)에서는 두 가지 재료 세트를 고려해야 합니다. 코팅되는 재료(기판)와 코팅 자체에 사용되는 재료(타겟)입니다. 다양한 금속, 금속 합금 및 세라믹이 코팅 재료로 사용되며, 일반적인 예로는 질화티타늄, 질화크롬 및 금이 있습니다. 이들은 다양한 강철, 알루미늄 및 구리와 같은 비철금속, 심지어 일부 플라스틱과 같은 기판에 증착됩니다.
PVD의 핵심 원리는 단일 "최고의" 재료에 관한 것이 아니라 정밀한 페어링에 관한 것입니다. 코팅 및 기판 재료의 선택은 내구성, 색상 또는 내식성과 같은 원하는 최종 특성에 따라 결정되는 의도적인 엔지니어링 결정입니다.
PVD의 양면: 기판과 코팅
PVD 재료를 이해하려면 코팅되는 부품과 그 위에 적용되는 박막을 구별해야 합니다.
일반적인 기판 재료 (코팅할 수 있는 것)
PVD 공정은 매우 다재다능하며 다양한 기본 재료와 호환됩니다.
적합한 기판에는 모든 종류의 강철, 특히 스테인리스강 및 고속강과 같은 고합금 유형이 포함됩니다. 구리, 티타늄 및 알루미늄과 같은 비철금속도 일반적으로 코팅됩니다.
크롬 또는 니켈 도금 금속 제품과 같이 이미 도금된 재료도 후속 PVD 코팅의 기판으로 사용될 수 있습니다. 이는 종종 색상을 추가하거나 내마모성을 향상시키기 위한 최종 층을 추가하기 위해 수행됩니다.
일반적인 코팅 재료 (코팅하는 데 사용하는 것)
"타겟" 재료는 기화되어 기판에 증착되는 것입니다. 타겟 재료의 선택은 최종 코팅의 특성을 직접적으로 결정합니다.
내구성과 내마모성을 위해 티타늄은 강도와 내식성 때문에 인기 있는 선택입니다. 이는 종종 질화티타늄(TiN)과 같은 금속-세라믹 화합물을 형성하여 매우 단단한 표면층을 만듭니다.
장식용으로는 선택의 폭이 넓습니다. 실제 금(다양한 캐럿)은 고급 애플리케이션에 사용될 수 있습니다. 그러나 다른 금속 및 합금은 더 낮은 비용으로 금색 또는 청동색과 같은 특정 색상을 얻기 위해 자주 사용됩니다.
전자 제품과 같은 특수 응용 분야에는 금(Au), 금-팔라듐 혼합물 및 기타 백금족 금속과 같은 귀금속이 사용됩니다. 이들의 주요 이점은 높은 전도성과 산화 저항성입니다.
제한 사항 및 절충점 이해
PVD는 강력한 기술이지만 엄격한 재료 및 공정 제약에 의해 지배됩니다. 이러한 규칙을 무시하는 것은 실패의 일반적인 원인입니다.
부적합한 기판 재료
특정 재료는 PVD에 필요한 고진공 환경과 호환되지 않습니다.
아연 도금 재료 및 아연 도금되지 않은 황동은 일반적으로 PVD에 적합하지 않습니다. 이러한 재료는 공정 중에 "가스 방출"을 일으켜 진공을 방해하고 고품질의 접착 코팅 형성을 방해할 수 있습니다.
기본층의 필요성
PVD 코팅은 항상 주 기판에 직접 접착되는 것은 아닙니다.
일부 응용 분야에서는 니켈 또는 크롬의 중간 기본층이 필요합니다. 이 층은 PVD 코팅의 접착력을 향상시키고 부식에 대한 보다 강력한 장벽을 제공하는 다리 역할을 합니다.
온도의 영향
PVD 공정은 열을 발생시켜 민감한 재료를 손상시킬 수 있습니다.
플라스틱, 알루미늄 및 아연 주조물과 같이 녹는점이 낮은 기판에는 특수 저온 PVD 기술이 필요합니다. 이러한 제약은 적용할 수 있는 코팅 유형을 제한하며 처음부터 고려해야 합니다.
재료를 목표에 맞추기
PVD 재료 선택은 프로젝트의 가장 중요한 요구 사항을 직접적으로 반영해야 합니다.
- 주요 초점이 극한의 내구성과 내마모성인 경우: 질화티타늄(TiN) 또는 질화크롬(CrN)과 같은 단단한 세라믹 기반 코팅을 지정합니다.
- 주요 초점이 특정 장식 마감인 경우: 실제 금에서부터 고유한 색상과 광택을 위해 선택된 다양한 금속 합금에 이르기까지 선택의 폭이 넓습니다.
- 주요 초점이 온도에 민감한 재료를 코팅하는 경우: 저온 PVD 공정을 사용해야 하며, 이는 해당 기술과 호환되는 코팅 재료를 결정합니다.
궁극적으로 올바른 PVD 재료를 선택하는 것은 목표를 정확하게 정의하고 기판, 코팅 및 공정 자체 간의 상호 작용을 이해하는 것입니다.
요약표:
| 재료 유형 | 일반적인 예 | 주요 용도/특성 |
|---|---|---|
| 코팅 재료 | 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN), 금(Au) | 내마모성, 장식 마감, 전도성 |
| 기판 재료 | 스테인리스강, 알루미늄, 구리, 니켈 도금 금속 | 향상된 특성을 위해 코팅될 기본 재료 |
| 부적합한 기판 | 아연 도금 재료, 특정 황동 유형 | 가스 방출을 일으켜 PVD 진공 공정을 방해할 수 있습니다. |
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