لقد كان ظهور تكنولوجيا طلاء الفراغ حديثًا نسبيًا. على الساحة الدولية، تم تطبيق تكنولوجيا CVD (ترسيب البخار الكيميائي) على أدوات قطع السبائك الصلبة في الستينيات. ومع ذلك، خلال تطويرها المبكر، واجهت هذه التكنولوجيا العديد من العقبات. كان يلزم العمل في بيئة ذات درجة حرارة عالية-(مع درجة حرارة معالجة أعلى من 1000 درجة مئوية) وكان به مجموعة محدودة من الطلاءات، مما حد بشكل كبير من إمكانية تطويره.
بحلول نهاية السبعينيات، ظهرت تقنية الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD)، مما فتح مجالًا جديدًا واعدًا في مجال الطلاء الفراغي. وفي غضون بضعة عقود فقط بعد ذلك، تطورت تكنولوجيا طلاء PVD بسرعة.
في الوقت الحاضر، ظهرت تقنيات جديدة مثل PCVD (ترسيب البخار الكيميائي الفيزيائي) وMT-CVD (ترسيب البخار الكيميائي ذو درجة الحرارة المتوسطة-) في مجال تكنولوجيا الطلاء الفراغي. لقد ظهرت معدات وعمليات الطلاء المختلفة بشكل مستمر، مما يقدم مشهدًا مزدهرًا ومتنوعًا.
في المستقبل، ستشمل اتجاهات تطوير تكنولوجيا طلاء الأدوات النقاط التالية:
(ط) تنويع وتعقيد مكونات الطلاء
أ. يتكون الجيل الأول من طلاءات PVD بشكل أساسي من TiN. على هذا الأساس، تم تطوير العديد من الطلاءات المعدنية المفردة مثل TiC، وTiCN، وZrN، وCrN، وWC على التوالي. ومع التطوير الإضافي لتقنية ترسيب PVD، تمت إضافة الألومنيوم إلى الطلاءات، وظهرت طلاءات سبائك معدنية متعددة المكونات مثل TiAIN وTiAICN. لقد تحسنت مقاومة التآكل والصلابة الحمراء بشكل ملحوظ مقارنةً بالطبقات المعدنية المفردة-، مما يتيح استخدامها بسرعات قطع أعلى، على سبيل المثال، ما يصل إلى 150 م/دقيقة في القطع المتداول.
ب. وفي وقت لاحق، أصبح هناك اتجاه لوضع أنواع متعددة ومختلفة من الطلاءات على الأداة طبقة تلو الأخرى للاستفادة من مزايا كل طلاء. على سبيل المثال، تم استخدام مجموعات TiN + TiCN + TiN، TiN + TiALN، TiAIN + WC/C، وما إلى ذلك.
ج. في السنوات الأخيرة، اتخذت تكنولوجيا طلاء PVD خطوة هامة أخرى إلى الأمام. نجحت العديد من شركات الطلاء في الخارج في تطوير تقنية الطلاء النبضي وبدأت في تطبيقها. على سبيل المثال، تقنية P3E (انبعاث الإلكترون المعزز للنبض) من شركة Balzers في سويسرا وتقنية HIP_ (النبض الأيوني العالي) من شركة Cemecon في ألمانيا. تستخدم هاتان التقنيتان الجديدتان الإلكترونات النبضية لتنشيط التبخر القوسي للمادة المستهدفة. نظرًا لهذه العملية التي تعمل في جو الأكسجين، من الناحية النظرية، يمكن لهذه التقنية ترسيب أي أكسيد فلز (مثل Al2O3، ZrO2، Cr2O3، Ta2O5، إلخ) وطلاءاته المركبة. حاليًا، دخل طلاء Al2O3 مرحلة التجربة العملية، ويُعتقد أنه سيتم تطبيقه على نطاق واسع في المستقبل القريب.
(II) يصبح تطوير تطبيقات الطلاءات أكثر استهدافًا
لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة، أصبح تطوير وتصميم الطلاءات مستهدفًا بشكل متزايد. وفقًا لخصائص ومتطلبات مجالات التطبيق المختلفة مثل الحفر والطحن والقطع الجاف والختم والرسم العميق، تم تطوير الطلاءات ذات المزايا النسبية في هذه الجوانب. من خلال الجهود المتواصلة والتجارب، تم تحقيق النجاح في مجالات معينة، مثل تطبيق طلاءات TiX (Al:Ti=2:1) في الطحن، وطلاءات AICrN المطبقة على قطع الدرفلة الجافة عالية السرعة-، والطلاءات المركبة CrN + TISIN المطبقة في الحفر، والطلاءات المركبة TIN + TCX المطبقة في قوالب السحب العميقة. عمرهم أفضل بكثير من عمر الطلاءات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، تم بالفعل تطبيق العديد من الطلاءات المستهدفة ذات وظائف مثل مقاومة التآكل (طبقات Crx)، و"التشحيم الذاتي (طبقات WC/C)، ومعالجة المواد الناعمة (طبقات MoS2)، ومعالجة المواد الصلبة (CBN، وطلاءات الماس)" على نطاق واسع. على الرغم من أن هذه الطلاءات حققت نجاحًا كبيرًا في مجالات تخصصها، إلا أنه مع التطوير المستمر لتقنية طلاء PVD، سيتم تطوير طلاءات جديدة أكثر استهدافًا بشكل مستمر لتحل محل هذه الطلاءات الحالية.
(III) تميل جزيئات الترسيب للطلاءات إلى أن تكون نانومترية
مع تطور تكنولوجيا النانو وتقدم تكنولوجيا الطلاء، اجتذبت أدوات القطع المطلية بالنانومتر-اهتمامًا كبيرًا من الباحثين وشركات خدمات الطلاء بتقنية PVD. إن القياس النانوي لجزيئات ترسيب الطلاء يمكن أن يعزز قوة الترابط بين الطلاء والركيزة وكذلك بين الطبقات المختلفة، ويمكن أن يقلل أيضًا من خشونة سطح الطلاء. حاليًا، لا تزال جزيئات الترسيب في معظم الطلاءات كبيرة نسبيًا. على الرغم من وجود بعض الطلاءات تسمى مستوى النانو-، إلا أنه لا يزال من الممكن العثور على جزيئات كبيرة على السطح النهائي للطلاء، ولا يزال سطح الطلاء خشنًا نسبيًا. إن تقليل حجم جزيئات ترسيب الطلاء مع الحفاظ على استقرار العملية لتجنب ظهور جزيئات كبيرة غير طبيعية سيصبح اتجاهًا مهمًا لتطوير الطلاءات، خاصة في تطبيقات سطح المرآة. على الرغم من أن بعض الشركات قد طورت طلاءات سطحية مرآة، إلا أن جودتها واستقرارها ضعيفان، كما أن العملية معقدة نسبيًا. في بحث وتطوير الطلاء المستقبلي، سيكون قياس النانو لجزيئات الطلاء وقياس النانو لسمك الطبقة البينية للطلاءات هي اتجاهات التطوير الرئيسية، وهو أمر له أهمية كبيرة لتحسين الأداء الشامل للطلاءات وتقليل إجهاد الطبقات البينية، وسيزيد من تحسين نعومة سطح المرآة، وبالتالي توسيع نطاق تطبيق الطلاءات في صناعة التشكيل الدقيق.
(رابعا) تنخفض درجة حرارة عملية الطلاء
من درجة حرارة الترسيب التي تبلغ حوالي 1000 درجة لطلاءات CVD العامة إلى حوالي 500 درجة لطلاءات PVD وPECVD، انخفضت درجة حرارة ترسيب الطلاءات، وبالتالي توسيع نطاق تطبيق الطلاءات. ومع ذلك، فإن درجة حرارة الترسيب التي تبلغ حوالي 500 درجة لا تزال لها آثار سلبية على قطعة عمل الطلاء، مثل التسبب في تشوه قطعة العمل وانخفاض صلابة الركيزة. لذلك، يجب اقتراح متطلبات خاصة للتسخين المسبق لقطعة عمل الطلاء، مثل أن لا تكون درجة حرارة التسخين الخلفي لقطعة العمل أقل من درجة حرارة الطلاء. الطلاءات ذات درجات الحرارة المنخفضة، مثل تلك التي تكون درجة حرارة الطلاء أقل من 200 درجة، ستزيل هذه القيود، مما يسمح بنطاق أوسع من المواد لتطبيقات الطلاء، واختيار أكثر مرونة للتسخين المسبق، وتطبيق شامل أكثر جدوى لتقنيات تعديل السطح المختلفة. وفي الوقت نفسه، فإن تطبيق الطلاءات ذات درجات الحرارة المنخفضة-سيؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة لمعدات الطلاء، مما له تأثير معين على حماية البيئة في الحفاظ على الطاقة. علاوة على ذلك، فإن انخفاض درجة حرارة الطلاء يسمح بفترات تسخين وتبريد أقصر، مما يؤدي إلى تقصير دورة توصيل الطلاء وتحسين الكفاءة. ولذلك، فإن الطلاءات ذات درجات الحرارة المنخفضة-ستعزز بشكل كبير تطبيق وتعميم الطلاءات، وستصبح اتجاهًا مهمًا لتطوير الطلاءات بتقنية PVD.
