PVD Indonesia

Physical Vapor Deposition

PENDAHULUAN

The thin film hard coating dan Thermal Diffusion adalah metode coating /pelapisan yang paling baru untuk meningkatkan lifetime stamping tool dan meningkatkan qualitas hasil stamping. Applikasi metode ini terus meningkat dan yang paling penting adalah meningkatkan keuntungan kepada pemakai Stamping tool dan alat kerja lainnya. The thin film hard coating (Lapisan keras tipis) adalah Nitride dan Keramik bahan dasar-Carbide dengan ketebalan 0.2-10µm. Metode ini mempunyai dua teknik, diantaranya :

• Chemical Vapor Deposition (CVD), di mana material coating (contoh : Titanium dan Nitrogen) berbentuk gas, dan reaksi thermochemical untuk membentuk coating tool. Kemudian dipanaskan mendekati. 1,000 °C. yang dikenal sebagai "Hot Process"
• Physical Vapor Deposition (PVD), di mana material coating berbentuk padat (Solid) dengan menggunakan ruang hampa Tinggi. Dan pembuatan metal atom oleh evaporasi, sputter dan metoda pemboman ion, pada temperatur 500°C. yang dikenal dengan "Cold Process"

Physical Vapor Deposition (PVD) adalah bagian dari Vacuum coating technology istilah umum yang digunakan untuk menjelaskan dari berbagai metoda untuk deposit thin film oleh kondensasi yang di evaporasi dari material ke berbagai permukaan. Semua metoda PVD yang digunakan memerlukan ruang hampa tinggi, secara relatif mengijinkan melekul bebas, metal dari atom dan gas yang dicampur untuk membentuk reaksi dari permukaan tool. Ada beberapa sistim PVD untuk menghasilkan metal ion dan reaksi thermochemical untuk membentuk lapisan diantaranya :

1. Electron Gun, mengarahkan suatu arus dari energy elektron yang tinggi ke arah  Material deposisi dalam suatu tempat dan penguapan di ruang hampa tinggi dari sistem deposisition.
2. Sputtering, di mana argon yang di ionisasi membom target deposisi metal dan atom yang diperlukan untuk reaksi pembentukan pelapisan.
3. Arc, Evaporasi material  deposisi dan melempar dengan cepat ke arah tool surface(Substrate) , bersama-sama dengan gas reaktif ( Nitrogen atau Carbon gas dari metan).

PROSES PVD ARC

PVD Arc atau Cathodic Arc Deposition adalah Proses Physical Vapor Deposition di mana suatu busur cahaya digunakan untuk Evaporasi  material dari suatu target katode. Material yang di evaporasi kemudian dikondensasi di suatu substrate, membentuk suatu film yang tipis. Teknik ini dapat digunakan untuk deposit metalik, ceramic dan film komposit. Proses Arc evaporation dimulai dengan membentuk suatu busur cahaya Arus tinggi, Voltage yang rendah dari suatu katode (yang dikenal sebagai TARGET) pada umumnya beberapa mikrometer lebar/luas, kegiatan pancaran area dikenal sebagai Cathode Spot. Temperatur disekitar cathode spot sangat tinggi (sekitar 15000 °C), yang mengakibatkan suatu percepatan yang tinggi (10 km/s). Pancaran dari material katode yang dievaporasi, meninggalkan suatu kawah/lubang ledakan di sekitar permukaan katode. Cathode Spot adalah hanya aktip untuk jangka pendek (Triger), Perilaku ini disebabkan oleh gerakan arc. Arc pada dasarnya adalah konduktor pembawa arus yang dapat dipengaruhi oleh medan elektromagnetis, yang dalam prakteknya digunakan untuk mempercepat perpindahan gerakan busur cahaya keseluruh permukaan target sehingga total permukaan dikikis dari waktu ke waktu. Arc mempunyai rapat daya sangat tinggi yang menghasilkan ionisasi yang lebih tinggi (30-100%), multiply charged ion, unsur partikel netral, cluster dan macro-particles (droplets). Jika reaktif gas diperkenalkan sepanjang proses penguapan, pemisahan, eksitasi dan ionisasi dapat terjadi selama interaksi dengan perubahan ion terus menerus dan composite film akan dideposit.

Mesin PVD

Teknik PVD tidak terlalu susah untuk dipahami, yang penting kita harus mengerti : Teknik Vacuum, Evapouration, Deposition, Ionization dan Electronic Automation . Proses PVD melibatkan penarikan ruang hampa/vacuum chamber yang tertutup rapat dan bersih. dimana penarikan ruang hampa yang cukup akan mempunyai jarak yang sangat besar diantara atom di dalam ruang chamber. pada dasarnya chamber harus hampa seperti di angkasa luar.
Mesin PVD adalah chamber yang sederhana dengan apa yang disebut sebagai cathode metal plate di dalamnya. Bagian dalam yang dilengkapi dengan berbagai alat ukur yang digunakan untuk mengontrol reaksi yang ada. Ruang hampa dan plat metal yang mempunyai electric arc untuk melempar material ke permukaan yang di coating, ini menyebabkan permukaan Target bangkit dan meluncurkan ion logam pada tingkatan energy tinggi melalui bukaan pada mesin sampai mereka menghadapi medan plasma di sekitar part yang di coating. medan plasma ini sangat dibebankan oleh kelompok partikel unsur yang memancarkan warna tertentu tergantung pada gas yang digunakan (ingat bola lampu neon, HID automotive head light atau plasma cutting) Gas yang dibangkitkan ini (yang dibuat dari Nitrogen) detemui oleh ion logam yang dipancarkan dari plat metal, yang sudah dijelaskan di permulaan ini. Ion logam (Titanium+plasma+Nitrogen) menciptakan Titanium nitride (TiN). kombinasi lapisan sederhana dari metal dan gas.

Contoh :

1. Titanium + Nitrogen = TiN
2. Aluminum + Titanium + Nitrogen = AlTiN
3. Titanium + Aluminum + Nitrogen = TiAlN
4. Titanium + Nitrogen + C2H2 (Acetylene) = TiCN
5. Chromium + Nitrogen = CrN
6. Cr + Ti + C2H2 (Acetylene) + Nitrogen - CrTiCN

Preparasi (surface preparation) :

Semua tool steels dapat dilapisi dengan teknik ini - Temperature coating dari 300 sampai 500 ° C sungguh baik karena di bawah temperatur normal heat treatment. Ukuran dan dimensi dari alat tetap tidak berubah setelah proses coating.

• Semua permukaan part harus bebas dari oksidasi, cat marker atau potensi kontaminasi.
• Perubahan dangkal yang diproduksi oleh EDM cutting, ion nitriding "White layer" atau oksidasi heat treatment harus dibersihkan secara mekanik.
• Semua insert, baud, dan lain lain harus dihilangkan, supaya pembersihan benar2 komplit.
• Welded repair diperbolehkan dengan welding continous tanpa ada crack dan kontaminasi.
• Permukaan kerja secara menyeluruh dipolising, mirror finish (0.1-0.4µm).
• sangat direkomendasikan untuk mengikuti surface finish quality.

Jika alat mempunyai kerusakkan lapisan tipis, dapat dibersihkan dengan metode mekanis (dry blasting) atau bahan kimia. Pembersihan mekanis memerlukan juga re-polishing dari permukaan kerja, dengan 0.02 sampai 0.04 mm. perubahan yang dimensional di permukaan masing-masing.

Cost proses PVD coating adalah 2 - 3 kali lebih tinggi dibanding Hard Chrom, 2 kali lebih rendah dari CVD dan 3 - 4 kali lebih rendah dari TD. Hasil yang ekonomis bervariasi tergantung dari aplikasi.

PENUTUP

Rangkuman ini di tulis berdasarkan pengetahuan yang di dapat dari Buku, Literatur, Pelatihan, dan pengalaman produksi sehari-hari dengan menggunakan mesin PVD.

Apabila anda (Pembaca) Blog ini mengetahui tentang teknik PVD atau Vacuum Coating Technology mau berbagi pengetahuan, silahkan untuk buat Posting/Komentar dibawah ini.