物理蒸着（PVD）では、考慮すべき材料が2種類あります。 コーティングされる材料（基材）と、コーティング自体に使用される材料（ターゲット）です。幅広い種類の金属、金属合金、セラミックスがコーティング材料として使用され、一般的な例としては窒化チタン、窒化クロム、金などがあります。これらは、さまざまな鋼、アルミニウムや銅などの非鉄金属、さらには一部のプラスチックなどの基材に堆積されます。
PVDの核心的な原則は、単一の「最良の」材料ではなく、精密な組み合わせにあります。コーティングと基材の両方の材料の選択は、耐久性、色、耐食性など、望ましい最終特性によって完全に決定される意図的なエンジニアリング上の決定です。
PVDの両面：基材とコーティング
PVD材料を理解するには、コーティングされる部品と、それに適用される薄膜を区別する必要があります。
一般的な基材（コーティング可能なもの）
PVDプロセスは非常に汎用性が高く、膨大な種類のベース材料と互換性があります。
適切な基材には、すべての種類の鋼、特にステンレス鋼や高速度鋼などの高合金タイプが含まれます。銅、チタン、アルミニウムなどの非鉄金属も一般的にコーティングされます。
クロムメッキまたはニッケルメッキされた金属製品など、すでにメッキされている材料でも、その後のPVDコーティングの基材として機能することができます。これは、色付けや耐摩耗性の向上を目的とした最終層を追加するためによく行われます。
一般的なコーティング材料（コーティングに使用するもの）
「ターゲット」材料は、蒸発させて基材に堆積させるものです。ターゲット材料の選択は、最終的なコーティングの特性を直接決定します。
耐久性と耐摩耗性に関しては、チタンはその強度と耐食性から人気のある選択肢です。多くの場合、窒化チタン（TiN）のような金属セラミック化合物が形成され、非常に硬い表面層が作られます。
装飾目的の場合、選択肢は広いです。高級用途には本物の金（様々なカラット）を使用できます。しかし、特定の金色やブロンズ色を低コストで実現するために、他の金属や合金が頻繁に使用されます。
電子機器のような特殊な用途では、金（Au）、金-パラジウム混合物、その他の白金族金属などの貴金属が使用されます。それらの主な利点は、高い導電性と耐酸化性です。
制限とトレードオフの理解
PVDは強力な技術ですが、厳格な材料とプロセスの制約に支配されています。これらの規則を無視することは、失敗の一般的な原因です。
不適切な基材
特定の材料は、PVDに必要な高真空環境と互換性がありません。
亜鉛めっき材料や亜鉛めっきされていない真鍮は、一般的にPVDには適していません。これらの材料はプロセス中に「ガス放出」を起こし、真空を乱し、高品質で密着性の高いコーティングの形成を妨げる可能性があります。
下層の必要性
PVDコーティングは、常に一次基材に直接密着するわけではありません。
一部の用途では、ニッケルまたはクロムの中間下層が必要です。この層は橋渡しとして機能し、PVDコーティングの密着性を向上させ、腐食に対するより堅牢なバリアを提供します。
温度の影響
PVDプロセスは熱を発生させ、敏感な材料を損傷する可能性があります。
プラスチック、アルミニウム、亜鉛鋳物などの低融点基材には、特殊な低温PVD技術が必要です。この制約により、適用できるコーティングの種類が制限され、最初から考慮する必要があります。
目標に合わせた材料の選択
PVD材料の選択は、プロジェクトの最も重要な要件を直接反映したものであるべきです。
- 極端な耐久性と耐摩耗性が主な焦点である場合： 窒化チタン（TiN）や窒化クロム（CrN）のような硬質のセラミックベースのコーティングを指定します。
- 特定の装飾仕上げが主な焦点である場合： 本物の金から、固有の色と光沢のために選択された様々な金属合金まで、幅広い選択肢があります。
- 温度に敏感な材料のコーティングが主な焦点である場合： 低温PVDプロセスを使用する必要があり、その技術と互換性のある利用可能なコーティング材料が決定されます。
最終的に、適切なPVD材料を選択することは、目標を正確に定義し、基材、コーティング、およびプロセス自体の相互作用を理解することにかかっています。
要約表：
| 材料の種類 | 一般的な例 | 主な用途/特性 |
|---|---|---|
| コーティング材料 | 窒化チタン（TiN）、窒化クロム（CrN）、金（Au） | 耐摩耗性、装飾仕上げ、導電性 |
| 基材 | ステンレス鋼、アルミニウム、銅、ニッケルメッキ金属 | 特性を向上させるためにコーティングされるベース材料 |
| 不適切な基材 | 亜鉛めっき材料、特定の真鍮の種類 | ガス放出によりPVD真空プロセスを妨げる可能性がある |
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