PVDコーティングとCVDコーティングの違いを簡単に説明するよ!

コーティング
Capri23auto / Pixabay

PVDコーティング

CVDコーティング

名前はよく聞くけど、よく分からないという人は多いのではないでしょうか。

 

ここでは、これらの違いについて簡単に説明すると共に、なぜ使い分けをされているのかについてもご紹介します。

そもそもコーティングとは?

コーティングとは母材に超硬よりも硬くて薄い皮膜(3-8μmくらい)密着させることを言い、コーティングによく使われているのはTicとかTiN、TiCNとかあります。

聞いたことありませんか?

これらのコーティングで使用されるのは、チタン(Ti)やクロム(Cr)などで、コーティングすることで、例えば工具や金型なら耐磨耗や硬さの向上によって寿命が伸びるというわけです。

 

じゃぁ、どうやってそれら硬い皮膜を母材に密着させるの?

というところでPVD、CVDという言葉が出てきます。

PVD、CVDって何?

結論から言いますと、これらはコーティングの手法のことです。

母材に硬い皮膜コーティングを作る方法は蒸着という手法を使います。

蒸着とは、コーティングするチタンとかクロムなどの物質を高温にして蒸発させ、目的の母材に吸着させる方法です。

 

この蒸着にはPVDとCVDという大きく2つの方法があって、一番大きな違いは処理温度です。

 

PVD:Physical Vapor deposition

PVDコーティングの処理温度は約400~500℃くらい。

PVDはよく「物理的反応を利用した物理蒸着」という説明をされることがありますが、よく意味がわからないという人もいるでしょう。

 

例えば、TiN(窒化チタン)皮膜をつけたい場合。

PVDだと蒸気化した窒素(N)とチタン(Ti)を400-500℃の真空炉内でくっつけて、蒸気TiNに変化させます。

それをプラズマなどによって、母材に物理的に衝突させるわけです。

 

なんで真空炉なの?

という質問があるかもしれませんね。

答えは単純です。

蒸発させたいチタンなどを気化しやすくするためです。

これは、化学になっちゃいますが、真空近くまで減圧すると気化しやすいんです。

 

物理的に母材にぶつけられたコーティング物質はその後、冷却され固まってコーティングが完成するのです。

 

ということで、PVDのイメージとしては、鍋でお湯を沸かして出てきた蒸気が窓ガラスに当たって濡れるような感じですね。

なので、物理気相蒸着、物理気相成長、物理蒸着などと呼ばれるんです。

 

CVD:Chemical Vapor deposition

一方、CVDコーティングは処理温度が700~1100℃くらい。

PVDが500℃くらいだったのに対してかなり高温です。

こちらは化学気相蒸着、化学気相成長、化学蒸着などと呼ばれているのですが、コーティング物質を気化させるのは同じです。

 

違うのは、母材をヒーターによって加熱し、そこに気化した複数のコーティング素材を接触させると、それらコーティング素材は熱せられた母材の上で化学反応が起きてコーティング皮膜ができるという仕組みです。

 

PVDコーティングとCVDコーティングの使い分け

以上のように、PVDコーティング、CVDコーティングはそれぞれ処理の手法が異なります。

それぞれにはメリット・デメリットがあるのですが、よく挙げられる点について紹介します。

 

まず、同じ種類のコーティングであれば、PVDであってもCVDであっても硬度は同じですが、母材とコーティング膜の密着度に差があり、より密着度が高いのはCVDです。

また、CVDはPVDよりも均一にコーティングされる利点があります。

 

しかし、CVDは処理温度が1000℃近くという高温になるため、金属の変寸リスクが伴いますので、鋼の場合は再度熱処理を行う必要もあるでしょう。

その点、PVDならば金型や工具の焼き戻し温度以下でコーティング可能なので変寸の心配はほとんどありません。

 

細かい点で使い分けをしていくと、どちらが良いか議論されることもありますが、それぞれのおおまかなメリットを認識した上で部品作りをしていけたらよいですね。


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まとめ

PVDとCVDの簡単な違いを説明しましたが、ここでは触れていない技術の進化があるようです。

コーティングの良し悪しは、メーカーによっても異なりますが、まずは基本から知っておくといいですね。

 

たまに、私もコーティングのことで悩まされる・・・

有限会社平野製作所

 

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