1. Processo di trattamento PVD
Le tecniche di trattamento PVD più comuni si possono suddividere in 2 processi principali: quelle a sorgente solida, come nel caso delle deposizioni catodiche (sputtering e arco), e quelle a sorgente fusa (evaporazione termica e cannone elettronico).
Rivestimento a spruzzo (sputtering)
Lo sputtering è un processo di rivestimento PVD in cui un materiale metallico da depositare (catodo) viene bombardato con un fascio di particelle energetiche (generalmente ioni). Ciò fa sì che gli atomi del materiale bersaglio (target) vengano espulsi o spruzzati dalla superficie (polverizzazione catodica) e quindi depositati sul substrato (anodo) da rivestire.
Evaporazione ad arco
Nel processo di evaporazione ad arco, l’evaporazione del materiale da depositare viene prodotta da una scarica elettrica diretta sul target. Per fare ciò viene utilizzato un arco ad alta corrente e bassa tensione, che ha il compito di vaporizzare un catodo costituito dal materiale da depositare.
Evaporazione termica
Nell’evaporazione termica, il materiale da depositare viene riscaldato e portato a sublimazione o evaporazione. Il materiale viene infatti posto all’interno di un crogiolo metallico ad elevata temperatura di fusione, scaldato con forte corrente elettrica o con sistema radiante. Questo processo viene spesso utilizzato per rivestire materiali che possono essere sensibili agli altri processi (ad esempio a fasci di ioni) o per applicazioni che richiedono un elevato grado di controllo sul processo di rivestimento.
Evaporazione a fascio di elettroni
L’evaporazione a fascio di elettroni è un processo di rivestimento PVD in cui un fascio focalizzato di elettroni viene utilizzato per riscaldare ed evaporare il materiale sorgente. Il vapore viene quindi depositato sul substrato, formando un rivestimento.
Materiali idonei al trattamento
Il trattamento PVD è adatto a una vasta gamma di materiali, principalmente metalli, che svolgono la funzione di substrato. Tra i metalli più comuni che possono essere rivestiti tramite il processo PVD ci sono le leghe di titanio, l’acciaio inossidabile e il metallo duro. Gli acciai bonificati, gli acciai da utensili per lavorazioni a caldo, gli acciai nitrurabili e gli acciai rapidi in genere, gli acciai da costruzione e metalli vari (ferro, leghe di rame, leghe di alluminio, leghe di cromo, leghe di nichel e ghisa).
La scelta del materiale su cui vengono depositati i rivestimenti è fondamentale per la riuscita del processo. Infatti il rivestimento deve essere supportato dal substrato per garantire un rivestimento efficace.
Titanio
Il titanio è ampiamente utilizzato nel trattamento PVD perché leggero e altamente resistente alla corrosione. Trova spesso applicazione in settori in cui sono richieste resistenza e durata, come l’industria aerospaziale e quella medica.
Acciaio inossidabile
L’acciaio inossidabile è un materiale più comune che può essere rivestito tramite il processo PVD. È noto per la sua elevata resistenza alla corrosione e i rivestimenti PVD possono migliorare ulteriormente queste sue prestazioni. L’acciaio inossidabile viene spesso impiegato in settori in cui l’igiene e la pulizia rivestono un’importanza fondamentale, come l’industria alimentare e delle bevande.
Tungsteno
Il tungsteno è un metallo apprezzato per il suo elevato punto di fusione e perciò la sua resistenza alle alte temperature. Trova spesso impiego in applicazioni che richiedono una resistenza alle temperature estreme. I rivestimenti PVD possono contribuire a proteggere il tungsteno dalla corrosione e dall’usura, migliorandone anche l’aspetto estetico.
Materiali depositati
Il rivestimento PVD, specialmente nella variante del processo ad arco, viene comunemente realizzato utilizzando i seguenti materiali:
- Nitruro di Zirconio (ZrN): Questo rivestimento PVD è ampiamente conosciuto nel campo decorativo per la colorazione giallo-paglierino. Le sue caratteristiche principali includono un’elevata durezza, un basso coefficiente di attrito e un’elevata inerzia chimica. Inoltre, il Nitruro di Zirconio rispetta le norme ISO 10993 (biocompatibilità) e FDA (Food Drugs Administration).
- Nitruro di Titanio (TiN): Questo rivestimento PVD è presente sul mercato da molti anni ed è ancora considerato di fondamentale importanza. Il TiN è da sempre considerato un punto di riferimento nell’asportazione del truciolo, nelle componenti delle macchine automatiche ma suscita grande interesse in numerosi altri campi applicativi come quello medico (finitura superficiale non tossica in protesi). È conforme alle norme ISO 10993 (biocompatibilità) e FDA (Food Drugs Administration).
- Carbonitruro di Titanio (TiCN): Questo rivestimento rappresenta un’evoluzione del TiN, ereditandone le qualità già apprezzate e migliorandone alcune caratteristiche, come una maggiore durezza, che è superiore del 50% rispetto al TiN, garantendo una maggiore resistenza all’usura. Il TiCN rispetta le norme della FDA (Food Drugs Administration) ed è quindi biocompatibile.
- Nitruro di Cromo (CrN): Questo rivestimento PVD offre un’eccellente resistenza alla corrosione, creando una barriera straordinaria contro l’aggressione chimica e l’ossidazione. Il basso coefficiente di attrito di questo rivestimento contribuisce a ridurre i fenomeni di abrasione tra le superfici in movimento.
2. Vantaggi del trattamento PVD
Il trattamento PVD offre una serie di proprietà e conseguenti vantaggi produttivi:
Incremento di durata dei materiali o componenti
I rivestimenti PVD producono elevata durezza e resistenza generica all’usura, garantendo una maggiore durata del materiale trattato o dei componenti, anche in condizioni di utilizzo intenso e sollecitazioni meccaniche. Questo si traduce in aumentata produttività.
Resistenza alle abrasioni
Grazie alla sua elevata durezza, i rivestimenti PVD offrono una notevole resistenza alle abrasioni, rendendoli ideali per superfici soggette a un uso intensivo e a componenti in moto relativo.
Resistenza ai raggi UV, solventi e corrosioni
I rivestimenti PVD garantiscono un’ottima protezione contro l’effetto dannoso dei raggi UV, aumentando la durata del materiale rivestito.
Ampia gamma di colorazioni
I rivestimenti PVD hanno infine anche una funzione decorativa, consentendo una vasta scelta di colori, tra cui doratura, argentatura, nichelatura, nero canna di fucile e molti altri e differenti finiture superficiali (satinato, opaco, etc.).
3. Campi di applicazione dei trattamenti PVD
Il trattamento PVD trova applicazione in diversi settori grazie alle sue proprietà e ai suoi vantaggi.
Settore automobilistico
Nel settore automobilistico, il rivestimento PVD viene comunemente impiegato per migliorare la durata e le prestazioni di diverse parti dell’auto. Ad esempio, i pistoni e gli alberi a camme rivestiti con PVD beneficiano di una maggiore resistenza all’usura e di una riduzione dell’attrito.
Meccanica
Nell’industria meccanica, il rivestimento PVD è utilizzato per migliorare la resistenza all’usura e all’abrasione di componenti e utensili. Ad esempio, gli utensili da taglio rivestiti con PVD hanno una durata superiore e richiedono meno affilature. Inoltre, il rivestimento PVD può essere applicato su parti di macchinari per migliorarne le prestazioni e la resistenza agli agenti corrosivi.
Elettronica
Nel settore dell’elettronica, il rivestimento PVD viene impiegato per fornire una barriera protettiva su componenti e circuiti. Questo aiuta a prevenire la corrosione, l’usura e l’abrasione, prolungando la durata e l’affidabilità dei dispositivi elettronici. Inoltre, il rivestimento PVD può migliorare le proprietà conduttive e termiche di componenti elettronici, ottimizzando le prestazioni.
Aerospaziale
Nel settore aerospaziale, il rivestimento PVD trova un’ampia applicazione grazie alle sue proprietà di resistenza all’usura, alla corrosione e alle alte temperature. I componenti e le parti rivestite con PVD possono resistere a condizioni estreme e durare più a lungo.
Ottica
Nel settore ottico, il rivestimento PVD viene utilizzato per migliorare le proprietà delle lenti, come la resistenza ai graffi, la riflettività e la trasmissione della luce. I rivestimenti antiriflesso, specchianti e colorati sono solo alcuni esempi delle applicazioni del rivestimento PVD nell’ottica.
Nautica
Nel settore nautico, il rivestimento PVD viene impiegato per proteggere le superfici esposte all’ambiente marino, come le parti in acciaio inossidabile, dalla corrosione e dall’usura. Inoltre, il rivestimento PVD può conferire un aspetto estetico accattivante a componenti e accessori nautici.
Trattamenti per il food & beverage
Nel settore alimentare e delle bevande, il rivestimento PVD è impiegato per migliorare la resistenza all’usura e alla corrosione di attrezzature e utensili utilizzati nella produzione, come lame di coltelli, recipienti e componenti di macchinari. Inoltre, il rivestimento PVD può essere utilizzato per garantire la conformità alle normative igieniche e per evitare la contaminazione dei prodotti.
4. Ecofriendly
I trattamenti PVD presentano diverse caratteristiche eco-friendly che li rendono una scelta sostenibile dal punto di vista ambientale.
Uno dei principali vantaggi è che i processi di rivestimento PVD non generano emissioni di sostanze chimiche nocive, a differenza di altri metodi di rivestimento. Ciò significa che l’ambiente circostante e gli operatori coinvolti nel processo non sono esposti a rischi chimici.
Inoltre, il rivestimento PVD è caratterizzato da proprietà di biocompatibilità, rendendolo sicuro da utilizzare a contatto con il tessuto umano. Non produce sostanze tossiche ed è anallergico, il che lo rende adatto per il trattamento di strumentazione medica come seghe per uso ortopedico e materiali per le protesi ossee. Questa biocompatibilità è garantita dalle norme ISO 10993 (biocompatibilità) e dalla FDA (Food Drugs Administration).
