【裏側公開】PVD装置の中では何が起きている？ | PVDのコーティングはSEAVAC株式会社 | ブログ

真空中でつくられる、コーティング膜のミクロな世界

今回は、金型をPVD装置に入れて処理を始めたあと、装置の中で何が起きているのかをご紹介します。

普段、お客様にお渡ししている金型の表面には、数ミクロンという非常に薄い膜が形成されています。その薄い膜は、真空・電気・温度を細かくコントロールしながら作られています。

1. まずは装置の中を「真空」にする
PVD処理では、まず装置の中の空気を抜き、真空状態にします。その理由は、飛び出した金属の原子やイオンが、空気中の分子にぶつかってしまうのを防ぐためです。空気が多く残っていると、膜の材料が金型まで届きにくくなり、安定した膜をつくる妨げになります。

また、酸素や水分が残っていると、膜の中に不純物が混ざったり、金属が酸化したりする原因にもなります。つまり真空にする目的は、単に「空気を抜く」ことではありません。膜をつくるために邪魔なものをできるだけ取り除き、必要なガスだけを精密にコントロールできる状態にすることです。緻密で安定した膜をつくるための、最初の大切な準備です。

2. 金属ターゲットから膜の材料を飛ばす

装置の中には、膜の原料となる金属の板、いわゆる「ターゲット」が設置されています。アークイオンプレーティングでは、このターゲットに強いアーク放電を発生させます。すると、ターゲット表面の金属が蒸発・イオン化し、プラスの電気を帯びた粒子となって装置内に飛び出します。この飛び出した金属イオンが、コーティング膜をつくる材料になります。

3. 電気の力で金型表面へ引き寄せる
金型側には、マイナスの電圧をかけます。すると、プラスの電気を帯びた金属イオンが、電気の力で金型表面へ引き寄せられます。ただ表面にふわっと付着するのではなく、エネルギーを持った状態で金型表面に到達し、膜として積み重なっていきます。このように、物理的に材料を飛ばして膜を形成するため、「PVD＝Physical Vapor Deposition」、日本語では「物理蒸着」と呼ばれます。

4. 約500℃前後で処理できることのメリット
PVDの大きな特徴のひとつが、比較的低い温度で処理できることです。CVDやTD処理では、1000℃近い高温で処理する場合があります。

それに対してPVDは、膜種や条件にもよりますが、約500℃前後で処理することが一般的です。この温度帯で処理できることには、金型にとって大きなメリットがあります。まず、母材硬度の低下を抑えやすいこと。

たとえばSKD11などの焼入れ・焼戻し材では、処理温度が高すぎると硬度低下のリスクがあります。PVDは比較的低温で処理できるため、金型本体の性能を大きく損ないにくい処理といえます。

また、熱による寸法変化や歪みを抑えやすいことも重要です。1000℃近い高温処理に比べると、加熱・冷却による影響が小さく、精密な金型にも適用しやすいという利点があります。

まとめ：真空・電気・温度のコントロールが膜の品質を決める
PVDコーティングは、単に金型の表面に硬い膜を付けているだけではありません。装置内を真空にし、膜の材料となる金属を飛ばし、電気の力で金型表面へ引き寄せ、温度を管理しながら膜を形成しています。こうした細かな条件の積み重ねによって、摩耗や焼付き、かじりに耐える表面が作られます。金型の材質、形状、使用環境によって、適した膜種や処理条件は変わります。

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