Cleaning Before PVD & DLC Coating

Die Sauberkeit der Werkstücke vor der Vakuumbeschichtung bestimmt direkt die Haftung der Beschichtung, die Gleichmäßigkeit des Films und die Gesamtqualität der Endprodukte. Selbst Spurenelemente von Öl, Staub oder Oxidschichten können zu Beschichtungsfehlern führen.

Das F&E-Team von GTK hat sich der eingehenden Forschung zu diesem kritischen Vorbeschichtungsprozess verschrieben und ein Patentportfolio aufgebaut. Bis heute haben über 300 Vakuumbeschichtungsunternehmen unsere Ultraschallreinigungsmaschinenserie für Beschichtungskomponenten übernommen – einschließlich einer Vielzahl industrieller Teile wie elektronische Komponenten, optische Geräte, Präzisionshardware und Halbleiterbausteine.

Von der kundenspezifischen Konstruktion und präzisen Fertigung bis hin zur Inbetriebnahme vor Ort und Schulung der Bediener nach der Lieferung sowie langfristiger Wartung nach dem Verkauf bieten wir einen nahtlosen, ganzheitlichen Service, der auf Kundenvertrauen basiert.

Was sind PVD-Beschichtungsbehandlungen?

PVD-Beschichtung (Kurzform für Physical Vapor Deposition) ist ein Verfahren zur Anwendung einer dünnen, langlebigen Schicht auf Oberflächen wie Metall, Kunststoff oder Glas. Es findet in einer Vakuumkammer statt: Ein Feststoff wird durch Hitze, Plasma oder Sputtern in Atome oder Moleküle verdampft. Dieser Dampf kondensiert dann auf der Oberfläche eines Substrats und bildet eine dünne Schicht, die robust, kratzfest ist und oft eine attraktive, elegante Oberfläche bietet, um die Oberflächeneigenschaften wie Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit, optische Eigenschaften oder Ästhetik zu verbessern.

Was sind die wichtigsten PVD-Verarbeitungsmethoden, die in industriellen Anwendungen verwendet werden?

PVD-Beschichtung wird hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Vakuumverdampfung, Sputterbeschichtung und Ionenplattierung.

  • Vakuumverdampfung

Vakuumverdampfung ist eine der frühesten und einfachsten PVD-Techniken. Durch thermische Verdampfung, bei der das Metall durch direkte Hitze verdampft wird, kondensieren die verdampften Atome/Moleküle auf der Oberfläche des Substrats und bilden einen dünnen Film.

  • Sputter-Beschichtung 

Sputter-Beschichtung ist die am weitesten verbreitete industrielle PVD-Methode, die für ihre Vielseitigkeit und die überlegene Filmmqualität geschätzt wird. Das Verfahren beinhaltet ionisiertes Gas (meist Argon), das auf ein Zielmaterial bombardiert und Atome oder Moleküle ausstößt, die dann auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, um eine hochhomogene, dichte und haftende Beschichtung zu bilden.

  • Ionenbeschichtung 

Ionenbeschichtung kombiniert Vakuumverdampfung und Sputtern, wobei das Material durch Ionenbeschuss abgelagert wird, was die Haftung und Dichte verbessert. Sie wird häufig für Hochleistungsbeschichtungen verwendet, die eine überlegene Haftung und Dichte erfordern.

Warum ist die Reinigung der Teile vor PVD-Beschichtung notwendig?

  • PVD-Beschichtungstechnologie wird in verschiedenen Industriezweigen umfangreich eingesetzt, einschließlich dekorativer, funktionaler und optischer Beschichtungen.
  • Verschiedene Werkstückmaterialien und die Verwendung unterschiedlicher Verarbeitungstechnologien führen zu unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften.
  • Darüber hinaus kommen Werkstücke in verschiedenen Formen vor, und einige haben zahlreiche komplexe tiefe Löcher und Blindlöcher auf ihren Innenseiten. Diese verschiedenen Werkstückarten müssen einem umweltfreundlichen Vorbehandlungsprozess unterzogen werden, um sicherzustellen, dass alle Löcher, engen Kanäle und Innenseiten sauber bleiben.
  • Nur wenn Werkstücke ein bestimmtes Sauberkeitsniveau erreichen, kann der Erfolg der PVD-Beschichtung garantiert werden.
  • Wenn Werkstücke während der Vorbehandlung vor der Beschichtung unzureichend gereinigt werden, führt die Massenproduktion zu Beschichtungsfehlern und Ausschussteilen, was hohe wirtschaftliche Risiken und mögliche finanzielle Verluste verursacht.

Um eine effektive Haftung und eine ordnungsgemäße Entwicklung der Beschichtungseigenschaften zu gewährleisten, ist es entscheidend, mit einer perfekt sauberen Oberfläche zu beginnen.

Allgemeine Werkstücke umfassen verschiedene Metalle (wie verschiedene Arten von Stahl, verchromtes Messing, Druckgussteile usw.) und mehrere Spritzgießformen.

Häufige Verunreinigungen auf Werkstücken, die gereinigt werden müssen, sind:

  • Restöle und -fette aus dem Herstellungsprozess oder Korrosionsschutzfilme
  • Verschiedene Herstellungsreste, wie Poliermittel und Schleifmittel
  • Rückstände und Substanzen, die während nachfolgender Verarbeitungsschritte entstehen, wie Chromsäure aus der Galvanisierung oder Kalkablagerungen aus Reinigungsprozessen mit hartem Wasser
  • Verunreinigungen, die während Handhabung, Transport und Lagerung eingeführt werden, wie Fingerabdrücke, Oxidfilme oder Staub

Sechs Faktoren oder Parameter beeinflussen die Reinigungstechnologie und den Reinigungsprozess:

  1. Geeignete und effektive Reinigungsmittel: Alkalische oder neutrale Mittel werden im Allgemeinen verwendet; Für oxidationsempfindliche Werkstücke sollte ein gewisser Anteil an wasserbasiertem Rostschutzmittel enthalten sein, das die Oberflächenhaftung nicht beeinträchtigt.
  • Reinigungsansatz: Ultraschallreinigung der Werkstückoberfläche wird durch den Kavitationseffekt des Ultraschalls erreicht. Gleichzeitig erzeugt die vertikale Auf- und Abbewegung der Komponenten Reibung mit Wasser, was die Reinigungseffizienz weiter erhöht;
  • Filtrationssystem: Der Ultraschall-Entfettungstank ist mit einem Kreislauffiltrationssystem ausgestattet, bestehend aus einem Reservoir, einer Wasserpumpe und einem Filter. Funktionsprinzip: Die Flüssigkeit im Reservoir wird von der Wasserpumpe abgesaugt, gefiltert, um Partikelschmutz zu entfernen, und dann wieder in den Ultraschall-Entfettungstank zurückgeführt – Verbesserung der Reinigungsleistung des Entfettungstanks und Verlängerung der Lebensdauer des Reinigungsfluids;
  • Geeignete Reinigungstemperatur (Um die Aktivität des Reinigungsmittels aufrechtzuerhalten, wird eine Betriebstemperatur von 45-65 °C empfohlen; die empfohlene Spülwasser-Temperatur liegt bei etwa 30-40 °C);
  • Reinigungszyklusdauer: Je nach verschiedenen Prozessarten und Verschmutzungen und bei gleichzeitiger Sicherstellung der Reinigungsqualität wird die Dauer für jeden Reinigungsbehälter entsprechend angepasst, in der Regel 5-6 Minuten;
  • Wasserqualitätsreinheit: Die Wirksamkeit der Reinigung hängt von der Qualität des Reinigungswassers ab. Im Allgemeinen sorgt eine Leitfähigkeit des Reinigungswassers von 0,05-0,15 μS/cm dafür, dass keine Wasserflecken auf der Oberfläche von Metallwerkstücken verbleiben; Für die Reinigung von optischem Glas ist eine Leitfähigkeit unter 0,06 μS/cm erforderlich. Daher ist es vorzuziehen, ausschließlich DI-Wasser für das gesamte Reinigungssystem zu verwenden.

Vorbeschichtungsreinigung ist ein mehrstufiger Prozess, der abwechselnde Reinigungs- und Spülgänge sowie mindestens einen Trocknungsschritt umfasst. Die anwendbare Prozess-Technologie und Reihenfolge hängen stark vom Substratmaterial, der Form und den Abmessungen des Teils sowie von Art und Grad der Verschmutzung ab.

Die Konfiguration der Beschichtungsreinigungsproduktionslinie wird individuell auf die jeweiligen Werkstücke abgestimmt:

Tank 1: Es wird in der Regel ein Sprühsystem verwendet, das für Werkstücke mit starker Verschmutzung auf der Oberfläche geeignet ist. Die starken Verschmutzungen werden durch Sprühen mit einer Lösung, die Reinigungsmittel enthält, entfernt. Für Werkstücke mit relativ leichter Verschmutzung kann auch ein Ultraschallreinigungssystem für den Tank gewählt werden.

Tank 2: Ein Ultraschallreinigungssystem wird typischerweise verwendet. Nach der vorläufigen Entfernung großer Partikelschmutz und schwerer Verschmutzungen durch Sprühreinigung in Tank 1 setzt Tank 2 die Ultraschallreinigung fort, um weitere Verschmutzungen des Werkstücks zu beseitigen und die Reinigungseffektivität zu verbessern.

Tank 3: Das Spülen wird in der Regel durchgeführt, um verbleibende Reinigungsmittel und Verschmutzungen von der Werkstückoberfläche zu entfernen.

Tank 4: Präzisions-ultraschallreinigung mit zusätzlichem Reinigungsmittel wird durchgeführt, um verbleibende Flecken auf der Werkstückoberfläche weiter zu entfernen.

Tank 5: DI-Wasser-Blasen-Spülung (Luftblasen werden erzeugt und am Boden des Wassers mit sauberer Druckluft bewegt) – kein Reinigungsmittel hinzugefügt.

Tank 6: DI-Wasser-Ultraschallspülung – kein Reinigungsmittel hinzugefügt.

Tank 7: DI-Wasser-Blasen-Spülung (Luftblasen werden erzeugt und am Boden des Wassers mit sauberer Druckluft bewegt) – kein Reinigungsmittel hinzugefügt.

Nach drei aufeinanderfolgenden Spülgängen in den Tanks 5, 6 und 7 werden die Werkstücke gründlich gereinigt. Diese dreistufige Spülung ist auch als Überlaufspülung bekannt, die wie folgt funktioniert: Sobald der Reinigungsprozess beginnt, wird kontinuierlich sauberes Wasser in Tank 7 zugeführt. Das Wasser in Tank 7 läuft in Tank 6 über, das Wasser in Tank 6 läuft in Tank 5 über, und schließlich wird das Wasser in Tank 5 als Überlauf abgeleitet. Dieses Überlaufsystem vermeidet sekundäre Kontaminationen durch „Kontaminantenkonzentrations-Rebound“ bei herkömmlicher Tauchspülung und spart gleichzeitig Wasser und reduziert die Wasserkosten.

Tank 8: Luftmesser-Trocknung – bläst verbleibende Wassertropfen, die an der Werkstückoberfläche haften, weg. Dies spart auch Energie und verbessert die Effizienz des anschließenden Heißlufttrocknungsprozesses.

Tank 9: Heißlufttrocknung oder Vakuumtrocknung – gewöhnliche Werkstücke benötigen nur Heißlufttrocknung. Für Beschichtungen auf Werkstücken mit tiefen Löchern, Blindlöchern, engen Lochdurchmessern oder komplexen internen Kanälen ist Vakuumtrocknungstechnologie erforderlich. Um die gesamte Reinigungseffizienz zu steigern, kann ein zusätzlicher Trockentank hinzugefügt werden (ein einzelner Trockentank benötigt einen Trocknungszyklus von 8-10 Minuten; durch Hinzufügen eines zusätzlichen Trockentanks verkürzt sich die Zykluszeit auf 5-6 Minuten, um die Produktionsanforderungen zu erfüllen).

Hinweis: Jeder Wassertank mit Reinigungsmittel ist mit einem Kreislaufsystem ausgestattet, um schwebende Partikel herauszufiltern. Dies verlängert die Lebensdauer des Reinigungsfluids und reduziert Wasser- und Reinigungsmittelkosten.

Warum ist DI-Wasser unerlässlich?

Es wird empfohlen, während des gesamten Reinigungsprozesses DI-Wasser zu verwenden. Die Ionen im Leitungswasser können chemisch mit den Reinigungsmitteln reagieren, wodurch deren Wirksamkeit verringert, die Lebensdauer verkürzt und die Reinigungsleistung beeinträchtigt wird – was letztlich die Reinigungskosten erhöht. Aus diesem Grund sind alle Vorbeschichtungssysteme mit DI-Wasser-Ausrüstung ausgestattet.

Diese DI-Wasser-Ausrüstung kann auch für Kühlwasseranwendungen im Beschichtungsprozess verwendet werden. Wird Leitungswasser als Kühlwasser genutzt, neigen Ablagerungen in den Leitungen dazu, sich anzusammeln, was die Kühlleistung beeinträchtigt und den Energieverbrauch des Kühlsystems erhöht. DI-Wasser bietet eine einfache Lösung für diese häufigen Probleme und ist somit ein unverzichtbares Gerät in der Beschichtungsindustrie.

Merkmale & Vorteile von Ultraschallreinigern für Vor-PVD-Beschichtungs-Teile

  • Der Reinigungsprozess umfasst mehrere Stationen: Hydrojet Sprühreinigung, Ultraschallreinigung, Reinwasser-Spülung, Drucklufttrocknung, Heißlufttrocknung oder Vakuumtrocknung, um die Sauberkeit der Werkstücke nach der Reinigung sicherzustellen;
  • Ausgestattet mit einem Reinwasser-System, gewährleistet es eine optimale Reinigungsleistung sowohl bei Ultraschallreinigung als auch bei Spülungen.
  • Verwendet Designs wie Gegenstromspülung und Wasserkreislauffiltration, um den Verbrauch von Reinwasser und Reinigungsmitteln zu minimieren;
  • Verwendet Siemens- oder Mitsubishi-PLC-Steuerungssysteme und Schneider-Niederspannungselektronikkomponenten usw., um die Zuverlässigkeit des Gerätebetriebs sicherzustellen;
  • Integriert eine SIEMENS- oder MITSUBISHI-Farb-Touchscreen-Benutzeroberfläche (HMI), um eine einfache und zuverlässige Bedienung zu gewährleisten.
  • Siemens- oder Mitsubishi-Marken-Farb-Touchscreen, einfach zu bedienen
  • Sobald die Parameter für Reinigungszeit, Temperatur und Ultraschallleistung für die beste Reinigungsleistung optimiert sind, sorgt die Konstanz dieser Parameter für durchgehend optimale Reinigungsergebnisse ohne weitere Anpassungen.
  •  Individuelle Maschinenlayoutplanungshilfe ist basierend auf dem Werkstattlayout des Kunden verfügbar;
  • Das System ist mit umfassenden Alarm- und Schutzfunktionen ausgestattet, die eine automatische Diagnose häufiger Fehler ermöglichen und die Wartung erleichtern.

Das Design des Reinigungsprozesses kann speziell auf Ihre Produktabmessungen und Produktionskapazitätsanforderungen zugeschnitten werden. Wenn Sie besondere detaillierte Anforderungen haben, kontaktieren Sie uns bitte, und wir erstellen Ihnen kostenlos einen maßgeschneiderten Entwurfsplan.

Der Kunde in Pune, Indien, der diese Reinigungsmaschine gekauft hat, teilte folgendes Feedback:

„Die Ingenieure von GTK haben frühzeitig viele nützliche Vorschläge gemacht. Wir haben diese Ideen integriert und den Prozess basierend auf unseren eigenen Bedürfnissen verfeinert. Nach mehreren produktiven Diskussionen zwischen unseren Teams hat die von Ihnen gelieferte Ausrüstung unsere Reinigungsanforderungen perfekt erfüllt. Es hat uns geholfen, die genauen Standards für unsere Teile zu erreichen, ohne übermäßige Investitionen in die Fabrik tätigen zu müssen. Vielen Dank!“

Feedback von italienischen Hersteller von Sanitärkeramik:

„Wir arbeiten seit mehreren Jahren mit GTKCLEAN zusammen, und Ihre Ultraschall-Vorbeschichtungsreiniger sind äußerst stabil und zuverlässig. Seit der Installation der Geräte wurden alle Probleme umgehend behoben, was alle unsere Bedenken vollständig ausgeräumt hat. Die Maschinen sind äußerst langlebig und liefern eine gleichbleibende Reinigungsleistung. Wir werden weiterhin Ihre Produkte wählen.“