Physikalische Gasphasenabscheidung: PVD-Beschichtung für lebensmittelechtes Finish

Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) wird für Lebensmittelverpackungen verwendet

In unserer vorherigen Fallstudie haben wir erfolgreich PVD-Beschichtungen für die Verpackung von Datteln für Dunes and Stem eingesetzt. Alle Verpackungen erhielten eine atemberaubende Goldoberfläche. Die PVD-Beschichtungen bieten lebensmittelechte und schützende Eigenschaften und gewährleisten so die Haltbarkeit und Hygiene der Verpackung.

Vereinfacht ausgedrückt ist die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ein Beschichtungsverfahren, mit dem ein dünner Film auf der Oberfläche verschiedener Materialien erzeugt wird. Bei der PVD-Beschichtung wird festes Material in Dampf umgewandelt, der dann auf dem Substrat kondensiert und eine dünne, gleichmäßige Schicht bildet. PVD-Beschichtungen sind lebensmittelecht, langlebig, verschleißfest und poliert.

Durch die PVD-Beschichtung bleibt die Qualität der Datteln erhalten. Darüber hinaus sind PVD-beschichtete Verpackungen lebensmittelecht und entsprechen den branchenüblichen Lebensmittelsicherheitsstandards.

Was ist eine PVD-Beschichtung?

Bei der PVD-Beschichtung wird ein fester Werkstoff in einer Vakuumkammer verdampft und anschließend auf einem Zielmaterial abgeschieden. PVD-Beschichtungen können die Oberflächeneigenschaften eines Objekts verändern und so für verbesserte mechanische, chemische, elektrische und optische Eigenschaften sorgen.

Durch die Übertragung von Beschichtungsmaterialien auf atomarer oder molekularer Ebene liefert PVD extrem reine, leistungsstarke Beschichtungen, die in vielen Anwendungen oft anderen Methoden vorgezogen werden.

PVD wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter optische Anwendungen (von Brillen bis hin zu selbstreinigenden getönten Fenstern), Photovoltaikanwendungen, Geräteanwendungen wie Computerchips, Displays und Kommunikationsgeräten sowie funktionale oder dekorative Oberflächen. Zu diesen Oberflächen gehören ein langlebiger Hartfilmschutz, Glanzgold, Platin oder Chrom.

Leistung von Teilen mit PVD-Beschichtung

Verbesserte Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit

Eines der herausragenden Merkmale von PVD-Beschichtungen ist ihre außergewöhnliche Haltbarkeit. Durch das Auftragen einer PVD-Beschichtung wird die Verschleißfestigkeit eines Teils deutlich verbessert. Dies macht sie für Komponenten nützlich, die hoher Reibung oder abrasiven Bedingungen ausgesetzt sind, und stellt sicher, dass sie über lange Zeit intakt und funktionsfähig bleiben.

Verbesserte Härte

PVD-Beschichtungen erhöhen die Härte beschichteter Teile deutlich. Die erhöhte Härte bietet hervorragenden Schutz vor Kratzern, Dellen und anderen mechanischen Beschädigungen.

Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit

PVD-Beschichtungen zeichnen sich durch eine hervorragende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit aus. Sie eignen sich ideal für Komponenten, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind, wie z. B. in der chemischen Verarbeitung sowie in Schiffs- und Außenanwendungen. Die Beschichtung wirkt als Barriere, schützt das Substrat vor korrosiven Elementen und verlängert die Lebensdauer der Komponente.

Temperaturbeständigkeit

PVD-Beschichtungen können hohen Temperaturen standhalten, ohne dass sich die Qualität verschlechtert. Daher eignen sie sich für Teile, die extremer Hitze ausgesetzt sind, wie etwa Motorkomponenten, Schneidwerkzeuge und andere Hochtemperaturumgebungen.

Ästhetische Verbesserung

Neben den funktionalen Vorteilen sind PVD-Oberflächenbehandlungen auch optisch ansprechend. Die Beschichtung kann in verschiedenen Farben und Ausführungen wie Gold, Chrom oder Matt aufgetragen werden und eignet sich hervorragend für Konsumgüter, Dekorationsartikel und Luxusprodukte. In unserem Fall besteht die Dattelverpackung aus PVD-beschichtetem Titan, was ihr eine atemberaubende goldene Farbe verleiht.

Umweltfreundlich

PVD-Beschichtungsverfahren sind umweltfreundlich, da sie weder gefährliche Abfälle erzeugen noch giftige Chemikalien verwenden.

Wie funktioniert die PVD-Beschichtung?

1. Verunreinigungen oder Grate entfernen

Das Substrat (der zu beschichtende Gegenstand) wird gründlich gereinigt, um die Haftung und Qualität zu verbessern. In unserem Fall verwenden wir Metallpolitur, um die Oberflächenbeschaffenheit des 316L-Bleches vor dem Auftragen der PVD-Beschichtung zu glätten und zu verbessern.

2. Verdampfung

Das Beschichtungsmaterial, typischerweise in fester Form, wird in einer Hochvakuumumgebung verdampft. Es gibt zwei gängige PVD-Beschichtungsverfahren: thermische Verdampfung und Sputtern.

Beim thermischen Verdampfen wird das Beschichtungsmaterial erhitzt, bis es verdampft. Beim Sputtern wird das Beschichtungsmaterial mit hochenergetischen elektrischen Ladungen bombardiert, wodurch es Atome oder Moleküle freisetzt.

3. Transport

Das verdampfte Material wird in der Vakuumkammer zum Substrat transportiert. Die Vakuumumgebung stellt sicher, dass die verdampften Partikel nicht mit anderen Partikeln kollidieren und so ihre Reinheit und Konsistenz erhalten bleiben.

4. Kondensation

Das verdampfte Material kondensiert auf der Oberfläche des Substrats und bildet einen dünnen, gleichmäßigen Film. Die Dicke und Eigenschaften der Beschichtung lassen sich durch Prozessparameter präzise steuern.

5. Abkühlung und Finalisierung

Sobald die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, lässt man das Substrat abkühlen und der Beschichtungsprozess ist abgeschlossen. Das PVD-beschichtete Substrat ist einsatzbereit.

PVD-Beschichtungsmaterialien

Für PVD-Beschichtungen werden verschiedenste Materialien, sogenannte „Targets“ oder „Quellmaterialien“, verwendet, die in einer Vakuumkammer aufgesputtert oder verdampft werden. Zu diesen Materialien gehören Metalle, Legierungen, Keramiken und nahezu alle Elemente des Periodensystems, die je nach den Anforderungen des Endprodukts ausgewählt werden.

Spezialbeschichtungen wie Carbide, Nitride, Silicide und Boride werden für spezifische Anwendungen eingesetzt und verfügen jeweils über einzigartige Leistungseigenschaften. Graphit und Titan werden beispielsweise häufig in Hochleistungskomponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie den Automobilbau verwendet, bei denen Reibung und Hochtemperaturbeständigkeit entscheidend sind.

Um gleichmäßige Dünnschichtbeschichtungen zu erzielen, wird das abgeschiedene Material üblicherweise mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auf mehreren Achsen rotiert oder auf einem Förderband durch einen Plasmastrom bewegt. Das PVD-Beschichtungsverfahren ermöglicht das Auftragen einzelner oder mehrerer Schichten im selben Beschichtungszyklus, typischerweise mit einer Dicke von nur wenigen Atomen oder Molekülen.

Andere Oberflächenveredelungsmethoden ähnlich der PVD-Beschichtung

Pulverbeschichtung : Dabei wird ein trockenes Pulver aufgetragen, das dann unter Hitzeeinwirkung ausgehärtet wird und eine harte Schutzschicht bildet.

Eloxieren : ein elektrolytischer Prozess, der die natürliche Oxidschicht auf Metallen wie Aluminium verstärkt und so die Korrosions- und Verschleißfestigkeit verbessert.

Galvanisieren : Mithilfe von elektrischem Strom wird eine Metallbeschichtung auf einem Substrat aufgebracht, die für Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik sorgt .

Elektrotauchlackierung : Mithilfe von elektrischem Strom wird eine Farbe oder Beschichtung auf einem leitfähigen Substrat aufgetragen, wodurch eine gleichmäßige Deckung erreicht wird.

Plasmaelektrolytische Oxidation (PEO): ein fortschrittliches Anodisierungsverfahren, das auf Metallen wie Aluminium, Magnesium und Titan eine keramikähnliche Oxidschicht erzeugt.

Photochemische Bearbeitung (Fotoätzen): Ätzen von Metallen mit lichtempfindlichen Chemikalien und ultraviolettem Licht zur Herstellung komplexer Designs und Komponenten.