Pulverizarea cu magnetron a devenit o tehnică de acoperire răspândită la nivel mondial în multe domenii diferite de aplicații industriale. Se pot distinge între două segmente principale de aplicații, și anume, acoperirile funcționale și acoperirile decorative. Este ultima ramură menționată, care până acum a devenit cea mai mare. Cu toate acestea, aplicațiile acoperirilor funcționale cresc rapid, nu în ultimul rând din cauza energiei solare în care pulverizarea cu magnetron a devenit o nouă metodă promițătoare de fabricare a acoperirilor multistrat. În multe cazuri, acoperirile au atât valori decorative, cât și funcționale.

Aplicații decorative

După cum s-a menționat deja, acesta este cel mai mare domeniu de aplicații PVD (M€unz și colab. 1982; Fleicher și colab. 1998). Câteva exemple unde se găsesc acoperiri decorative sunt:
• Toate tipurile de armături
• Decorațiuni interioare și exterioare pentru locuințe
• Carcase de ceasuri
• Rame de ochelari
• Carcase pentru computere și telefoane mobile
• Toate tipurile de produse din plastic
• Produse nautice
• Arme de foc
• Instrumente muzicale
• Accesorii auto
• Cuțite și foarfece
• Bijuterii
• Toate tipurile de bunuri de lux

Câteva exemple de acoperiri decorative sunt prezentate în Fig. 7. Din motive economice, grosimea acoperirilor decorative este de doar câteva zecimi de micrometru, de exemplu, 0,1–0,3 μm. Desigur, acest lucru reduce avantajul binecunoscut al unei acoperiri PVD de a avea proprietăți excelente de rezistență la uzură și coroziune, deoarece aceste tipuri de straturi subțiri sunt uzate relativ rapid sau, respectiv, conțin cantități mari de găuri de știft. Cu toate acestea, pentru o suprafață bine lustruită, o acoperire realizată prin tehnici de pulverizare cu magnetron va avea un aspect remarcabil de culoare metalică strălucitoare și adâncă, care nu poate fi obținută prin alte mijloace. Figura 7 prezintă câteva exemple de articole care au fost acoperite cu tehnica de pulverizare cu magnetron. Pentru un aspect metalic pur, adică fără nicio colorare specială, procesul de pulverizare se realizează cu o țintă metalică.

Colorarea în sine de la un material țintă specific, cum ar fi aliajele Zr, Ti, Cr, Nb sau Al, este realizată prin pulverizare reactivă în cazul în care amestecul de gaz, în principal gazul de antrenare combinat cu azot, oxigen sau orice hidrocarbură gazoasă, decide culoarea acoperirii. Deoarece nuanța exactă a oricărei culori este foarte sensibilă la debitul real de gaz, este esențial să se controleze orice fluctuație a admisiei de gaz în timpul depunerii. De fapt, chiar dacă controlul debitului de gaz este bun, distribuția specială a gazului în interiorul camerei de depunere poate varia și poate provoca diferențe în nuanța culorii. Această problemă devine mai gravă cu cât camera de depunere este mai mare. Însă, cu sisteme automate de control computerizate înțelepte în combinație cu detectoare spectrofotometre in situ, aceste preocupări pot fi gestionate în mod satisfăcător astăzi (Sullivan și colab. 2002).

Unelte industriale

Până în prezent, cea mai importantă aplicație a tehnicii de pulverizare cu magnetron a fost acoperirea diferitelor tipuri de unelte. Proprietățile benefice care sunt căutate aici sunt în esență duritatea, uzura și frecarea scăzute (adică, performanțe tribologice) și rezistența sporită la coroziune și oxidare. Cea mai mare aplicație în acest domeniu este cu siguranță uneltele de tăiere, cum ar fi burghie, freze, cuțite și alte unelte cu muchii ascuțite (Lefler et al. 1998; Holmberg și Matthews 2009). Scopul acoperirii este de a prelungi durata de viață a unei scule de tăiere înainte ca muchia să devină tocită. În acest context, tehnica de pulverizare cu magnetron este potrivită în special pentru muchii foarte ascuțite, cum ar fi cuțitele chirurgicale și foarfecele de coafură, deoarece în aceste tipuri de aplicații, depunerea trebuie să fie efectuată într-un mod foarte controlat pentru a nu distruge marginile ascuțite prin căldură, repulverizare sau straturi de depunere rugoase. Pentru astfel de aplicații, pulverizarea cu magnetron s-a dovedit a fi de departe cea mai bună tehnică de depunere dintre toate metodele PVD disponibile (a se vedea secțiunea „Comparație cu alte tehnici PVD” de mai jos).

Alte exemple în care topografiile suprafeței extrem și remarcabil de netede pot fi obținute prin pulverizare cu magnetron sunt sculele de turnare prin injecție și matrițele în care sunt necesari factori de rugozitate și defecte ale suprafeței extrem de mici. Figura 8 prezintă o unealtă de presare pentru depozitarea optică care este acoperită cu TiN. Se observă o acoperire de suprafață fără defecte, corespunzătoare unei valori Ra (rugozitate) de până la 0,002 μm și o planeitate în cadrul unei lungimi de undă optică, adică dimensiuni topografice până la scale aproape atomice.

Alte domenii în care acoperirea prin pulverizare cu magnetron este aplicată la o scară industrială mai mare sunt ștanțarea, formarea, antrenările mecanice în toate tipurile de motoare, incluzând în special mașinile din secțiunea auto, textile și de prelucrare a alimentelor.

Acoperiri optice și fotovoltaice

De mai bine de 50 de ani, componentele optice, din sticlă sau din orice material polimeric, au fost acoperite cu scopul de a adapta lentile, filtre și oglinzi în raport cu modelarea luminii spectrale în regiunea lungimii de undă vizibile, infraroșu și UV. Aplicațiile tipice ale acoperirilor optice sunt antireflexia, de înaltă reflexie, divizoare de fascicul, treceri cu undă lungă și scurtă, filtre monocromatice de absorbție și modelare și filtre polarizante (incluzând divizoare de fascicul). Astăzi, acoperirile optice sunt aplicate, de exemplu, și la oglinzi colectoare și laser cu valori ridicate de reflectare la lungimi de undă scurte în regiunea UV profundă. În cele mai multe cazuri, sunt fabricate mai multe straturi, unde fiecare strat poate acționa ca antireflex, absorbant de lumină, protecție frontală, adeziv, tampon sau barieră în componenta optică reală (Sproul și colab. 1995; Meng și Santos 1997).

Tehnici similare care sunt utilizate pentru acoperirile optice sunt, de asemenea, aplicate pentru a produce acoperiri fotovoltaice pentru energie solară (Carlsson și Wronski 1976; Mellaud et al. 2012) și diferite tipuri de biosenzori. Să nu uităm de industria semiconductoarelor în care tehnica de pulverizare cu magnetron a jucat un rol esențial, cum ar fi pentru fabricarea circuitelor VLSI = very large-scale integration („integrare la scară foarte mare”). Pentru unele dintre aceste ultime aplicații menționate, substraturile care urmează a fi depuse constau din siliciu în loc de sticlă sau orice material polimeric care este utilizat pentru acoperiri optice.

Unele dintre materialele mai frecvent utilizate în domeniile optic și fotovoltaic sunt ZnO, ZrO2, Si, SiO2, SiOx, SnO2, TiO2, HfO2, Ta2O5, Si3N4, In, Cu-Ga, Mo, Cr-Al, Se etc. Deoarece o diversitate de materiale elementare sunt implicate în producerea acestor pelicule multistratificate, orice dispozitiv de acoperire trebuie să conțină mai multe ținte independente de pulverizare cu magnetron, care acționează într-un mod succesiv. Figura 9 prezintă un sistem industrial de acoperire de producție prin pulverizare fotovoltaică în linie orizontală la scară mare și de mare capacitate. În acest dispozitiv roll-on, substraturile sunt deplasate orizontal de-a lungul diferitelor etape de depunere, fiecare secțiune fiind pompată diferențial. O recenzie bună a acoperirilor optice și fotovoltaice este dată în (www.leyboldoptics.com).

Aplicații medicale

Una dintre cele mai interesante aplicații ale tehnicii de pulverizare cu magnetron este dată de crearea de acoperiri medicale. S-a descoperit că multe dintre acoperirile fabricate în mod convenţional au proprietăţi biocompatibile, adică sunt compatibile cu ţesuturile şi sângele. Astfel, activitățile din acest domeniu s-au concentrat pe biocompatibilitatea implanturilor medicale precum valvele cardiace, stenturile, arterele și venele artificiale, implanturile ortopedice și dentare, etc. Practic, toate tipurile de metale și compușii acestora pot fi produse ca acoperiri pe deasupra fiecare material metalic masiv. Cele mai frecvent utilizate acoperiri compuse pentru aplicații medicale sunt TiN, TiCN, TiC, DLC, TiAlN, ZrN, etc. Tipul de acoperire care urmează să fie utilizat depinde de aplicația în cauză.

Pentru acoperirile TiN și DLC, s-a constatat că efectul coagulării sângelui este redus drastic. Această hemocompatibilitate sporită a fost dovedită în practică pe valvele cardiace artificiale și stenturile coronariene (Windecker et al. 2005).

Implanturile ortopedice, cum ar fi articulațiile artificiale ale șoldului și genunchiului, au fost acoperite cu diferite tipuri de materiale compuse cu scopul de a îmbunătăți performanța la uzură prin proprietăți tribologice îmbunătățite (Narayan și colab. 1994). Un astfel de exemplu poate fi văzut în Fig. 10, care prezintă o articulație a genunchiului ce este tratată la suprafață cu TiN depus folosind tehnici de pulverizare cu magnetron. Din același motiv, instrumentele chirurgicale, precum foarfecele, lamele de bisturiu, pensele, suporturile pentru ace, cleștii etc., sunt acoperite de câțiva ani încoace. Pe lângă proprietățile tribologice îmbunătățite, tratamentele de suprafață ale acestor produse oferă, de asemenea, caracteristici benefice, de exemplu, non-alergice, necorozive, rezistente la zgârieturi, ușor de sterilizat, reflectare mai puțin perturbatoare a luminii și durate de viață prelungite.

În plus, bonturile implanturilor dentare sunt acoperite astăzi cu straturi biocompatibile, cum ar fi TiN sau ZrN, care conferă o culoare caldă, aurie sub gingie. Acest lucru produce un aspect natural al materialului implantului dentar. De asemenea, a fost dovedit științific că materialul de titan acoperit cu TiN sau ZrN scade în mod esențial posibilitatea de creștere a bacteriilor în comparație cu suprafețele de titan netratate. Aceasta înseamnă că riscul de periimplantită pentru bonturile din material de titan pur sau aliajele acestuia este minimizat prin acoperirea TiN sau ZrN.