Tribotechnické listy

 

 

Použitie PVD vrstiev v tribologických aplikáciách

Jednou z možností ako zmierniť nepriaznivé tribologické aspekty a dosiahnuť zníženie trenia a opotrebenia je depozícia vrstiev t.j. nanášanie materiálov znižujúcich nepriaznivé degradačné mechanizmy vzájomne dotýkajúcich sa povrchov.

 

 

Depozíciu je možné vykonať niekoľkými spôsobmi: striekaním plazmou, plameňom (TSC), chemickou depozíciou (CVD, PA CVD), fyzikálnou depozíciou (PVD), galvanickým nanášaním.

Najprogresívnejšou technológiou sú však PVD technológie. Tieto technológie umožňujú depozíciu tenkých vrstiev (hrúbka obvykle 1 - 5 μm) s unikátnymi vlastnosťami pri veľmi nízkych teplotách (na rozdiel od CVD, PA CVD, TSC). To umožňuje použiť túto technológiu i na tepelne spracované súčiastky s nízkymi teplotami popúšťania. Takto pripravené vrstvy dosahujú veľmi vysokú tvrdosť, vysokú odolnosť voči opotrebeniu a nízky koeficient trenia. Takto pripravené vrstvy majú homogénnu hrúbka po celom obvode súčiastky a veľmi vysokú reproduktivitu výsledkov.

Z hľadiska technológie PVD vrstvy pripravujeme 2 spôsobmi: a) naprašovaním b) naparovaním. Pri použití plynov ako N2 alebo C2H2 môže ísť o reaktívne depozície. Z praktického hľadiska sa naparovanie (katódové reaktívne) používa skôr na depozíciu tvrdých vrstiev na nástroje pri vyšších teplotách (450 °C). Naprašovanie sa používa na depozíciu vrstiev s nízkym koeficientom trenia zvyčajne na strojné súčiastky pri nízkych teplotách (do 80 °C).

 

Z tribologického hľadiska je možné PVD vrstvy rozdeliť do 3 skupín:

  1. Tvrdé oteruvzdorné vrstvy
  2. Klzné vrstvy na báze uhlíka
  3. Klzné vrstvy na báze MoS2

 

Tvrdé oteruvzdorné vrstvy

Do tejto skupiny patria konvenčné PVD vrstvy, ktoré sa s veľkým úspechom používajú už niekoľko rokov v oblasti nástrojov ako TiN, CrN, TiCN, TiAlN. Ich základnými vlastnosťami je vysoká tvrdosť 18 GPa - 38 GPa a nízky koeficient trenia. Teplota depozície týchto vrstiev je zvyčajne 450 °C. Koeficient trenia voči oceli sa pohybuje od 0,2 do 0,7. Hrúbka vrstiev býva v rozsahu 1 - 5 μm.

Relatívne novou ale veľmi dobre etablovanou skupinou tvrdých vrstiev tvoria tzv. nanokompozitné vrstvy nACo®, nACRo®. Tie majú unikátne vlastnosti ako je vysoká tvrdosť až 50 GPa (5 000 HV), teplotná odolnosť až do 1 200 °C a vysoká oteruvzdornosť. Musím však konštatovať, že mnoho dodávateľov PVD vrstiev zneužíva označenia nanokompozit a vydávajú za to konvenčné vrstvy, ktoré nie sú v mnohých prípadoch kompozitným materiálom a už vôbec nie nanokompozitným. Treba si preto dávať pozor na správny výber dodávateľa.

 

Použitie

Nasadenie týchto vrstiev umožňuje minimalizovať opotrebenie, a tým niekoľkonásobne predĺžiť ich životnosť. To vedie k naozaj obrovským úsporám vo výrobe. Používajú sa predovšetkým na zníženie opotrebenia pri nástrojoch a strojných súčiastkach, na zníženia adhézie (nalepovania) plastov a neželezných kovov, zníženie trenia (piestne krúžky spaľovacích motorov).

 

Klzné vrstvy na báze uhlíka

Vrstvy na báze uhlíka majú zvyčajne vlastnosti podobné diamantu ale nemajú jednoznačnú kryštálovú štruktúru. Využíva sa pri nich vlastnosť uhlíka vyskytovať sa v rôznych podobách (diamant, grafit, amorfný uhlík). Označujú sa ako a-C:H, Me-C:H pričom ich obchodné označenie býva DLC alebo CBC. Vrstvy majú zvyčajne nižšiu tvrdosť ale veľmi nízky koeficient trenia. Pri týchto vrstvách sa dá použiť kombinácia tvrdej PVD vrstvy napr. na báze CrN a klznej vrstvy. Vytvorí sa tak povrch, ktorý bude mať nízky koeficient trenia a vysokú oteruvzdornosť. Teplota depozície je v rozsahu 80 - 400 °C. Hrúbka vrstvy býva zvyčajne 1 - 2 μm. Koeficient trenia voči oceli je v rozsahu 0,1 - 0,15.

 

Použitie vrstiev

Vrstvy na báze uhlíka sa používajú predovšetkým pri dotýkajúcich sa povrchov na zníženie koeficientu trenia, pri adhezívnom a abrazívnom opotrebení (podávače, nástroje, strojné súčiastky, komponenty spaľovacích motorov, dieselových čerpadiel, motocyklové tlmiče). Pretože tieto vrstvy nie sú tak citlivé na vlhkosť dajú sa použiť i vo vlhkom prostredí. Majú zaručenú biokopmatibilitu a preto sa používajú i na depozíciu tenkých vrstiev na implantáty, ednoprotézy.

 

Klzné vrstvy na báze MoS2

MoS2 je tuhé mazivo ktoré je možné deponovať pomocou PVD naprašovania. Má vynikajúce klzné vlastnosti, ktoré si zachováva i vo veľmi vysokom vákuu, preto sa s výhodou používa pre kozmický priemysel. Deponuje sa v hrúbkach okolo 1 μm. Teplota depozície je 80 °C. Koeficient trenia proti oceli je pod 0,1.

 

Použitie vrstiev

Vrstvy sa používajú do aplikácií kde sa vyžaduje nízky koeficient trenia za sucha, prípadne vo vákuu (kozmický priemysel), ale i k bežným aplikáciám na ložiská, strojné súčiastky.

Pri používaní PVD vrstiev je vždy treba dodržiavať základy konštrukcie tribologických dvojíc s ohľadom predovšetkým na stav povrchu.

 

Ing. Jozef Sondor

LISS, a. s.

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
1 + 7 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd