Tribotechnické listy

 

 

POVLAKY – řešení pro snižování nákladů a zvyšování produktivity

Firma VÚHŽ a.s. v tomto roce doplnila své možnosti o třetí nejpoužívanější technologii povlakování a jako jediná v ČR resp. v regionu střední Evropy je schopná nabídnout povlaky vytvořené technologiemi CVD, PACVD a PVD. Díky doplnění o PVD zařízení jsme schopni nanášet povlaky i při nižších teplotách než 500 °C (obr.1) a pokrýt tak celou škálu aplikací. Prakticky dnes povlakujeme nástroje od teploty 100 °C do 1 000 °C. Volba vhodného povlaku vždy závisí na způsobu zatížení nástroje, nárocích které jsou na povlak kladeny a na použitém materiálu pro výrobu povlakovaného nástroje.

 


CVD (chemical vapour deposition) technologie je používána zejména pro velmi náročné aplikace při práci za studena. V mnoha případech je výroba vybraných pevnostních dílů možná jen za předpokladu použití CVD technologie. CVD povlaky o tloušťkách 10 µm se vyznačují velmi vysokou abrazivní odolností a velmi dobrou adhezí k základnímu materiálu. Nevýhodou je zejména vysoká povlakovací teplota, která se pohybuje okolo 1 000 °C. Po povlakování proto musí následovat zušlechtění na požadovanou tvrdost. Zušlechtění je spojeno s rozměrovými změnami, které souvisí s martenzitickou transformací v průběhu kalení. CVD technologie není proto vhodná pro nástroje, kde je nutné zachovat velkou přesnost rozměrů dílu po povlakování. Touto technologií se vytváří porézní povlak, přičemž porezita povlaku je pro některé aplikace velmi výhodná - mikropóry dokáží zadržovat mazací emulze, což přispívá k úspoře nákladů po celou dobu pracovního procesu. Povlaky nanášené vysokoteplotní CVD technologií lze aplikovat na průchozí i neprůchozí i velmi úzké otvory. Pomocí této technologie je vytvářen zejména povlak HARD NANOCOMP (TiCN).

 


Jak je vidět z obrázku 1, PACVD technologie (plasma assisted chemical depositon) využívá oproti CVD technologii nižší povlakovací teploty. To umožňuje povlakovat materiál, kde není možné použít CVD technologii. VÚHŽ a. s. využívá zejména povlaky na bázi Ti, B, C a N. Tyto povlaky jsou velmi efektivní zejména pro aplikace na formy pro tlakové lití barevných kovů, formy pro vstřikování plastů a pro povlakování rozměrných nástrojů pro lisování. Pro tyto aplikace je dosahováno velmi dobrých výsledků při zvyšování životnosti nástrojů, zamezení nalepování zpracovávaného materiálu na povrch nástrojů a pro zvýšení odolnosti proti tepelné únavě. Pro tyto aplikace jsou používány zejména povlaky BORCOMP a NANOCOMP.
Pro povlakování řezných nástrojů byl ve VÚHŽ vyvinut nový typ povlaku nanášený technologií PA CVD. Tento povlak uvádíme na trh pod obchodním názvem NANOCOMP ULTRA. Povlak se vyznačuje velmi vysokou tvrdostí (4400 HV) a abrazivní odolností. Je vhodný pro povlakování řezných nástrojů (obr. 3) určených pro vysokorychlostní obrábění. V současné době byly provedeny testy na čelních frézách a závitnících, kde byl prokázán jednoznačný vliv vrstvy na výrazné zlepšení efektivity procesu a zejména až dvacetinásobné zvýšení trvanlivosti řezného nástroje oproti nepovlakovanému stavu při vyšších řezných rychlostech. Velkou výhodou PACVD metody oproti PVD technologii je možnost povlakování dutin a prů-chozích i neprůchozích otvorů. Experimentálně bylo zjištěno, že se povlak vytváří i u velmi tenkých drážek o šířce 1 mm a hloubce 20 mm. Při širších otvorech se funkční povlak vytváří i ve větších hloubkách. Jinou povlakovací technologií se v současnosti tak úzké štěrbiny povlakovat nedají.

 


PVD metoda umožňuje vytváření funkčního povlaku pouze do hloubky, která odpovídá šířce štěrbiny. Tato výhoda je využívána zejména pro aplikace na části forem pro tlakové lití resp. pro vstřikování plastů, kdy má forma komplikovaný tvar (obr. 4).

 


Pro nanášení PVD povlaků je ve VÚHŽ multifunkční flexibilní povlakovací jednotka, na které lze nanášet širokou škálu povlaků při teplotách od 100 °C do 550 °C.  Jedna z velkých výhod PVD technologie spočívá ve vytváření funkčních a ochranných povlaků i při nízkých teplotách. Pro lisovací  a řezné nástroje jsou používány povlaky CrN, TiAlN a AlTiN. Pro nízkoteplotní depozice jsou používány tzv. DLC vrstvy. Toto označení, které se v současné době používá pro označení metastabilního stavu amorfního uhlíku obsahující určitý podíl sp, sp2a sp3 vazeb. DLC vrstvy proto mají velké možnosti průmyslového využití od ochranných povlaků, strojních dílů s vysokými nároky na nízký koeficient třením, v široké oblasti nástrojů používaných v automobilovém průmyslu, medicíně (povlaky na kloubní náhrady) až po mikroelektroniku. V závislosti na obsahu sp3 vazeb jsou DLC vrstvy označeny jako a-C a ta-C. Na obrázku 5 můžeme vidět ternární fázový diagram těchto vrstev.

 


VÚHŽ má ve standardní nabídce tři typy DLC povlaků - DLC COMP, DLC HARDCOMP a DLC SILLCOMP. Jednotlivé DLC povlaky se liší zejména kombinací tvrdosti, koeficientu tření a teplotou nanášení.
Velkou výhodou povlaků je nízká povlakovací teplota a zejména vynikající kluzné vlastnosti. DLC povlaky se tedy uplatňují zejména v aplikacích kde je kladen vysoký důraz na nízký koeficient tření. Používaná technologie nanášení umožňuje povlaky nanášet s velmi stabilními vlastnostmi a s přesně definovanou tloušťkou.
Naše technologické zázemí a spolupráce s vysokými školami nám umožňuje vyvíjet povlaky pro speciální aplikace. Pro některé operace se osvědčilo vytváření multivrstev a kombinace několika typů povlaků.
Dnes pro průmyslové aplikace využíváme všechny tři druhy povlakovacích technologií CVD, PACVD a PVD.  Ve velkosériové výrobě, kdy výrobní ztráty způsobené výměnou nástrojů a následným seřízením strojů jsou limitujícím parametrem, dělají ze všech tří zmiňovaných technologií mocný nástroj pro úsporu nákladů a zvýšení produktivity zákazníků v široké oblasti dílů a nástrojů.
Naše technologické vybavení nám umožňuje pro danou aplikaci zvolit skutečně optimální řešení.

 


Text: Ing. Martin Louda Ph.D.

louda@vuhz.cz
www.vuhz.cz

 

 

Späť

Komentáre k článku | Pridať komentár

Oldřich Šalplachta (27.05.2013)

Dobrý den, zajímalo by mě jestli lze povlakovat také hliník a jeho slitiny. Jde mi o to, aby byl povrch v otvoru o průměru 24mm a délce 16mm maximálně odolný proti otěru.Píst je z kalené nástrojové oceli, broušený, leštěný, případně pokovený setinovou vrstvou chromu kvůli otěru a korozi.Zákluz je asi 1,5mm, ale musím uvažovat o statisících zdvihů, případně o mnohaleté funkci. Fungovat to bude za pokojové teploty, rychlost je také zanedbatelná. Další věcí je odolnost vrstvy proti korozi a její zaručená tloušťka kvůli vůlím, které jsou v setinách mm. Něco jsem si přečetl o PVD povlacích, které se nanášejí za nízkých teplot, ale nikde neuvádíte použití na jiných kovech než oceli. Také by mě zajímala orientačně cena. Děkuji za info. Šalplachta

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
4 + 4 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd