Témata
Reklama

15 let výzkumu, vývoje a přípravy nanokompozitních PVD povlaků

Před 15 lety byla založena společnost SHM, jejímž hlavním podnikatelským záměrem je příprava speciálních PVD vrstev. Na základě vlastního výzkumu a vývoje pak jako první na světě zahájila průmyslovou výrobu nanokompozitních PVD povlaků. Před 6 lety společně s firmou Platit založila firmu Pivot, která se věnuje výrobě povlakovacích zařízení originální konstrukce.

Společnost SHM byla založena v dubnu roku 1993. Tehdy měla 4 zaměstnance včetně obou zakládajících společníků – P. Holubáře a M. Jílka. Od roku 1994 byla zahájena připrava PVD otěruvzdorných vrstev TiN a TiAlN aplikovaných především na řezné nástroje. Vrstvy TiAlN byly v roce 1994 na trhu velmi krátce a objem jejich přípravy byl nízký. Přesto se dal očekávat jejich výrazný nástup v následujících letech. Proto se nová společnost SHM zaměřila na průzkum veškerých dostupných informací o stavu výzkumu a vývoje v dané oblasti. Záměrem bylo pustit se méně probádanou cestou s větší nadějí na dosažení originálního řešení, ale také s větším rizikem. Motivací nakonec byly publikace čínského vědce profesora Li Shizhi. Ten prováděl experimenty s vrstvami na bázi TiN s přídavky Si. SHM začala experimentovat se strukturou TiAlN s přídavkem křemíku.

Reklama
Reklama
Reklama
Závod společnosti SHM v Šumperku

Prvenství v průmyslové výrobě nanokompozitních vrstev

V roce 1995 byla výrobně ověřena standardní tvrdá otěruvzdorná vrstva TiAlSiN s parametry na úrovni evropské špičky. Dosažené vlastnosti vrstev TiAlSiN byly překvapivě na velmi vysoké úrovni, a tak bylo nutné nalézt fyzikální vysvětlení. Od roku 1996 byla zahájena úzká spolupráce s Technickou univerzitou v Mnichově, s prof. S. Vepřkem, který je autorem konceptu tvorby nanokompozitních vrstev, publikovaným v roce 1995. Soulad dosažených výsledků vrstev TiAlSiN s teoretickými a experimentálními předpoklady profesora Vepřka dokázal vysvětlit chování nového typu vrstev. SHM se tak stala první firmou na světě, která byla schopna připravovat v průmyslovém měřítku tzv. nanokrystalickou kompozitní vrstvu typu nc-(Ti1-xx)N/a-Si34Nanokompozitní vrstvy dnes reprezentují novou generaci velmi tvrdých PVD vrstev s typickou charakteristikou jejich struktury – malé krystality o velikosti několika nanometrů jsou uloženy v amorfní matrici, přičemž obě fáze jsou nemísitelné. U vrstev, které byly poprvé připraveny v SHM, představují krystalickou složku krystaly TiAlN a amorfní složku Si34. Tvrdosti HV těchto vrstev, s obchodním označením Marwin, přesahují hodnotu 40 GPa. K těmto povlakům pak přibyly v roce 2003 další nanokompozity na bázi CrAlSiN s obchodním označením Alwin.

Schéma konstrukce povlakovacích zařízení typu „π“ s rotačními katodami

Nástroje s nanokompozitním povlakem

V roce 1995 byla ve firmě Pramet (dnešní Pramet Tools) zahájena výroba nové typové řady vyměnitelných břitových destiček (VBD) s PVD povlakem nc-(Ti1-xx)N/a-Si34 . Pramet se tak stal první firmou na světě, která nabízela své řezné nástroje s nanokompozitním povlakem. Pramet Tools je nejvýznamnějším zákazníkem společnosti SHM. Podílí se na vývoji vrstev speciálně určených pro aplikace na VBD a má tak nezastupitelnou roli v celém vývoji společnosti SHM. Příprava povlaků na VBD přesáhla za celé předchozí období 20 milionů povlakovaných VBD.

Přes existenci výborné kooperace s exkluzivním zákazníkem se SHM snažila rozšířit oblast aplikací svých PVD povlaků. Díky neustálému vývoji a obchodnímu úsilí tak dnes pokrývá svými povlaky širokou škálu řezných, tvářecích a lisovacích nástrojů. Všechny nabízené povlaky jsou výsledkem vlastního vývoje. Tím si společnost SHM zachovává stále svou odlišnou nabídku s velmi vysokou kvalitou a konkurenceschopností.

Vývoj a výroba povlakovacích zařízení

V březnu roku 2002 založila SHM společně se švýcarskou firmou Platit AG firmu Pivot, a. s., se sídlem v Šumperku. Hlavním cílem nové firmy byl vývoj a výroba povlakovacích zařízení. Firma Platit nabízí v současné době na světovém trhu malá a střední povlakovací zařízení π80, PL70 a π300, která vyrábí firma Pivot. Za dobu 6 let své existence vyrobila a prodala společnost Pivot více než 90 povlakovacích zařízení.

Hlavní technologický inovační prvek, který novou řadu povlakovacích zařízení typu „π“ prodává, je založen na originální myšlence rotačních katod umístěných v centrální a boční pozici vzhledem k povlakovaným substrátům. Tento princip s využitím obloukové technologie odpařování byl vyvinut v SHM a je předmětem české i evropské patentové ochrany.

Společnost SHM vybudovala v roce 2004 nový závod v průmyslové zóně na okraji Šumperku. Původní počet zaměstnanců se rozrostl na 55 a také dceřiná společnost Pivot zaměstnává dalších 50 kvalifikovaných zaměstnanců. Na jaře 2005 založila SHM dceřinou firmu SHM Slovakia se sídlem v Rajci. Tato firma nabízí všechny standardní služby povlakovacího centra na území Slovenska.

RNDr. Pavel Holubář

www.shm-cz.cz

janku@shm-cz.cz

Reklama
Související články
Nový výkonný a univerzální PVD povlak

Povlak Bigaan byl uveden na trh již v roce 2018 a uplatňuje se hlavně při frézování ozubených kol do převodovek motorů. Letos společnost SHM představuje jeho druhou generaci, která kombinuje velmi tvrdý základ se závěrečnou kluznou vrstvou ve formě hexagonálního nitridu boru. Aplikační testy u zákazníků vykazují minimálně o 50 % lepší užitné vlastnosti v porovnání s běžně užívanými povlaky.

PVD dvojče pro náročné tváření a lisování

Vývoj nového PVD povlaku pro tváření se tentokrát ubíral docela nezvyklou cestou. Nešlo v principu o vývoj nového systému, ale o technologicky poměrně náročnou kombinaci stávajících povlaků s velmi odlišnými vlastnostmi a s odlišným způsobem depozice. Výsledkem je povlak, jehož chování v náročných tvářecích aplikacích příjemně překvapilo i samotné vývojáře. Výkon samostatných vrstev v těchto aplikacích byl nepřesvědčivý, významné navýšení životnosti tvářecích nástrojů však přineslo jejich spárování.

Povlaky ta-C
připravované magnetronovou depozicí

Diamantové vrstvy jsou svatým grálem otěruvzdorných povlaků připravovaných na řezné nástroje. Existuje řada různých technologií přípravy, v principu rozdělených do dvou skupin: je to technologie nízkoteplotní fyzikální a technologie vysokoteplotní chemická. V našem případě se jedná o fyzikální způsob přípravy vrstev obecně nazývaný jako technologie PVD. Technologie PVD se dále dělí na depozici pomocí nízkonapěťového oblouku a depozici pomocí magnetronového naprašování. Obě metody mají své výhody a svá úskalí.

Související články
Tak trochu jiný povlak

Vývoj PVD povlaků probíhá v průmyslovém měřítku od 90. let. Standardem pro obrábění a tváření se staly různé technologické a chemické obměny vrstev TiAlN a CrAlN. Zdálo se, že v této oblasti již nelze dosáhnout převratnější změny. Ukazuje se však, že to možné je.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
PVD povlak CrNx – když tloušťka není na závadu

Společnost SHM dokončila vývoj a testování PVD povlaku založeného na nestechiometrickém CrN s neobvyklou tloušťkou nad 20 µm, výbornou drsností a rychlostí růstu. Povlak je připraven vlastní patentovanou technologií, která kombinuje magnetronové naprašování a obloukové napařování. Je určen nejenom pro tvářecí nástroje, ale směřuje i do oblasti komponentů

Nanokompozitní supertvrdé povlaky

Supertvrdé povlaky jsou dnes běžně používané na celou řadu aplikací. Nejvíce se však aplikují na řezné obráběcí nástroje a vyměnitelné břitové destičky, a to z důvodu zvýšení jejich životnosti při obrábění i velmi tvrdých materiálů. Prof. Dr. Stanislav Vepřek, rodák z Písku, se již od roku 1963 velmi významně podílel na vývoji depozice tenkých filmů pomocí CVD technologie (Chemical Vapour Deposition). V roce 1995 byl u zrodu principu koncepce supertvrdých nanokompozitních materiálů na Technické univerzitě v Mnichově. Publikoval 398 odborných prací, obdržel mnoho významných ocenění a dodnes přednáší na univerzitách v mnoha zemích po celém světě. V oborech materiálů a povrchů je tedy světovou špičkou a MM Průmyslové spektrum vám s ním přináší rozhovor.

Společný vývoj průmyslového povlaku nové generace

Šumperská firma SHM získala vloni cenu Industrie v soutěži Česká hlava za výsledky vlastního výzkumu a vývoje v oblasti tvrdých tenkých vrstev. Těm se firma věnuje od svého vzniku před 25 lety. Současný vývojový tým vedený doktorem Vjačeslavem Sochorou spolupracuje s řadou veřejných výzkumných institucí a vysokých škol, včetně Masarykovy univerzity. S tou nyní firma pracuje na nové generaci průmyslových povlaků, které mají být nejen velmi tvrdé, ale zároveň i houževnaté.

Vysokoteplotní kluzné vrstvy vanadu

Intenzifikace řezných procesů zvyšuje teplotu řezů. S tím souvisejí mimo jiné zvýšené nároky na tepelnou stabilitu použitých otěruvzdorných povlaků. Možným řešením je vývoj PVD povlaků s funkcí vysokoteplotních lubrikantů, které jsou schopny snížením koeficientů tření řezné teploty snižovat. K jedněm ze slibných a již studovaným systémům patří PVD vrstvy s přídavkem vanadu, které za vysokých teplot tvoří Magnéliho oxidické fáze se zmíněnou schopností. Velkým problémem je však trvanlivost těchto fází při mechanickém namáhání v průběhu obrábění. Příspěvek je věnován některým praktickým aspektům přípravy PVD vrstev CrVN a jejich vlastnostem.

Tvrdé PVD povlaky se zvýšenou lomovou houževnatosti

Společnost SHM Šumperk a Laboratoř PVD technologií Masarykovy univerzity vyvíjejí v úzké spolupráci druhým rokem nový typ ochranných povlaků, které vykazují nejen vysokou tvrdost, ale i zvýšenou odolnost proti tvorbě a šíření trhlin. Mezi úkoly projektu patří experimentální příprava těchto vrstev, studium jejich vlastností, nalezení optimálních parametrů procesu a nakonec otestování u zákazníků. V tuto chvíli je projekt ve fázi přípravy a měření mechanických vlastností dvou povlaků: WBC a TaBC.

Unikátní kombinovaná technologie PVD povlakování

Bigaan je exotický název nové řady PVD povlaků firmy SHM. Povlaky s obsahem boru vznikají při souběhu dvou principiálně odlišných technologií – obloukového napařování a magnetronového naprašování. Firma dokázala využít výhod obou technologií a připravit nanokompozitní povlak na bázi AlCrBN.

Prestižní ocenění za vývoj PVD povlaků

„Česká hlava je největší projekt pro rozvoj české vědecké a technické inteligence, tedy té části společnosti, která bývá mnohdy upozaděná, ačkoliv na ní stojí prosperita naší země,“ stojí na webových stránkách soutěže, která vznikla před 18 lety a neoficiálně se jí také říká „česká nobelovka“.

Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

Ako zvýšiť kvalitu povrchových úprav

Dokonale čistý a odmastený povrch dielov je základnou črtou pre všetky povrchové úpravy, ktorý má veľký vplyv na výslednú kvalitu produktu. Predovšetkým rôzne spôsoby nanášania kovov si vyžadujú starostlivú prípravu povrchu, aby sa zabránilo vzniku škvŕn, ktoré vznikajú v dôsledku povrchovej kontaminácie počas tvárnenia kovov.

Stříkání a lakování - trendy jsou nepochybné

Nutnost zvyšovat technicko-ekonomickou úroveň firmy je na denním pořádku. Inovace zvyšují podnikovou konkurenceschopnost, kterou lze spatřovat zejména ve flexibilitě, tvorbě přidané hodnoty, efektivnosti a kvalitě. Také v oboru povrchových úprav je trendem automatizace a robotizace.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit