Témata
Reklama

a-C:H - OD POLYMERŮ PO TVRDÉ OTĚRUVZDORNÉ VRSTVY

Nadpis by mohl budit zdání, že se hodláme zabývat povlaky zahrnujícími jak polymery, tak i tvrdé otěruvzdorné vrstvy. Ve skutečnosti se ale jedná o stále stejné amorfní uhlovodíkové vrstvy, označované jako a-C:H, které svými vlastnostmi pokrývají celou tuto oblast. Vytvářejí se většinou z uhlovodíkových plynů plazmovými technologiemi, kde jedním z rozhodujících parametrů je energie iontů během depozice [1].

V praxi to znamená, že ve stejném depozičním systému a za shodných depozičních podmínek je možné pouhou změnou energie iontů deponovat vrstvy s výrazně odlišnou strukturou. Relativně měkké, polymerům podobné a-C:H vrstvy rostou pod iontovým bombardem s nízkou energií a obsahují více než 60 % vodíku. Naopak tvrdé a-C:H vrstvy, známé pod označením DLC (Diamond Like Carbon), rostou pod iontovým bombardem s vysokou energií (> 100 eV) a obsahují od 10 % do 35 % vodíku. Název "diamond like" (diamantu podobné) vznikl z charakteristických vlastností těchto vrstev, které připomínají vlastnosti diamantu (optické, elektrické, chemické, tribologické), a to především díky trojným vazbám mezi uhlíky (sp3). Navíc k těmto vrstvám můžeme ještě přiřadit vrstvy bez obsahu vodíku, amorfní uhlík a-C a tetrahedrální amorfní uhlík ta-C. Protože z uhlovodíkových vrstev nacházejí DLC vrstvy v poslední době stále větší uplatnění, zaměříme se podrobněji na jejich vlastnosti.
Reklama
Reklama

Vlastnosti DLC vrstev

Mezi základní parametry, které určují vlastnosti DLC vrstev, patří kromě poměru uhlíku a vodíku také množství a typ vazeb mezi uhlíkem a vodíkem, koncentrace vazeb sp3, sp2 a sp1, popřípadě zda jsou vrstvy dopované ještě jinými prvky. Nicméně vlastnosti charakteristické pro DLC vrstvy jsou následující:
  • metastabilní amorfní materiál;
  • a-C:H obsahují 10 - 60 % vodíku;
  • více než 50 % celkového množství vodíku může být nevázané;
  • vysoká tvrdost (10 - 60 GPa);
  • vysoké vnitřní tlakové pnutí (do 10 GPa);
  • nízký koeficient tření (<0,1);
  • vysoká otěruvzdornost (do 10-7 mm3.Nm-1);
  • chemická odolnost;
  • vysoký elektrický odpor (1016 ?cm);
  • optická transparentnost ve viditelném a infračerveném spektru.
  • Depoziční techniky

    Pro depozici DLC vrstev se v průmyslovém měřítku používají techniky založené na procesu PVD (Physical Vapour Deposition) a PACVD (Plasma Activated Chemical Vapour Deposition). Mezi nejvíce používané PVD metody patří katodové obloukové odpařování a magnetronové naprašování. Odpařovaná nebo odprašovaná je katoda, kterou tvoří uhlíkový terč, a jako pracovní plyn se většinou používá argon. U PACVD metod patří mezi nejvíce užívané RF výboje (kapacitní a induktivní), DC (pulzní) výboje a mikrovlnné výboje, kde se pro přípravu vrstev používají uhlovodíkové plyny (acetylen, metan atd.). Depoziční teplota vrstev se pohybuje od pokojové až po teplotu 250 °C (při vyšších teplotách může docházet ke grafitizaci).

    Aplikace DLC vrstev

    Unikátní vlastnosti DLC vrstev a jejich modifikace, společně s možností nastavit požadované vlastnosti změnou depozičních parametrů, umožnily jejich rozšíření do oblastí, ve kterých doposud selhávají běžně používané povlaky, a pomalu se stávají standardním řešením v některých průmyslových odvětvích:
  • automobilový průmysl (motorové části, hydraulické části, části vstřikování paliva, díly vyžadující nízké tření);
  • strojírenství (vstřikovací formy, textilní stroje, tiskařské stroje);
  • lékařství (implantáty, nástroje);
  • optika (lasery, architektonická skla);
  • elektronika (ochranný a samomazný povlak pevných disků, izolační vrstva v mikroelektronice).
  • Nevýhody a jejich potlačení

    Použití DLC vrstev nemusí být vždy úspěšné. Abychom mohli plně využít jejich vlastností, musíme znát také faktory, které je mohou negativně ovlivňovat. Záleží především na okolní atmosféře, která výrazně ovlivňuje třecí vlastnosti DLC vrstev. Také skutečnost, že DLC vrstvy jsou chemicky odolné, nemusí jednoznačně zajistit ochranu povlakovaného materiálu před korozí. Tvrdé vrstvy jsou více náchylné k defektům způsobeným pnutím ve vrstvě, které mohou naopak korozi urychlit. Proto se z důvodu snížení pnutí vrstvy dopují například dusíkem (NDLC), křemíkem (SiDLC) nebo atomy kovu (MeDLC), popřípadě se dopují fluorem (FDLC), který snižuje povrchovou energii vrstev a tím i koeficient tření.

    Odstraňování opotřebených povlaků

    Nezbytným doplňkem plazmových technologií je i odstraňování opotřebených vrstev a to bez poškození povrchu povlakované součásti. Týká se to především obráběcích nástrojů, které se po opotřebení znovu přebrušují a povlakují. Běžně používané tvrdé povlaky jako je TiN, TiAlN, TiCN nebo CrN, se obvykle odstraňují v chemických lázních. To ale neplatí pro DLC vrstvy, které jsou při pokojové teplotě chemicky inertní prakticky ve všech rozpouštědlech. Odolávají kyselinám i organickým rozpouštědlům, nenaruší je ani silné směsi kyselin. Proto jsou vhodné jako ideální ochrana proti korozi. K odstranění DLC vrstev se používají metody založené například na reaktivním plazmovém leptání nebo se k jejich odstranění využívá pulzního iontového svazku. V obou případech se ale jedná o nákladné metody. I přes svoji chemickou odolnost DLC vrstev se firmě HVM Plasma podařilo vyvinout metodu založenou na chemickém odstraňování povlaků, kterou nabízí kromě svých již běžně používaných chemických metod určených pro stahování většiny typů tvrdých vrstev a to i z nástrojů ze spékaných karbidů, u kterých hrozí nebezpečí odleptání kobaltu z jejich povrchu.
    Z uvedených vlastností DLC vrstev vyplývá, že při jejich průmyslové aplikaci nelze postupovat stejně jako u běžně používaných tvrdých vrstev, ale je nutné vlastnosti vrstev optimalizovat v závislosti na jejich pracovních podmínkách a účelu použití. V případě zájmu je možné více informací získat u pražské firmy HVM Plasma, spol. s r. o., která se problematikou DLC vrstev zabývá.
    Reklama
    Vydání #4
    Kód článku: 30437
    Datum: 23. 04. 2003
    Rubrika: Trendy / Povrchové úpravy
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Finesy antikorozních úprav do extrémních podmínek

    Není asi náročnější zakázky na povrchové antikorozní ochrany než konstrukce pro extrémní klimatické podmínky, jako je střídání abnormálních teplot a slané prostředí. To je totiž ta pravá „ochranářská“ maturita. Mají-li se v těchto podmínkách chránit nadrozměrné konstrukce, není mnoho firem, které si na to troufnou. Před takovým dilematem stáli nepochybně investoři a realizační firmy při stavbě ve své době největší výletní lodě Queen Mary II a těžaři při konstrukci zřejmě nejseverněji umístěné naftové těžební plošiny Goliat v Barentsově moři. Jejich volba firmy realizující protikorozní úpravy padla na vlašimský Metalkov.

    Kompozitní povlaky jako možná náhrada za povlaky na bázi CrIV

    Tento příspěvek se týká oblasti povrchových úprav, zejména elektrolyticky vyloučených kovových povlaků, a to způsobu vytvoření kompozitní povrchové úpravy na bázi niklu s vysokou odolností proti opotřebení. Výsledkem provedeného výzkumu je technologický postup závěsového pokovení pro nový kompozitní povlak NiP-XLS, který by mohl nahradit povlaky na bázi CrIV.

    Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

    V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

    Související články
    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.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    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.

    Šetrné a účinné čištění těžko dostupných míst

    Klasické postupy čištění ve vodě se dostávají na hranice svých možností, když jde například o kapilární struktury nebo komplexní geometrie. Za takové situace se nově na scénu dostávají tzv. CNP technologie (Cyclic Nucleation Process). Tato technologie pracuje na principu cyklické nukleace (tvorby krystalových zárodků z přesycených roztoků).

    Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

    Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

    Zvýšení výkonu u tribo stříkání

    Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

    Zvýšení procesní spolehlivosti čištěním

    Společnost BUPI Golser je světovou špičkou ve výrobě zařízení pro průmyslové čištění obrobků a transportních nosičů. Čisticí zařízení BUPI Cleaner jsou známá díky svým vynikajícím výsledkům čištění, kterých dosahují při vysoké hospodárnosti, energetické účinnosti a šetrnosti ke zdrojům. Vyráběna jsou v sídle společnosti BUPI Golser Maschinenbau v Halleinu u Salcburku. O zákazníky z České republiky a Slovenska pečuje od roku 2017 brněnská společnost Imtos.

    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.

    Vývoj epoxidových barev na konstrukce

    Trendem dnešní doby je snižování nákladů na nátěrové systémy na konstrukce. Tyto systémy jsou ve většině případů složeny ze základní nátěrové hmoty (NH) epoxidového typu a vrchního polyuretanového emailu. V rámci úspory nákladů byla vyvinuta NH, která plní funkci obou těchto nátěrových hmot, to znamená, že má antikorozní vlastnosti, splňuje funkci vrchní NH a je možné ji aplikovat pouze v jedné vrstvě.

    Zvýšení odolnosti polymerních nátěrů pomocí nano/mikrogelů

    Polymerní nátěrové hmoty aplikované na výrobcích plní různé funkce, nejčastěji estetickou a ochrannou. Moderní typy nátěrových hmot by měly tyto funkce kombinovat a rovněž i vyhovovat stále se zpřísňující chemické legislativě a požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí a pracovních potřeb. Přirozeným důsledkem je neustálá potřeba vyvíjet a zavádět nové sofistikované formulace nátěrových hmot, a to jak v oblasti rozpouštědlových, tak i vodouředitelných nátěrových hmot.

    Jak zefektivnit proces stříkání práškovými barvami?

    Jak již název článku uvádí, bude se v něm pojednávat o aplikaci práškových barev. Konkrétně se jedná o méně známou a využívanou možnost automatizace a mechanizace stříkání, kterou jsou postřikové stěny.

    Nový druh maskování pro metrické šrouby

    Do současné doby bylo k dispozici pro maskování vnějších závitů několik druhů krytek, které jsou sice levné, ale mají spoustu nevýhod.

    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