Témata
Reklama

Chemické metody přípravy vrstev Cr2O3 a CrN

Prvky z různých kovových materiálů používané v chemických provozech, v jaderných a tepelných elektrárnách i jinde ve strojírenství jsou často vystaveny agresivnímu prostředí. K tomu, aby nedocházelo k jejich poškozování chemickou korozí, se musí povrchově chránit. Nejčastější ochranou je pokrytí povrchu antikorozní pasivační vrstvou.

Požadavky kladené na tento druh vrstev jsou značně vysoké. Patří k nim odolnost vůči kyselinám, vlhké a suché vodní páře (za různých teplot), dobrá adheze k povrchu chráněného materiálu, nízká porozita a vysoká tvrdost. Tyto požadavky splňuje jenom určitý typ vrstev, mezi něž v první řadě patří vrstvy chromu, titanu, zirkonia a vanadu nebo vrstvy různě kombinované. Z chromových vrstev jsou to oxid chromitý Cr2O3, nitrid chromu CrN, karbonitrid chromu Cr-N-C a karbidy chromu.
Reklama
Reklama

Příprava chromových vrstev

Kromě PVD metod se pro průmyslové aplikace dnes stále častěji používají též metody chemické, např. nanášení z plynné fáze metodou CVD. Jako příklad je možno uvést nanášení chromových vrstev z plynné fáze z různých halogen-derivátů chromu nebo nitridaci chromových povlaků v čpavkové atmosféře při teplotě 700 - 800 oC. V posledních letech se intenzívně hledají chemické postupy, které by danou teplotu přípravy podstatně snížily, a to tak, aby tyto reakce bylo možné použít též na materiály, které tak vysokou teplotu nesnášejí. Východiskem ke snížení teploty je použití organokovových sloučenin (pro vrstvy CrN a vrstvy karbidu chromu), různých alkoholátů nebo acetyl-acetonátu chromu pro přípravu Cr2O3 vrstev. Požadavkem pro průmyslové využití je, aby tyto sloučeniny nebyly samozápalné, toxické a navíc, aby se daly dobře zplyňovat.

Depozice Cr2O3

Jako vhodný prokurzor pro přípravu vrstev Cr2O3 , který splňuje požadavky na nízkou toxicitu a dá se dobře zplyňovat pro nanášení z plynné fáze, je acetyl-aceton chromu C15H21CrO6. Příprava vrstev pak probíhá v rozmezí teplot 350 - 550 oC . Nanášení se provádí za atmosférického tlaku metodou CVD (teplota 400 - 450 °C) nebo za sníženého tlaku metodou LPCVD (teplota 500 - 650 oC) nebo plazmaticky metodou PACVD (teplota 350 oC).
Přípravu vrstev Cr2O3 jsme prováděli všemi třemi způsoby na křemík Si(111) nebo na kovové materiály z různých ocelí, a to v oxidační atmosféře. Vrstvy připravené do 450 oC byly amorfní - obr. 1. Vrstvy připravované při teplotě 550 oC a výše byly polykrystalické - obr. 2. Naměřený index lomu vrstev se pohyboval v rozmezí 2,3 - 2,5. Dosažená tvrdost vrstev naměřená na Si substrátu byla 20 - 25 GPa. Složení vrstev měřené metodou EPMA (Electron Probe Microanalysis) ukázalo, že vrstvy kromě Cr a kyslíku obsahovaly vždy určité množství uhlíku v závislosti na zvolené metodě.

Příprava vrstev CrN

Vrstvy CrN je možné připravovat z organokovových sloučenin, které obsahuji chrom (nikoliv z alkoholátu). Typickým příkladem je použití bis(benzen)chromu. Je to organokovová sloučenina, která je při pokojové teplotě stálá a vzněcuje se na vzduchu až při teplotě 85 oC, a proto je vhodná pro průmyslové nanášení vrstev CrN nebo i samotného chromu již při teplotě 350 - 550 oC. Kromě uvedené sloučeniny pro nanášení CrN, lépe řečeno Cr-N-C, lze použít i jiné preparáty na bázi uhlíku a chromu.
Existují dva způsoby přípravy vrstev CrN - při prvním se vychází ze "single" zdroje, kde již molekula kromě chromu obsahuje dusík ve formě aminoskupiny a nanášení se provádí v inertní atmosféře. Vrstvy, které vznikají, obsahují hodně uhlíku. U druhého způsobu se vychází z "double" zdroje a jako prokurzor se používá bis(benzen)Cr, kde organokov obsahuje pouze chrom a nanášení se provádí za přítomností čpavku nebo hydrazinu. Výhodou této metody je, že v závislosti na tlaku NH3 v reakční komoře je možné ovlivňovat složení vrstev. Prováděné pokusy s bis(benzen)Cr potvrdily, že tento způsob přípravy je vhodný pro nanášení vrstev CrN. Teplota, které jsme při přípravě vrstev CrN dosáhli, byla 350 nebo 600 oC.

Závěr

Prokázalo se, že chemické metody přípravy chromových vrstev jsou vhodným technologickým postupem pro jejich depozici. Široké rozmezí teplot přípravy umožňuje nanášet vrstvy nejenom na materiály, které vysokou teplotu dobře snášejí, ale též na materiály s nižším bodem tání. Organokovové sloučeniny, ze kterých se vychází, jsou vhodné pro průmyslové použití nejenom pro svou nízkou teplotu rozkladu, ale také pro vysokou nanášecí rychlost.
Tato práce byla finančně podpořena interním grantem ČVUT č. 1002146.
J. Gurovič, M.Solar, F. Černý, I. Hüttel *
ČVUT FS, Praha, * VŠCHT Praha
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 30424
Datum: 23. 04. 2003
Rubrika: Trendy / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
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.

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.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
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.

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.

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.

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.

Maskování pro povrchové úpravy

Před mnoha lety, než jsem se začal zabývat povrchovými úpravami a maskováním, jsem netušil, jak komplexní obor to je a co všechno zahrnuje. Problematika je natolik obsáhlá a speciální, že by si zasloužila samostatný studijní obor na univerzitě. Zkusím proto v tomto článku popsat alespoň část svých dosavadních zkušeností a poznatků z mojí univerzity života.

Otěruvzdornost povlaků žárového zinku s přídavkem cínu

Žárové zinkování ponorem představuje jeden z nejrozšířenějších způsobů ochrany ocelových materiálů kovovými povlaky. Životnost takto zhotovených povlaků je v běžném prostředí více než 50 let, a proto nevyžadují údržbu. Vlastnosti zinkového povlaku lze navíc podle použití částečně ovlivňovat přídavkem některých prvků do oceli nebo zinkové lázně. V rámci výzkumu na Ústavu strojírenské technologie ČVUT v Praze bylo cílem zhodnotit odolnost proti otěru zinkového povlaku v závislosti na obsahu cínu v zinkové tavenině.

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.

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