Témata
Reklama

Stále se zvyšující požadavky na vlastnosti povrchů urychlily vývoj slitinových povlaků kombinovaných s povlaky kompozitními, čímž se vzájemně kombinují a rozšiřují výhody a možnosti nových povlaků.

S vývojem těchto povlaků se začalo po druhé světové válce v USA i dalších zemích, zejména pro vojenské účely, s cílem zlepšit především korozní odolnost. Později byly objeveny i pozitivní vlivy na odolnost proti otěru a na zlepšení životnosti povrchů strojních součástí či nástrojů.

Reklama
Reklama

Kompozitní povlaky

Kompozity jsou složené heterogenní materiály, tvořené minimálně dvěma fázemi, které jsou od sebe rozděleny rozhraním. Fáze mají obvykle rozdílné chemické složení a liší se svými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi. Kompozitní materiály se skládají ze základní a disperzní fáze. Základní fáze (označovaná též jako matrice, vazba, pojivo) může být kov, polymer nebo keramika. Disperzní fáze (označovaná též jako plnivo) je volně rozptýlena v matrici. Disperzní fáze se většinou vyskytuje ve formě prášků nebo vláken. Matrice může obsahovat jeden nebo více druhů disperzních látek. Cílem je získat materiál, který má lepší fyzikální a mechanické parametry, než jsou vlastnosti výchozích materiálů, případně zcela nové vlastnosti.

Kompozitní galvanické povlaky

Kompozitní galvanické povlaky jsou zvláštním typem kompozitního materiálu. V literatuře lze nalézt tyto povlaky pod názvem, respektive zkratkou ECC (Electrodeposited Composite Coating). Tyto povlaky mají kovovou, galvanicky vyloučenou matrici, ve které je rozptýleno určité množství disperzních částic. Využitím vlastností slitinových a kompozitních povlaků, jejich vhodnou kombinací i možností tepelného zpracování vznikají široké možnosti jejich uplatnění. Lze tak vylučovat povlaky tvrdé, otěruvzdorné, samomazné, kluzné, antiadhezivní, tepelně odolné, případně s kombinací těchto nebo i dalších vlastností. Rychlé zavedení a využití takovýchto povlaků je podmíněno ověřením jejich vlastností a vyhledáním vhodných technologií, resp. elektrolytů pro jejich vylučování.

Výhody a nevýhody galvanických kompozitních povlaků (ECC)

Možnost vytvořit kompozitní povlaky s matricí z velké škály kovů nebo slitin a s různými částicemi galvanicky, resp. chemicky přináší výhody (i nevýhody) těchto technologií. Kombinací vhodných matric, částic a technologií se mohou získat povlaky s požadovanými vlastnostmi.
• Lze velmi přesně regulovat tloušťku povlaku.
• Povlak je možné u vhodných matric tepelně zpracovat a tím zlepšit jeho vlastnosti.
• Je ovšem obtížné vyloučit povlaky na součásti složitého tvaru.

Kompozitní povlak nikl-diamant

Diamant je jednou z nejtvrdších látek. Má vysokou tepelnou vodivost a velmi vysoké hodnoty některých fyzikálních a mechanických parametrů, zejména pevnosti v tahu, tlaku a ve smyku. Naproti tomu má velice nízký koeficient tření a koeficient stlačitelnosti, je vynikajícím elektrickým izolantem a ve většině prostředí nekoroduje.

Povlak Ni-diamant nachází v praxi uplatnění především jako funkční povlak pro nástroje, ale i jako otěruvzdorný povlak. Tento povlak se může získat elektrolytickým nebo chemickým vylučováním z niklových roztoků. Jeho vlastnosti zásadně ovlivňuje velikost částic a technologie použitá k jeho vyloučení.

Otěruvzdorný Ni-diamant je získáván chemickým nebo galvanickým vylučováním niklu za přítomnosti diamantových zrn v elektrolytu. Matricí je zde s výhodou nejčastěji povlak Ni-fosfor (Ni-P). Povlak Ni-P obsahuje obvykle 6 až 10 % fosforu. Technologie bezproudového vylučování povlaku se dosahuje vyloučení po celé ploše dílce bez ohledu na jeho tvar. Podle charakteru povlaku lze použít různé velikosti diamantu. Ten je zakotven v matrici v celém svém objemu. Povlak se může v závěrečné fázi tepelně zpracovat, čímž se zvýší jeho tvrdost a otěruvzdornost.

Takto získaný kompozitní povlak vykazuje vynikající otěruvzdorné vlastnosti. Odolnost proti opotřebení je vzhledem k vysoké tvrdosti povlaku a přítomnosti diamantových částic poměrně značná. V praktických případech je v některých situacích bezproudově vyloučený NiP-diamant) jediným povlakem, který vyhovuje požadavkům na otěruvzdornost, a to i tam, kde nevyhoví nebo nelze použít jiný povlak (např. chrom). Tyto povlaky je možné aplikovat i na materiály z hliníkových slitin a též vytvářet speciální funkční dvojice pro náročné podmínky nebo se speciálními vlastnostmi (textilní stroje).

Řezný povlak

Řezný povlak Ni-diamant je zhotovován především elektrolyticky. Základním kovem matrice je nikl a disperzní částí je diamant o určitém tvaru a velikostech. Diamant je pevně zakotven v matrici. Tento povlak je aplikován na nástroje jako jeho aktivní část. Povlaky na nástrojích jsou ve většině případů jednovrstvé a základním materiálem nástroje je ocel. Technologie výroby povlaku Ni-diamant umožňuje tento povlak nanášet na různé geometrické tvary nástroje. Nástroje s tímto povlakem jsou vhodné tam, kde obráběný materiál má abrazivní účinky a kde nevadí vyšší koncentrace diamantu (uhlíku). Nástroje s povlakem Ni-diamant mají velmi dobré brousicí i řezné vlastnosti a vysoký řezný výkon.

Otěruvzdorný povlak Ni-diamant, metalografický výbrus, zvětšeno 500xEfektivnost práce diamantových nástrojů závisí jednak na správné volbě druhu diamantu a jeho zrnitosti, jednak na správné výšce zakotvení diamantových zrn. Nesprávná volba některého z uvedených parametrů může způsobit, že diamantový nástroj může mít vyšší opotřebení a v některých případech nemá funkční schopnosti pro danou operaci.
Diamantové částice o rozměrech 3–6 µm (orientační foto)

Pro dosažení optimálních výkonů nástrojů s povlakem Ni-diamant pro obrábění různých materiálů není možné na nástroje aplikovat pouze jeden typ povlaku. Nikl-diamant lze vyrábět v různých modifikacích, jichž je dosaženo, jak změnou složení lázně, tak úpravou výrobního procesu. Zajištění požadovaných vlastností povlaku spočívá v dostatečné kontrole chemického složení lázně před jejím použitím ve výrobě a především v kontinuálním sledování procesu výroby. Proces výroby je proto potřebné nepřetržitě monitorovat a jednotlivé parametry (např. proudovou hustotu) sledovat.

Kompozitní diamantový povlak

Závěr

V prováděných experimentech se podařilo prokázat, že kompozitní povlaky na bázi niklu s částicemi diamantu má velmi vhodné aplikační účinky, hlavně co se týče zvětšení mikrotvrdosti povlaku a zvýšení odolnosti proti opotřebení. Velikost zrna, které je schopno zakotvit v niklové matrici, však postupně klesá, a to s rostoucí koncentrací částic diamantu (nanodiamantu). Překvapivým výsledkem je i pokles součinitele tření takovýchto povlaků. Lze to přičíst přítomnosti vhodných diamantových částic ve vyloučeném povlaku. Ukázalo se, že niklové povlaky s částicemi diamantu mají nižší odolnost proti erozi ve srovnání s čistými povlaky Ni.

Tvrdší než diamant

Nově objevenou amorfní modifikací uhlíku jsou tzv. uspořádané amorfní uhlíkové klastry (OACC - z anglického ordered amorphous carbon clusters). Vytváří se z fullerenů (propojených xylenovými molekulami), jejichž struktura je působením vysokého tlaku desítek GPa zborcena do kompaktní a velmi tvrdé amorfní látky, schopné rýt i diamant. Protože se vytváří při pokojové teplotě, mohla by v průmyslovém využití konkurovat syntetickým diamantům, pro jejichž výrobu jsou nutné teploty kolem 1 500 °C. OACC je pozoruhodný svou strukturou: dosud se uhlíkaté sloučeniny dělily na krystalické (jako diamant) a amorfní. OACC je obojím: amorfní shluky uhlíkových atomů jsou uspořádány do krystalické mřížky (wikipedia.org).

FS ČVUT v Praze, Ústav strojírenské technologie

Dana.Benesova@fs.cvut.cz

Použitá literatura:
[1] BERCOT, P.; PENA-MUNOZ, E.; PAGETTI, J. Electrolytic composite Ni–PTFE coatings: an adaptation of Guglielmi’s model for the phenomena of incorporation. Received 20 February 2002; accepted in revised form 18 April 2002.
[2] BAPU RAMESH, G. N. K.; MOHAN, S. Electrodeposition of Nickel – Polytetrafluorethylene (PTFE) Polymer Composites. In: Plating & Surface Finishing, 1995.
[3] BENEŠOVÁ, D.; KUDLÁČEK, J.; TATÍČEK, F. Analýza galvanických kompozitních povlaků. In: Sborník příspěvků konference Technologické fórum 2010 [CD-ROM]. Praha : České vysoké učení technické v Praze, 2010. ISBN 978-80-01-04586-2.
[4] KREIBICH, V. Vlastnosti a využití kompozitních povlaků. In: Funkčné povrchy 2003. Trenčín : GC – Tech, 2003, s. 98–103. ISBN 80-88914-89-2
[5] LOW, C. T. J.; WILLS, R.G.A.; WALSH F. C.,Electrodeposition of composite coatings containing nanoparticles in a metal deposit. In: Surface & Coatings Technology. Vol. 201, 2006. ISSN 0257-8972.
[6] REDDY, V. V. N.; RAMAMOORTHY, B.; KESAVAN NAIR, P. A study on the wear resistance of electroless Ni–PrDiamond composite coatings. Received 13 May 1999; accepted 1 January 2000.
[7] ALIREZAEI, S.; MONIRVAGHEfi, S. M.; SALEHI, M.; SAATCHI, A. Wear behavior of Ni-P and Ni-P-Al2O3 electroless coatings. Received 9 November 2005; received in revised form 8 October 2006; accepted 17 October 2006.

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 130601
Datum: 04. 06. 2013
Rubrika: Výroba / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Jak přispívají opakovaně použitelné čisticí utěrky k ochraně životního prostředí

Dne 5. června 1972, v den zahájení první světové konference o ochraně životního prostředí ve Stockholmu, inicioval program ochrany životního prostředí Spojených národů (United Nations Environment Programme, UNEP) oficiální světový den životního prostředí. Od té doby se každo-ročně 5. červen slaví jako mezinárodní den životního prostředí. Opakovaně použitelný systém čisticích utěrek MEWA k tomu každý den v dílnách a výrobních halách přispívá: Čistí stroje a zařízení a podporuje ochranu zdrojů.

Inženýrská akademie ČR podporuje mezinárodní výzkum

Inženýrská akademie České republiky, z.s. (IA ČR) je organizace sdružující odborníky, jejichž společným zájmem je podpora a rozvoj technických disciplín odrážející technické, ekonomické, sociální, environmentální a kulturní potřeby společnosti. Byla založena v roce 1995 a jedním z jejích hlavních úkolů je rozvíjet a propagovat technické vědy a sbližovat výzkumnou sféru se sférou průmyslovou. Toho dosahují mimo jiné naplňováním cílů projektů, jejichž jsou řešiteli. Jedním z těchto projektů je projekt „Podpora mezinárodní spolupráce v inženýrském výzkumu“ programu EUPRO Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, který bude ukončen koncem roku 2016.

Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Související články
Ozubené řemeny v pohonech ekologických taxi člunů

Britská firma vyvinula hybridní pohon pro 550 vodních taxíků pro Benátky. Kombinace dieselového motoru a elektromotoru zde snižuje hluk, emise i náklady, přičemž vysoce výkonný řemen Synchrochain Carbon umožňuje použití kompaktního motoru s nízkou hmotností.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Chytré stroje přivádějí továrny k životu

Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů (2. část)

Před 20 lety se začaly psát dějiny novodobé tuzemské výzkumné základny strojírenské výrobní techniky. Tento příspěvek nahlíží na klíčové milníky na jeho cestě očima aktérů, kteří stáli a stojí po jeho boku. Vydejme se společně na cestu, která formovala dnešní podobu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT (Research Center of Manufacturing Technology) při FS ČVUT v Praze.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Opřít se o silného partnera

V dnešní době hospodářského růstu mnoho firem přemýšlí o rozšíření výroby. To se však neobejde bez úvah o tom, kde získat prostředky na nové stroje a zařízení. Řešení má jméno SGEF.

Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Novinky ze světa 3D tisku

V uplynulém měsíci se v české kotlině seběhlo několik akcí, jejichž společným jmenovatelem byl průmyslový 3D tisk. Představeny byly nové produkční 3D tiskárny, profesionální tiskové materiály a zapomenout nesmíme ani na největší z těchto akcí, výstavu a konferenci 3dexpo.

Diskutovaný Průmysl 4.0

Fenomén Průmysl 4.0, nastínění možných směrů vývoje a příprava společnosti na změny způsobené novými technologiemi – to jsou diskutovaná témata konferencí a seminářů současnosti. Podpora výzkumu a vývoje se musí soustřeďovat na technologicky významné oblasti vycházející z potřeb české průmyslové praxe. Odborníci zdůrazňují potřebu vzdělávání a zvyšování kvalifikace zaměstnanců.

Řízení podniku podle ROI - OHLASY ČTENÁŘŮ

Množství ohlasů čtenářů na články, které v průběhu jejich postupné publikace přicházely, překročilo stovku. Věříme, že někteří čtenáři zareagují i na závěrečný článek, k němuž je tato příloha. Velmi si vážíme velké otevřenosti všech stanovisek. Abychom nic netlumili a na druhé straně nikomu v podniku jeho působnosti neublížili, uvádíme reakce anonymně. Plné znění reakcí, z nichž některé překračují i jednu stránku standardního textu, by stěží někdo četl. Vybíráme z nich proto vždy jen věty, charakterizující jádro. Pokud některé z ohlasů nezařazujeme, je tomu tak buď proto, že souhlasné příp. nesouhlasné stanovisko nebylo dle našeho názoru zdůvodněno věcně, nebo proto, že v rozsáhlém příspěvku bylo pro nás jádro obtížné identifikovat.

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