Témata
Reklama

Nanokompozitný povlak 4. generácie - nACRo4

Počas technologického procesu, akým je rezanie, frézovanie, vŕtanie, tvárnenie atď., je dôležité ochrániť nástroj s kvalitným povlakom, pričom sa dosiahne zníženie opotrebenia a naopak zvýšenie životnosti samotného nástroja. V dnešnej dobe nanoštrukturované povlaky priťahujú pozornosť mnohých vedcov po celom svete z dôvodu syntetizovania materiálov s unikátnymi fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Nanokompozitný povlak nACRo4 (nanokompozitná vrstva 4. generácie) sa skladá z nanokryštalických zŕn AlCrN, ktoré sú zabudované do amorfnej matrice Si3N4.

Tvrdé PVD vrstvy sú úspešne využívané na ochranu nástrojových materiálov, ako sú nástrojové ocele alebo spekané karbidy, pričom cieľom je zlepšiť určité úžitkové vlastnosti základného materiálu nástroja – predovšetkým tvrdosť, oteruvzdornosť a odolnosť voči vysokej teplote.

Nanokompozitný povlak nACRo4 sa skladá z viacerých vrstiev: prvú adhéznu vrstvu tvorí nitrid chrómu, na ktorú sa následne nadeponuje gradientný povlak AlCrN. Na takto pripravenú gradientnú vrstvu sa nanesú veľmi tenké nanovrstvy povlaku AlCrN. Finálna vrchná vrstva nanokompozitného povlaku nACRo4 je tvorená nanokompozitným povlakom nc-AlCrN/a-Si3N4. Tieto kvartérne (štvorzložkové) nanokompozity môžu byť tvorené dvoma spôsobmi: (i) pomocou disperzie nanozŕn (jedna fáza) v amorfnej matrici (druhá fáza) počas depozície povlaku, alebo (ii) post-deposition nano-kryštalizáciou amorfného materiálu. Vytváranie nanokompozitnej štruktúry je stanovené pridaním prvkov, ktoré tvoria fázu počas procesu depozície povlaku s nižšou voľnou Gibbsovou energiou, čo vedie k termodynamickej spinodálnej fázovej segregácii dvoch nezmiešaných fáz vzhľadom k ich veľmi nízkej rozpustnosti v mriežke B1 – nitridickej štruktúre.


Pro zvětšení klikněte na tabulku.
   Kremík zlepšuje mechanické vlastnosti povrchu nástrojTakýmto prvkom závislým na tvorbe nanokompozitnej štruktúry je kremík (Si, Z = 14). Pridávanie Si do CrAlN môže významne ovplyvniť veľkosť zrna, fázové zloženie a mechanické vlastnosti daného povlaku. Kremík patrí do skupiny legujúcich prvkov často krát používaných pre zlepšenie vlastností nitridických povlakov. Počas depozície povlaku má kremík tendenciu segregácie pozdĺž hraníc zŕn ako SixNy a počas depozície vytvára amorfnú zlúčeninu. V niektorých aplikáciách má nc-CrAlN/a-SixNy lepšie mechanické, tribologické vlastnosti, oxidačnú odolnosť, ako aj rezný výkon oproti nc-TiAlN/a-SixNy. Vo všeobecnosti platí, že kvartérne nanokompozitné povlaky sú lepšie ako ternárne povlaky typu TiAlN a CrAlN v dôsledku vyššej tvrdosti, húževnatosti, odolnosti voči oxidácii, použitia pri vyšších teplotách až do 1 100 °C. Tento typ nanokompozitného povlaku sa využíva na obrábanie húževnatých a ťažko obrábateľných materiálov, na tlakové liatie hliníka, obrábanie zápustiek a tvárnenie plechu s pevnosťou okolo 1 000 MPa.
 
Technické parametre nanokompozitného povlaku 4. generácie nACRo4 sú uvedené v tabuľke 1. Obr. 1 a graf 1 dokumentujú výsledky testu trvanlivosti počas frézovania materiálu s označením DIN 1.2085 (tvrdosť 31 HRC) s minimálnym externým chladením. Pri tomto teste sa porovnávalo opotrebenie jednotlivých testovaných fréz s povlakmi typu AlCrN, nanokompozitný povlak 1. generácie s frézami s povlakmi 4. generácie typu  AlCrTiN4 a nanokompozitným povlakom nACRo4. Povlaky typu 4. generácie dosiahli najvyššej životnosti ako aj najnižšieho opotrebenia spomedzi porovnávaných povlakov.


Obr. 1 a graf 1.  Porovnanie opotrebenia pri frézovaní s využitím nanokompozitného povlaku 4. generácie nACRo4 (fréza – substrát – materiál spekaný karbid; obrábaný – frézovaný materiál DIN 1.2085 – 31 HRC; externé minimálne domazávanie)
Pro zvětšení klikněte na obrázek/graf.


Obr. 2.  Povlakovacie zariadenie π1511 – využívajúce najmodernejšie technológie v oblasti depozície tvrdých vrstiev s použitím technológie katódového oblúkového naparovaniaNanášanie povlaku 4. generácie Povlakovacie zariadenie s označením π1511 (obr. 2) je schopné pripraviť tento typ nanokompozitnej vrstvy 4. generácie. Tento typ povlakovacieho zariadenia využíva na depozíciu tvrdých vrstiev technológiu katódového oblúkového naparovania. Depozičné zariadenie využíva na prípravu povlakov tri rotačné targety, ktoré sú umiestnené vo dverách a zároveň v sebe zahŕňa technológiu dvoch planárnych targetov, ktoré sú umiestnené na stenách povlakovacej komory. Zariadenie umožňuje využívať aj špeciálnu technológiu LGD – Lateral Glow Discharge, ktorá zabezpečuje takmer dokonalé dočisťovanie nástrojov pred samotnou depozíciou. Depozičné zariadenie ?1511 využíva na prípravu povlakov pulzný Bias s frekvenciou až 350 kHz a s výkonom 20 kW. Samozrejmosťou sú pulzné zdroje na katódach, umožňujúce depozíciu povlaku s veľmi nízkou drsnosťou približujúcou sa drsnosti nástroja/formy pred povlakovaním a pritom dosiahnutie vynikajúcej adhézie povlaku k základnému materiálu.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 3. Povrch povlaku bez použitia pulzného zdroja na katódach – veľké množstvo makročastíc na povrchu povlaku
Obr. 4. Povrch povlaku s použitím pulzného zdroja na katódach – výrazné zníženie množstva makročastíc na povrchu povlaku
Obr. 5. Povrch povlaku bez použitia pulzného zdroja na katódach – veľké množstvo makročastíc na povrchu povlaku
Obr. 6. Povrch povlaku s použitím pulzného zdroja na katódach – výrazné zníženie množstva makročastíc na povrchu povlaku

Obr. 3–6 dokumentujú povrchy povlakov bez a s použitím pulzného zdroja na katódach. Pri depozícii bez použitia pulzného zdroja je vidieť na povrchu povlakov väčšie množstvo makročastíc, ktoré sú rozmiestnené po celom povrchu vzorky. Avšak pri použití pulzného zdroja na katódach sa množstvo makročastíc na povrchu povlaku významne znížilo, čo malo za následok výrazne jemnejší a hladší povrch deponovaného povlaku. V dôsledku toho sa  dosiahlo zlepšenie chodu nástroja, zníženie množstva nalepovaného materiálu, lepší odvod triesky a samozrejme zvýšila sa životnosť nástroja.

LISS

Jozef SONDOR

j.sondor@liss.cz

www.liss.cz

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 160554
Datum: 11. 05. 2016
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Dokonalé povrchy řezných nástrojů

Leštění řezných hran nástrojů je čím dál žádanějším procesem v oblasti strojírenství. Stalo se již zřejmým faktem, že stav řezných hran má obrovský vliv na životnost nástroje a řeznou charakteristiku. Existuje dnes zajímavá alternativa dobře známým procesům, jako je broušení nebo tryskání. Je to úprava řezných hran pomocí vlečného omílání.

Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Zvyšování efektivity soustružení

Jediným časem, kdy při obrábění dochází ke "skutečnému vytváření přidané hodnoty", zejména v případě operací využívaných ve velkosériové výrobě, jako např. při obrábění součástí hnacích ústrojí motorových vozidel, je čas v řezu. U všech soustružnických operací zde cestu ke zvýšení efektivity a snížení cen představuje optimalizace a automatizace. Produktivní obrábění součástí hnacích ústrojí v měkkém stavu, při současném dodržení požadavků na konzistentní kvalitu, je mimořádně náročné a vyžaduje extrémní konkurenceschopnost. Obrábění hřídelí, ozubených kol, objímek, pouzder, kroužků, pastorků nebo ložisek vyráběných z různých typů materiálů vyžaduje použití různých typů soustruhů a různých časů v řezu, přesto však mají prostředky umožňující zvýšení výkonnosti mnoho společného.

Související články
Vývoj, konstrukce a výroba vrtacích nástrojů

Výrobou nástrojů ze slinutých karbidů pod obchodní značkou K-Tools se již od roku 2000 zabývá Ing. Zdeněk Krátký. Původním záměrem bylo vyrábět pouze standardní frézy, ale dnes tvoří výroba speciálních fréz a vrtáků pro komplexní obrábění výrobků více než padesát procent výrobního portfolia společnosti.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Kompaktní řešení Zapoj a spusť

Surffinisher je inovační metoda inline omílání vysoce kvalitních, geometricky složitých součástí během výrobního cyklu , která otevírá nové možnosti pro automatizované, vysoce přesné obrábění definovaných ploch jednotlivých součástí. Kompaktní omílací systém Zapoj a spusť lze snadno integrovat do výrobních linek.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Novinka z varnsdorfské líhně

Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

Československá stopa u nového rekordu

Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

Pro větší efektivitu ve výrobě

Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

Optimalizace obrábění zvyšuje trvanlivost

Tři miliony malých součástí pro systémy ABS jsou spolehlivě vyráběny na soustruzích speciálním nástrojem. Řešení vyvinuté společně s výrobcem a uživatelem minimalizuje vedlejší časy a zvyšuje trvanlivost nástroje až o 300 %.

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