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.