Témata
Zdroj: SHM

Nový výkonný a univerzální PVD povlak

Povlak Bigaan byl uveden na trh již v roce 2018 a uplatňuje se hlavně při frézování ozubených kol do převodovek motorů. Letos společnost SHM představuje jeho druhou generaci, která kombinuje velmi tvrdý základ se závěrečnou kluznou vrstvou ve formě hexagonálního nitridu boru. Aplikační testy u zákazníků vykazují minimálně o 50 % lepší užitné vlastnosti v porovnání s běžně užívanými povlaky.

Reklama

Firma SHM působí na trhu PVD povlaků již 30 let. Za tu dobu vyvinula nespočet nových vrstev, které vycházejí z technologie obloukového napařování z rotačních katod. Takto jsou připravovány povlaky Marwin (na bázi AlTiN), Alwin (základem je AlCrN), Vanadin (CrVN) nebo také povlaky TripleCoatings. Ty se skládají ze dvou odlišných mono vrstev, čímž se vytváří komplexní struktura dosahující výrazně lepších výsledků než samotné, jednotlivé vrstvy. Velkou výhodou rotačních katod z pohledu průmyslového využití je vysoká životnost terče, relativně vysoká rychlost depozice a jednoduchost samotného řízení obloukového napařování kovových terčů. Oblouková technologie patří k nejrozšířenějším způsobům přípravy nitridů přechodových kovů v kombinaci s hliníkem, křemíkem nebo uhlíkem, jejichž uplatnění nacházíme v širokém spektru aplikací, obráběním počínaje a tlakovým litím konče.

Obloukové napařování samozřejmě není univerzální technologií. Druhou možností přípravy PVD povlaků je magnetronové naprašování, které v posledních 10 letech získává ve firmě na důležitosti. Mezi komerčně úspěšné, čistě magnetronové povlaky SHM patří kluzné vrstvy TiC/C a WC/C, ta-C pro obrábění neželezitých kovů, elektricky nevodivá vrstva Sinel nebo Sigaan pro tlakové lití hliníku. O některých z nich jsme už v časopisu MM Průmyslové spektrum referovali (v MM 5/2016, 9/20209/2021). Ačkoliv nitridy deponované pomocí magnetronů v mnoha případech nedosáhnou aplikační životnosti nitridů z obloukového napařování, existují důvody, proč se uchýlit k magnetronu. Jednak je to kvůli nižší drsnosti povlaků a jednak kvůli možnosti odprašovat keramické terče, které se z důvodu jejich nižší vodivosti a vyššího bodu tání odpařovat obloukem jednoduše nedají.

Obr. 1. Schéma patentované magnetronové katody, na němž vidíme bronzový nosič, měděnou folii a segmenty terče. (Zdroj: SHM)

Vyrobit však keramický válec o obdobných rozměrech jako u kovových terčů je technologický problém. I z důvodu zachování zpětné kompatibility se stávajícími katodami jsme hledali jiné řešení konstrukce. Výsledkem je patentově chráněná segmentová katoda, jejíž součástí je bronzový nosič s měděnou folií, na které jsou posazené segmentové kroužky. Jejich výroba je již méně náročná (obr. 1). Tlakem chladicí vody zevnitř je folie dotlačena plošně na vnitřní stranu kroužků, a tím je zajištěn dokonalý tepelný a elektrický kontakt. Díky tomu dokážeme efektivně odprašovat materiál s výkonem až několika desítek kilowattů.

Souběhem patentovaného obloukového napařování a magnetronového naprašování jsme získali unikátní technologii pro přípravu jedinečných povlaků. Prvním typem byl povlak Bigaan na bázi AlCrN s přítomností boru (viz článek v MM 9/2018). Optimální množství boru způsobilo navýšení tvrdosti, snížení zbytkového vnitřního pnutí a zmenšení krystalů ve struktuře, což zapříčinilo celkové zlepšení užitných vlastností povlaku, který je např. ve velkém množství nasazován na odvalovacích frézách. Druhým významným povlakem je Alwin XC (viz MM 9/2022), kde jsme dokázali spojit dva zcela odlišné povlaky AlCrSiN a TiC/C. Významné uplatnění je v náročných tvářecích operacích.

Obr. 2. Snímek kaloty. (Zdroj: SHM)

Nejnovějším povlakem, který využívá souběhu výše zmíněných technologií, je Bigaan XC, druhá generace stávajícího povlaku Bigaan. Díky regulaci výkonu na borové katodě dokážeme ovlivnit celkové množství boru ve vrstvě. Přesycením boru v dusíkové atmosféře vzniká hexagonální fáze nitridu boru, která ačkoliv je velmi měkká, má vynikající kluzné vlastnosti obdobně jako uhlíkové vrstvy. Struktura povlaku je vidět na kalotě (obr. 2).

Obr. 3. Snímek povrchu nástroje z elektronového mikroskopu při 500násobném zvětšení. (Zdroj: SHM)

Výkonnost povlaku Bigaan XC jsme zkoumali přímo u zákazníků, v aplikaci frézování a kování za tepla. Cílem bylo zjistit přínos kluzné části ve velmi odlišných operacích. Dosažené výsledky nás překvapily. Na snímku z elektronového mikroskopu (obr. 3) vidíme povrch jednoho z testovaných nástrojů (frézy) před zkouškou. Povšimněte si minimálního množství makročástic a nízké drsnosti povlaku, které jsme dosáhli optimalizovaným procesem souběhu oblouku a magnetronu.

Obr. 4. Otěr povlaků po 195 minutách bočního frézování Inconel 22, nižší hodnota je lepší. (Zdroj: SHM)

V prvním případě testů se jednalo o boční frézování materiálu Inconel 22 s vyhodnocením otěru po 195 min. Z grafu (obr. 4) vidíme, že Bigaan XC měl o více než 50 % nižší otěr bez jakýchkoliv známek vyštípání nebo nalepení (obr. 5) než druhý nejlepší povlak v testu TripleCoating Cr. V případě kování za tepla jsme pozorovali více než trojnásobné navýšení životnosti z cca 1 500 výrobních kusů (nástroje bez povlaku) na 5 500 kusů. Na základě těchto výsledků byl Bigaan XC nasazen v dalších aplikacích, jako je frézování kalených ocelí, lisování a tahy. Z prozatímních komunikací se zákazníky vyplývá, že Bigaan XC překonává jimi používané povlaky a převládá celková spokojenost s navýšením užitných vlastností. Z důvodu nedokončených testů nemůžeme poskytnout podrobnější informace.

Obr. 5. Snímek opotřebení břitu pořízený přímo u zákazníka. (Zdroj: SHM)

V tuto chvíli patří Bigaan XC k nejvýkonnějším a zároveň i nejuniverzálnějším povlakům v nabídce firmy SHM. Jeho vynikající vlastnosti se projevují jak při obrábění, tak i v oblasti tváření.

Související články
PVD dvojče pro náročné tváření a lisování

Vývoj nového PVD povlaku pro tváření se tentokrát ubíral docela nezvyklou cestou. Nešlo v principu o vývoj nového systému, ale o technologicky poměrně náročnou kombinaci stávajících povlaků s velmi odlišnými vlastnostmi a s odlišným způsobem depozice. Výsledkem je povlak, jehož chování v náročných tvářecích aplikacích příjemně překvapilo i samotné vývojáře. Výkon samostatných vrstev v těchto aplikacích byl nepřesvědčivý, významné navýšení životnosti tvářecích nástrojů však přineslo jejich spárování.

Povlaky ta-C
připravované magnetronovou depozicí

Diamantové vrstvy jsou svatým grálem otěruvzdorných povlaků připravovaných na řezné nástroje. Existuje řada různých technologií přípravy, v principu rozdělených do dvou skupin: je to technologie nízkoteplotní fyzikální a technologie vysokoteplotní chemická. V našem případě se jedná o fyzikální způsob přípravy vrstev obecně nazývaný jako technologie PVD. Technologie PVD se dále dělí na depozici pomocí nízkonapěťového oblouku a depozici pomocí magnetronového naprašování. Obě metody mají své výhody a svá úskalí.

Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

Související články
Tak trochu jiný povlak

Vývoj PVD povlaků probíhá v průmyslovém měřítku od 90. let. Standardem pro obrábění a tváření se staly různé technologické a chemické obměny vrstev TiAlN a CrAlN. Zdálo se, že v této oblasti již nelze dosáhnout převratnější změny. Ukazuje se však, že to možné je.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Z garáže až na vrchol v PVD technologii povlakování

Pavel Holubář je ředitelem průmyslové společnosti SHM. Tato zkratka značí Super Hard Materials, a to je přesně to, o co tu jde. Zjednodušeně řečeno jde principiálně o fyzikální metody nanášení tenkých vrstev na nástroje, kdy nanesená několikamikronová vrstva dává materiálu zcela jiné mechanické vlastnosti. Především podstatně prodlužuje jeho životnost. Jaká byla 25 let trvající cesta až na samotný vrchol, kdy technologie firmy SHM jsou v současné době rozesety ve 35 zemích světa? O tom – a nejen o tom – jsme si s Pavlem Holubářem povídali.

Vysokoteplotní kluzné vrstvy vanadu

Intenzifikace řezných procesů zvyšuje teplotu řezů. S tím souvisejí mimo jiné zvýšené nároky na tepelnou stabilitu použitých otěruvzdorných povlaků. Možným řešením je vývoj PVD povlaků s funkcí vysokoteplotních lubrikantů, které jsou schopny snížením koeficientů tření řezné teploty snižovat. K jedněm ze slibných a již studovaným systémům patří PVD vrstvy s přídavkem vanadu, které za vysokých teplot tvoří Magnéliho oxidické fáze se zmíněnou schopností. Velkým problémem je však trvanlivost těchto fází při mechanickém namáhání v průběhu obrábění. Příspěvek je věnován některým praktickým aspektům přípravy PVD vrstev CrVN a jejich vlastnostem.

Nový segmentovaný nanokompozitní povlak

Společnost SHM se věnuje vývoji nanokompozitních povlaků již od roku 1996. V letošním roce uvádí na trh nejnovější výsledek vývoje - segmentovaný nanokompozitní povlak s obchodním názvem TripleCoating SI.

Přesné měření tloušťky povlaků

Pro optimalizaci vlastností povrchových povlaků a filmů ve výzkumu, vývoji i průmyslové výrobě je důležitá přesná kontrola jejich tloušťky a rovnoměrnosti rozložení. Metrologická metoda CCI představuje mimořádnou přesnost měření pro široký rozsah tlouštěk povlaků.

Jarní setkání strojařů v Plzni

Více než 30 vystavovatelů, téměř 50 řečníků, tři výstavní haly a jeden nezapomenutelný strojírenský zážitek. Akce Strojírenská inspirace 2024 se konala v Plzni od 4. do 6. června 2024 a zaměřila se na digitální výrobu, automatizaci a inovace ve strojírenství. Letos poprvé se toto setkání uskutečnilo v areálu Depo2015, který se stal centrem pro sdílení zkušeností a nápadů mezi odborníky z průmyslu a digitalizace.

Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 2. Win Together

Podtitul veletrhu CIMT 2019 byl: 融合共赢 智造未来. Musíte uznat, že motto veletrhu je v této pro nás exotické podobě zahaleno značným tajemstvím. Dáte-li větu do automatického překladače, výsledná myšlenka zní: fúze a výhra. Jednoduchá slova, divný obsah - tento způsob nalezení významu věty opravdu není žádná výhra. Proto se o nápravu "ztráty v překladu" pokusíme v druhém vstupu z veletrhu, ve kterém se tentokrát podíváme i za technikou.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

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