Témata
Reklama

Použití DLC povlaků (nejen) v automobilovém průmyslu

Povlakování v České republice zažívá v posledních letech velmi plodné období. Těchto služeb masivně využívají zejména firmy z všeobecného strojírenství a automobilového průmyslu. Stále více nachází uplatnění také u firem působících v leteckém, potravinářském, energetickém a elektrotechnickém průmyslu.

Díky zvýšeným požadavkům na kvalitu, produktivitu a výrobní náklady dochází k velmi rychlému růstu poptávky po moderních povlacích, mezi něž patří povlaky označené zkratkou DLC. Firma VÚHŽ zareagovala na požadavky trhu a výrazně rozšířila spektrum nabízených povlaků. Dnes jako jediná v ČR nabízí tři povlakovací technologie – CVD, PACVD a PVD. V nabídce má také tři moderní DLC povlaky nanášené na nových povlakovacích zařízeních od holandské společnosti Hauzer.

Reklama
Reklama

DLC povlaky pro vysoce namáhané nástroje

Na nástroje používané v automobilovém průmyslu jsou kladeny vysoké nároky. Důležitým měřitelným parametrem je zde přesnost. Nejen z pohledu samotného nástroje, ale zejména z pohledu konečného výrobku, kde musí být dosaženo vysoké povrchové kvality. Dalším důležitým parametrem je životnost samotného nástroje, který hlavně při velkosériové výrobě hraje důležitou roli z pohledu výrobních nákladů. DLC povlaky jsou aplikovány nejčastěji na nástroje pro třískové obrábění a tváření za studena. Jejich využití výrazně prodlužuje životnost nástrojů a má tak kladný vliv na ekonomiku konečných výrobků.

DLC povlaky pro automobilové součásti

V automobilovém průmyslu se DLC povlaky aplikují nejen na nástroje pro výrobu komponent, ale také i na samotné automobilové součásti. Povlakování dílů slouží například ke snížení třecích ztrát v motorových částech a ochranu před opotřebením a korozí. Používá se také pro zvýšení tvrdosti povrchu materiálů, které nahradily ocel z důvodu snižování hmotnosti vozů (zejména hliník). To má za následek kromě prodloužení životnosti dílu také snížení spotřeby pohonných hmot a snížení spotřeby paliva a nižší emise CO2 vypouštěné do ovzduší, do čehož jsou v současné době evropské automobilky tlačeny. Mezi nejčastěji povlakované automobilové díly patří pístní kroužky, ventily, písty, části čerpadel, vačkové hřídele (nebo samotné vačky), části vstřikování apod.

Nové DLC povlaky ve VÚHŽ

Ve firmě VÚHŽ je možné od loňského roku připravovat výše zmíněné DLC povlaky tří základních typů – DLC Comp, DLC Hard nebo DLC Sillcomp. Základní charakteristiky těchto povlaků jsou uvedeny v tabulce na konci článku. Tyto vrstvy prokázaly své unikátní vlastnosti v mnoha aplikacích, kde je potřeba současně zajistit vysokou odolnost proti opotřebení, nízký koeficient tření a zabránit nalepování zpracovávaného materiálu na povrch nástroje. Mezi typické aplikace patří nástroje pro opracování barevných kovů za studena, tedy povlakování lisovacích nástrojů a řezných nástrojů (fréz, vrtáků, závitníků apod.). Tento typ povlaku se osvědčil při zpracování hliníkových a zinkových slitin, bronzů apod. Zde je důležité zdůraznit vysokou odolnost proti adhezi barevných kovů na povrch nástroje.

Aplikovaná technologie povlakování a typu vazné vrstvy umožňuje tento typ povlaku nanášet na celou řadu základních materiálů, počínaje ocelemi, litinami a konče barevnými kovy. Modifikace technologie povlakování vždy závisí na konkrétních požadavcích zákazníků, resp. na typu povlakovaného materiálu a na podmínkách zatěžování povlaku.

Povlaky DLC Comp a DLC Hard se také osvědčily při aplikaci na hliníkové formy na vstřikování plastu a pryže, formy na tváření hliníku a povlakování strojních dílů s požadavky na nízký koeficient tření. Unikátní vlastnosti DLC povlaků nanášených ve VÚHŽ umožňují ušetřit náklady ve skutečně širokém spektru průmyslových aplikací. Je nutno také zdůraznit, že podle konkrétních požadavků daných aplikací se provádí vývoj a modifikace technologií a tedy i finálních vlastností povlaků.

Co je to vlastně DLC povlak?

Pojem DLC (z anglické zkratky „diamantu podobné vrstvy“) se v současné době používá pro označení metastabilního stavu amorfního uhlíku obsahujícího významný podíl sp3 vazeb. Tyto vrstvy mají většinou velice zajímavé mechanické vlastnosti, jako velkou tvrdost, chemickou netečnost, průsvitnost a výborné tribologické vlastnosti. DLC vrstvy proto mají velké možnosti průmyslového využití od ochranných povlaků, automobilový průmysl, medicíny (povlaky na kloubní náhrady) až po mikroelektroniku.

Uhlík obecně tvoří velkou škálu krystalické a neuspořádané struktury, protože je schopen existovat ve třech různých hybridizačních stavech sp1, sp2 a sp3. V konfiguraci vazeb sp1, dva ze čtyř valenčních elektronů tvoří

vazbu ve směru osy x a zbylé dva tvoří

vazbu ve směrech os y a z. V konfiguraci vazeb sp

2 (jako u grafitu), tři ze čtyř valenčních elektronů tvoří sigma vazby v jedné rovině a čtvrtý elektron tvoří

vazbu. V sp

3 konfiguraci (jako u diamantu) je každý ze čtyř valenčních elektronů nasměrován do čtyřstěnu, což umožňuje tvorbu velmi silných

vazeb k dalším atomům.

Hybridizační stavy sp1, sp2 a sp3

Valenční pás atomu pak tvoří dva oddělené pásy a pásy obsazené elektrony jsou od nezaplněných odděleny velkou energetickou bariérou (band gap). Právě tyto silné

vazby způsobují různé fyzikální vlastnosti, jako např. velmi vysokou tvrdost >80 GPa. Pro velký obsah sp

3 vazeb jsou za DLC vrstvy v literatuře označovány nejenom amorfní uhlíkové materiály (dále a-C), ale také a-C dopované vodíkem (dále a-C:H). Pro zvýšení podílu sp3 vazeb ve vrstvách a-C (nebo a-C:H) jsou vyvíjeny různé depoziční metody. DLC vrstvy bez vodíku vykazují větší podíl sp3 vazeb a s tím spojenou větší tvrdost, odolnost proti plastické deformaci, vyšší tepelnou stabilitu (při vyšších teplotách dochází u hydrogenovaných DLC vrstev k uvolňování vodíku).

Ternární diagram DLC vrstev

Při určitém větším podílu (>80 %) sp3 vazeb můžeme v literatuře vidět trend označovat a-C vrstvy jako ta-C. Toto označení také souvisí se čtyřstěnným rozmístěním valenčních elektronů v sp3 konfiguraci. Můžeme najít i další charakterizaci DLC vrstev, definovanou nejenom podle sp3 vazeb jako ta-C vrstvy, viz tabulka na konci článku.

Příprava DLC vrstev

Pro vytváření DLC vrstev se používá např. depozice iontovým svazkem. První DLC vrstvy byly připraveny právě touto metodou. Samotné metody pro depozici iontovým svazkem mohou být rozděleny podle použitelnosti v laboratorním nebo v průmyslovém prostředí. Společným rysem těchto metod je to, že DLC vrstva kondenzuje ze svazku uhlíkových iontů o zhruba středních energiích ~ 100 eV a dopadající ionty způsobují fyzikální proces růstu vrstev s sp3 vazbami. Existuje také chemický proces růstu vrstev s sp3 vazbami, jako např. CVD metody, kde chemický proces stabilizuje sp3 vazby.

Ukázka povlakovaných předmětů ve firmě VÚHŽ

Pro přípravu DLC vrstev se jako jedna z nejvíce používaných průmyslových procesů používá naprašování. Nejběžnější je DC (stejnosměrné) a RF (střídavé) naprašování z uhlíkového terče v argonové atmosféře. Pro větší depoziční rychlost se používá magnetronové naprašování, které umožní prodloužení dráhy elektronů, v důsledku Lorentzovy síly se musí pohybovat po šroubovici podél siločar. Tak se výrazně prodlužuje jejich dráha v blízkosti terče, prodlužuje se i doba jejich setrvání v oblasti výboje a zvyšuje se pravděpodobnost ionizace dalších atomů pracovního plynu. Zejména nižší tlak a také přímá dráha rozprášených atomů (beze srážek s atomy pracovního plynu) se pozitivně projevuje ve větší čistotě vytvářených vrstev. Používají se také další metody, např. CVD, katodový oblouk a další.

Tribologické vlastnosti DLC vrstev

Tribologické chování DLC vrstev se může lišit v závislosti na typu vrstvy, zkušebních podmínkách a prostředí. Z literatury je známo, že zejména hodnoty tření DLC vrstev se mohou pohybovat v rozsahu 0,001–0,7, což pravděpodobně představuje nejširší škálu koeficientu tření mezi všemi dalšími materiály nebo povlaky. Co se týká otěru, některé DLC vrstvy jsou velmi měkké a náchylné k poškození, zatímco jiné jsou velmi tvrdé a odolné proti opotřebení (opotřebení těchto filmů je velmi nízké, ~10-11 mm3.Nm-1). Tak velké rozdíly v hodnotách koeficientu tření a opotřebení DLC vrstev plyne především ze struktury vrstev.

Ing. Martin Louda Ph.D.

VÚHŽ
Louda@vuhz.cz
www.vuhz.cz

Tabulka 1. Základní charakteristiky povlaků

Tabulka 2. Struktura, složení a vlastnosti dvou forem DLC vrstev

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 130658
Datum: 04. 06. 2013
Rubrika: Výroba / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Povrchové úpravy v automobilovém průmyslu

Výroba automobilů, která splní veškerá přání a požadavky zákazníků, je skutečným uměním. V TPCA je za ni zodpovědná Toyota, jejíž výrobní systém TPS (neboli Toyota Production System) je v automobilovém průmyslu pojmem a zárukou efektivní výroby. Hlavní prioritou je skloubit nekompromisní požadavky na kvalitu a bezpečnost s naprostým respektem k ochraně životního prostředí.

Moderní povrchové úpravy

Akciová společnost Liss byla založena a je 100% vlastněna švýcarskou skupinou B.C.I. Group. Od svého založení před více jak 22 lety se vyprofilovala na oblast inovací, zavádění nových technologií a postupů především v oblasti povrchového inženýrství a povrchových úprav. Aktivně působí nejen v oblasti aplikací a vývoje tenkých PVD povlaků. Nabízí svoje služby i v oblasti galvanických vrstev, metalizace nevodivých materiálu a depozici optických vrstev.

Analýza ozubení rychlostí světla

Nároky na ozubení v automobilovém, leteckém a kosmickém průmyslu, ale i v oblasti klasických průmyslových převodovek neustále rostou. Jednou z výzev je kromě snížení ztrát způsobených třením v převodovce také zvyšující se požadavek na nehlučnost. To se týká zvláště hybridních vozů a elektromobilů. Je pochopitelné, že u součástek těchto převodovek stále roste důležitost vlastností povrchu při kluzném a valivém tření. Jednou z hlavních součástí převodovky jsou ozubená kola.

Související články
Produktivní high-end obrábění

V minulém vydání jsme vám přinesli referenci rakouského výrobce obráběcích strojů Emco u svých klíčových zákazníků, konkrétně z laakirchenského závodu na výrobu rotačných dílů firmy Miba Gleitlager Austria GmbH. V Rakousku nadále zůstáváme a dnes se vydáme se do salcburské firmy MTE Metalltechnik Elsenhuber, která se vedle sestav specializuje na výrobu kusovou až velkosériovou.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Jak úspěšné soustružit tvrzené součástí

Soustružení tvrzených součástí (HPT) se v průběhu posledních 10 -15 let stalo respektovanou a cenově efektivní alternativou k broušení. Bylo prokázáno, že díky této metodě lze zkrátit dobu obrábění a snížit náklady o 70% i více. Ale vedle výhod souvisejících se zkrácením vlastního času cyklu, nabízí HPT i celou řadu dalších výhod. HPT je definováno jako soustružení ocelí s tvrdostí vyšší než 45 HRC (obvykle v rozmezí 55-68 HRC), přičemž jako typické příklady obráběných součástí lze zmínit brzdové kotouče, převodová kola, pastorky řízení, sedla ventilů, písty, vložky válců nebo tělesa spojek.

Povlak na bázi AlCrN zvyšuje trvanlivost fréz čtyřnásobně

Výroba součástí řídicího ústrojů automobilů klade na obrábění vysoké nároky. Při použití povlaku na bázi AlCrN u válcových fréz a protahováků se dosáhlo dvou- až čtyřnásobné zvýšení trvanlivosti břitu. Čímž se rovněž zkrátily časy na výměnu nástrojů.

Povlak DLC zvyšuje trvanlivost závitníků

Pro závitníky na řezání závitů do titanu byl vyvinut nový povlak CrTiN s horní vrstvou DLC. Ve srovnání se závitníky z HSS s povlakem TiCN je možné s nimi pracovat s dvojnásobnou řeznou rychlostí při dvojnásobné trvanlivost.

Cermety s vysokou tuhostí

Vysoký výkon při soustružení uhlíkových a slitinových ocelí přináší nově vyvinuté cermetové materiály společnosti Tungaloy Corporation.

Neliší se jenom vzhledem

Společnost WNT rozšiřuje program zapichování a upichování o nové dvě TK sorty Dragonskin HCR1335 a HCN1345 přednostně aplikačně určené pro oceli. Výjimečnost nových vyměnitelných břitových destiček spočívá v novém typu substrátu, jedinečném povlaku a maximální procesní bezpečnosti.

Soustružnické centrum snižuje výrobní náklady

Pro řadu subdodavatelů v automobilovém průmyslu a malé výrobní společnosti pokračuje tlak na cenu i v letošním roce. Hlavní důvody lze spatřovat ve zvyšování cen materiálů, energií a ve snižování cen v komoditě automobilového průmyslu.

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.

Dny obráběcích strojů, nástrojů, robotů a softwaru

Dny otevřených dveří firmy Grumant se staly tradicí, letos proběhl již 6. ročník. Návštěvníkům byly k dispozici novinky od předních světových výrobců nástrojů a obráběcích strojů. Zajímavá byla také prezentace průmyslového robotu. Zájem zákazníků potvrzuje návštěvnost, která pravidelně stoupá s každým dalším ročníkem, a letos byl zaznamenán její rekordní nárůst.

Odstraňování otřepů elektrotechnickým obráběním

Po dlouholetých zkušenostech s odjehlováním přivedl Imtos na český a slovenský trh společnost stoba Sondermaschinen – specialistu na definované a bleskurychlé odstraňování otřepů technologií ECM.

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.

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