Témata
Zdroj: SHM

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.

Reklama

Supertvrdé uhlíkové vrstvy se poprvé začaly testovat v 70. letech minulého století v Sovětském svazu, který stál v této době nepochybně v čele vývoje vrstev PVD. Byla použita v té době unikátní technologie nanášení nízkonapěťovým obloukem kombinovaná s metodou separace makročástic. Tato technologie se v různých obměnách používá dodnes. S touto metodou se pojí zásadní problém – je nutné použít speciální jednoúčelové povlakovací zařízení.

Makrofotografie znázorňuje vrstvu nanesenou pomocí magnetronové depozice. (Zdroj: SHM)

Různé způsoby nanášení vrstev

Vrstvy ta-C (tetra amorphous carbon s obsahem diamantových vazeb nad 50 %) mají sice unikátní fyzikální vlastnosti (vysoká tvrdost, nízký koeficient frikce), ale oblast jejich použití je limitovaná: lze je použít na obrábění neželezných materiálů, případně na tváření za nízkých teplot. Je tedy zřejmé, že finanční návratnost takového zařízení je minimálně diskutabilní. Pro přípravu těchto vrstev se používají dvě technologie nanášení: depozice nízkonapěťovým obloukem a depozice magnetronovým naprašováním. Technologie nízkonapěťového oblouku umožňuje přípravu podstatně tvrdších uhlíkových vrstev, doprovázených však řadou technologických problémů (drsnost, adheze). Jejich řešení je sice možné, ale celá technologie se stává poměrně složitou záležitostí. Naproti tomu technologie magnetronového naprašování je technologie relativně jednoduchá, ale kvalita vrstev je obecně horší. Společnost SHM používá povlakovací zařízení Pi411 firmy Platit. Za použití tohoto zařízení byla vyvinuta nová, svým způsobem unikátní technologie, spočívající v nanášení vrstev ta-C magnetronovou depozicí. Tyto vrstvy vynikají tvrdostí vyšší než 50 GPa, nízkou drsností a dobrou adhezí. Ukázku takovéto vrstvy můžete zhlédnout na přiložené makrofotografii. Pro odprašování uhlíku byla použita grafitová katoda umístěná ve standardní centrální pozici v zařízení Pi411.

Standardní povlakovací zařízení Pi411 od firmy Platit. (Zdroj: SHM)
Reklama
Reklama

Testování povlaků pro konkrétní aplikace

Zásadní výhodou vrstvy ta-C je její vysoká tvrdost a extrémně nízký koeficient frikce. Pro ověření tohoto faktu bylo použito jednoduché zařízení na bázi minisoustruhu CQ931. Vybraný materiál je vyroben ve formě válce o průměru 10 cm a délce 10 cm. Na tento válec je v horní části umístěna koule opatřená testovaným povlakem o průměru 30 mm a je zatížena definovanou silou 2 N. Tenzometrem je vyhodnocována axiální síla působící na povlakovanou kouli. Jedná se o alternativu klasické metody pin-on-disk, je však výrazně rychlejší a umožňuje snadné testování povlaků vůči různým typům materiálů, jako jsou např. klasická ocel, litina, nerez, neželezné kovy a kompozitní materiály. Účel je zřejmý – můžeme rychle a efektivně odhadnout vhodnost použití povlaku ta-C pro konkrétní aplikační oblast.

Porovnání odolnosti proti otěru (na oceli 12050) a dalších fyzikálních vlastností pro vrstvy TiAlN a ta-C ukazuje tabulka:

Reklama

Přestože spektrum aplikací je omezeno na opracování neželezných materiálů (pro pracovní teploty nad 150 °C), zůstává pro povlaky ta-C ještě poměrně široká oblast použití:

• obrábění neželezných kovů, převážně na bázi Al;
• obrábění kompozitních materiálů;
• zdvihátka ventilů, pístní kroužky;
• dentální nástroje;
• obrábění dřeva, řezání papíru;
• tváření, stříhání, lisování.

Jednoduché testovací zařízení na bázi minisoustruhu CQ931. (Zdroj: SHM)

Závěr: hlavní výhody použité technologie

Jedinečnost použité technologie přípravy vrstev ta-C spočívá v tom, že ji lze aplikovat na standardním povlakovacím zařízení Pi411. Poznáním základních principů přípravy této vrstvy a jejich experimentálním ověřením bylo dosaženo podstatného zlepšení užitných vlastností vrstvy připravované magnetronovou depozicí – tedy především tvrdosti, adheze a v neposlední řadě i reprodukovatelnosti produkce.

Vydání #9
Kód článku: 210920
Datum: 15. 09. 2021
Rubrika: Produktový článek / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Zvyšování produktivity při obrábění

Obrábění patří ke klíčovým výrobním technologiím. Hlavní předností obrábění je schopnost realizovat téměř neomezenou škálu tvarů a velikostí obrobků s potřebnou přesností a jakostí povrchu v kusové i sériové výrobě. Pro obrábění součástí na CNC strojích jsou dnes běžně komerčně dostupné všechny potřebné nástroje: softwarová CAD+CAM podpora včetně virtuálních simulací a postprocesorů na jedné straně, hardwarová realizace v podobě moderních obráběcích strojů a nástrojů na straně druhé.

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.

Ekonomická řešení čištění - základní faktor úspěchu

Kvalitní čištění dílů je v průmyslu stále důležitější. Většina firem klade hlavní důraz na výrobu. Samozřejmě nelze přehlížet vazby mezi výrobním procesem a čištěním. Výrobce čisticích zařízení Pero AG proto svým zákazníkům nabízí vedle moderních technologií i komplexní poradenství pro ekonomiku a efektivitu čisticích procesů. Přesvědčit se o tom, a získat informace o aktuálních inovacích, mohli návštěvníci zákaznických dnů Pero 2018.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

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.

Závěrečné oponentní řízení CK-SVT

V dubnu 2012 byl na půdě Fakulty strojní ČVUT v Praze oficiálně zahájen osmi letý projekt Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika v rámci dotačního programu Technologické agentury ČR. Projekt byl úspěšně ukončen ke konci roku 2019 a v červnu 2020 proběhlo Závěrečné oponentní řízení ve firmě TOS Varnsdorf, jednoho ze spoluřešitelů.

RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů

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.

Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

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.

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.

Automatizace od kusu po velké série

Ve společnosti Misan v Lysé nad Labem se pravidelně konají odborné semináře, které již po léta mají ustálený a účastníky kvitovaný scénář. Jedná se vždy o tematicky zaměřenou, třídenní akci - dva dny pro odbornou veřejnost, třetí den pak pro školy. Důležitým faktem z hlediska návštěvnického poznání a edukace je skutečnost, že se na obsahové náplni společně s firmou Misan podílí vždy jeden z jejich spolupracujících partnerů, především z řad výrobců a dodavatelů řezných nástrojů. Dopoledne přednášky, odpoledne ukázky na strojích. Nejinak tomu bylo i poslední květnový týden.

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