Témata
Reklama

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.

Přednosti měření metodou CCI (Coherence Correlation Interferometry), zejména přesnosti a spolehlivosti měření, byla společností Taylor Hobson ověřována rozsáhlými experimenty na povlacích typu DLC, které jsou v současné době velmi rozšířené.

Reklama
Reklama
Celkový pohled na bezdotykový profilometr Form Talysurf CCI HD

Vlastnosti a využití povlaků DLC

Povlaky DLC (Diamond Like Carbon) zpravidla tvoří jednoduchá vrstva tvrdého uhlíku vytvořená speciálními metodami povlakování. Uvedené povlaky charakterizuje řada předností, zejména díky schopnosti zajistit vlastnosti podobné diamantu na různém povrchu a současně i díky jejich relativně nízké ceně. Uhlíkové vrstvy jsou především vhodné ke zlepšení odolnosti povrchu proti opotřebení, dále k zajištění minimálního tření i vysoké odolnosti proti otěru a korozi. K přednostem patří i vysoký elektrický odpor povlaku, průchodnost infračervených paprsků, vysoký index refrakce a výborná jakost povrchu. Uvedené vlastnosti velmi dobře splňují kritéria požadovaná u materiálů pro lékařské aplikace, např. ortopedické, kardiovaskulární, zubní nebo optické. Navíc se povlak DLC vyznačuje nízkou úrovní absorpce i malým rozptylem, což je výhodné z hlediska širokopásmové antireflexe při aplikaci na křemíkové a germaniové podklady.

Výborné tribologické vlastnosti povlaků DLC jsou vhodné pro aplikace, kde působí extremní síly při odvalování i při kluzném pohybu. Proto jsou tyto povlaky často využívány jako ochrana proti opotřebení nebo zlepšení třecích vlastností u součástí automobilů. Mimořádná odolnost DLC proti abrazi se uplatňuje v optice nebo vojenské a kosmické technice.

Detail měřicího prostoru bezdotykového profilometru

Nicméně povlaky DLC je třeba používat opatrně na železných podkladech, navzdory jejich příznivým tribologickým vlastnostem. Užití povlaku při vyšších teplotách totiž může způsobit nauhličení substrátu, což způsobí změnu jeho tvrdosti a ztrátu funkčních vlastností.

K dosažení požadovaných vlastností musí mít vrstva uhlíku určitou přesnou tloušťku. Např. povlaky DLC jsou často optimalizovány pro specifickou oblast vlnových délek právě zajištěním určité tloušťky vrstvy procesem povlakování, čímž se dosáhne požadovaného antireflexního efektu. Přesné řízení a kontrola tloušťky povlaku (filmu) DLC jsou významné pro optimalizaci jejich vlastností ve všech sférách výroby i aplikací.

Měřicí techniky

Měření tloušťky povlaku lze provádět konvenčními metodami, jako jsou spektrometrie, elipsometrie, měřením výšky stupně nebo modernějšími technikami, jako je koherentní skenovací interferometrie. Pro ověření tloušťky povlaku lze samozřejmě využít i další metody, jako např. frekvenční interferometrii, laserové snímání nebo detekci tepelných vln s laserovým svazkem paprsků.


Schéma systému měření povlaku DLC interferometrem CCI HD při stanovení tloušťky povlaku.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Bezkontaktní koherentní korelační interferometr (CCI) je moderní skenovací přístroj připravený pro velmi rychlé a přesné 3D měření, s vysokým rozlišením povrchu a tloušťky povlaku.

Metodika měření

Využití interferometrie pro měření tloušťky povlaku znamená výrazný kvalitativní pokrok v kontrole povlaků. Metoda využívá interferenční signály, kterými se přesně vymezí poloha povrchů povlaku a speciální algoritmus umožňující „vyjmout“ tloušťku povlaku z interferogramu. V některých případech lze získat z měření i další informace o povrchu.

Pro měření je připravenmoderní interferometr Form Talysurf CCI HD vybavený kamerou až 4 miliony pixelů, se subnanometrickým vertikálním rozlišením (0,1 Å). Přitom každý pixel působí jako vlastní optická sonda 1 μm, což zajišťuje měření vysokou rychlostí vícenásobných vrstev povlaku, s nezávislým měřením tloušťky v každém bodě.

Kombinace patentovaného softwaru „Film Thickness“ s koherentním korelačním interferometrem CCI zajišťují unikátní možnosti měření tenkých povlaků.

Technologie CCI nabízí dvě různé metody měření tlouštěk:
• silný povlak (> 1,5 μm);
• analýzy tloušťky vrstev (až k hodnotě 50 nm, příp. menší).

Je-li tloušťka vrstvy větší než 1,5 μm (v závislosti na indexu refrakce), potom jsou u povlaku registrovány dvě hraniční pole vytvořená rozhraním povrchů. Z těchto polí (vzduch/povlak a povlak/substrát), přesněji z poloh maxim a využitím indexu lomu lze potom stanovit hodnotu tloušťky povlaku.

Analýzy tloušťky povlaků

Při zmenšování tloušťky povlaku se záznam interferogramu zhušťuje. Pro tento případ (HCF) bylo připraveno nové řešení k získání informací o povlaku. Aplikace funkce HCF na koherentním korelačním interferometru (CCI) představuje přesnou metodu stanovení tloušťky povlaku. Funkce HCF je využitelná pro měření velikostí tloušťky s přesností lepší než 1 % v rozsahu od cca 5 μm až do hodnot 300 nm. Lze měřit povlaky až do tloušťky 50 nm. U velmi tenkých povlaků je třeba postupovat velmi obezřetně, protože přesnost měření ovlivňují optické vlastnosti materiálů.

Rozsáhlá experimentální měření byla provedena na povlacích DLC nanesených na různé podkladové materiály. V řadě případů byly porovnávány výsledky získané ze systému CCI HD a z elipsometru. Jednalo se o vzorky s povlakem DLC na substrátu nitridované oceli (rozmezí tlouštěk od cca 700 do 1 500 nm) a automatická měření v různých místech povrchu (6 poloh s roztečí 1,5 mm) povlaku DLC na křemíkovém substrátu (výsledky měření CCI 568,9–576,6 nm, elipsometr cca 570 nm).

Koherentní korelační interferometr CCI se ukazuje jako moderní metrologický prostředek pro spolehlivě přesné a rychlé měření tloušťky i rovnoměrnosti povlaku DLC. Experimenty jednoznačně dokumentují velmi dobrou korelaci výsledků měření přístroji CCI HD a elipsometry. Nový systém nabízí možnosti vícenásobného rychlého měření povlaku na velké ploše, s velkým rozlišením, tedy v současné době nejdokonalejší základ pro optimalizaci povlaku.

Zdeněk Novák
s využitím podkladů Taylor Hobson

novakzdenek@seznam.cz

Reklama
Vydání #12
Firmy
Související články
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.

Kompozitní galvanické povlaky

Stále se zvyšující požadavky na vlastnosti povrchů urychlily vývoj slitinových povlaků kombinovaných s povlaky kompozitními, čímž se vzájemně kombinují a rozšiřují výhody a možnosti nových povlaků.

Nejnovější technologie před moderní informační společností

Jedním z účastníků letošního ročníku Veletrhu Věda Výzkum Inovace je sdružení CESNET, které se zabývá výzkumem a vývojem informačních a komunikačních technologií. Bylo založeno v roce 1996 a jeho členy jsou všechny veřejné vysoké školy a Akademie věd České republiky.

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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Podpora zavádzania LOTO

Po úspešnej fáze implementácie konceptu TPM (Total Productive Maintenance) sa vedenie spoločnosti DS Smith, závod Martin, rozhodlo doplniť systematický prístup starostlivosti o výrobné zariadenia rovnako dôležitou súčasťou, nasmerovanou na starostlivosť o pracovníkov. Všetky aktivity súvisiace s výkonom údržby, obsluhy, nastavovania a dolaďovania výrobných zariadení sú späté s výkonom ľudskej práce a teda fyzického kontaktu človeka so strojom.

Získané zkušenosti inovacemi pro zákazníky

Průmysl 4.0 je aktuální výzvou pro výrobce obráběcích strojů. Vlastní znalosti této problematiky uživatelů se na jeho implementaci do reálného provozu podílí velkou měrou a přispívají ke snadnějšímu zvládnutí cesty vedoucí k většímu propojení od výrobců strojů, přes jejich provozovatele až po odběrate dílů na strojích vyrobených. Podívejme se na zkušenosti společnosti Mazak v této oblasti.

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.

Jste připraveni na budoucnost? Zjistěte to...

Každý den se probouzíme do situace, kdy nekonečný boj o nové zákazníky o kousek přitvrdí, je stále náročnější a vyhraje ten, kdo se nejlépe a nejrychleji přizpůsobí. Jak řekl rakouský psychiatr Viktor Frankl, základní lidskou vlastností je svoboda rozhodnout se, i když její uplatnění nemusí být lehké. Člověk není svobodný ve vztahu k podmínkám, v nichž žije, ale má svobodu v tom, jaké k nim zaujme stanovisko. Jak se rozhodnete vy?

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.

IoT na insfrastruktuře elektrických rozvodů

V minulém vydání jsme představili nový systém WorkSys, otevřenou IoT platformu pro tvorbu nových aplikací a jejich propojení s již existujícími. Dnes toto téma uzavřeme a představíme nástroj FactoryDashboard pro tvorbu komplexního digitálního dvojčete fabriky.

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.

Investice firem do Průmyslu 4.0

Svaz průmyslu a dopravy ČR realizoval během letního období průzkum, jehož cílem bylo zjistit, jak tuzemské firmy zavádějí prvky Průmyslu 4.0 a jak jsou na digitální transformaci připraveny. Z výsledků vyplynulo, že polovina firem chce v příštích pěti letech do této oblasti investovat větší objem financí. Nejvíce podniků má zatím na zavádění prvků Průmyslu 4.0 vyčleněno do 5 % investičního rozpočtu. Jak se dalo dedukovat, aktivnější a připravenější na zavádění prvků Průmyslu 4.0 jsou velké firmy.

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.

Aplikace průmyslového robota

Firma Denso Manufacturing Czech nedávno rozšířila svůj strojní park o nové pětiosé centrum Hermle C 250, které obsluhuje průmyslový robot Zerobot 100V, jehož výrobcem je německá firma Zeroclamp. Robot dodala a nainstalovala firma Grumant.

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