Témata
Reklama

Sputtering v oblasti moderního PVD povlakování

V současné době jsou vysoce výkonné povlaky vyráběny celou škálou metod. Proces magnetronového naprašování (sputtering) umožňuje kombinovat různé povlakovací materiály a přitom poskytuje optimální pružnost a tvrdost povlaku. Ukázal se tak velmi efektivním pro mnoho aplikací.

Podobný princip zlepšení vlastností materiálu, jaký se využívá při povlakování, byl aplikován i v minulosti. Příkladem může být použití damaškové oceli na starých zbraních, která kombinovala různé typy oceli s protichůdnými vlastnostmi a bylo tak dosaženo pevného ostří a současně pružného jádra. Stejně tak se využívá PVD povlaků k vylepšení a optimalizaci řezných nástrojů a jiných předmětů potřebných v každodenním průmyslovém procesu. Rozdíly mezi jednotlivými povlaky je možné hledat v aplikačních možnostech a v technologii, kterou byl povlak vytvořen. Potenciál magnetronového naprašování je veliký a doposud nebyl vyčerpán.

Reklama
Reklama
Reklama

Od atomu k povlaku

Při sputteringu jsou částice procesního plynu, zpravidla inertního argonu, štěpeny na elektrony a ionty při kolizích s elektrony v procesu známém jako ionizace. Tím je vytvořeno plazma, které je plynnou směsí elektricky neutrálních atomů a nabitých iontů. Kladně nabité ionty argonu mohou být urychleny pomocí negativního předpětí na kovový terč, katodu. Například v případě TiAlN povlaku je terč vyroben z kombinace titanu a hliníku. Když kladně nabité ionty argonu narážejí do povrchu targetu, vyrazí z něj kovové prvky, které se později stanou součástí povlaku. Čím více iontů argonu při vyšší energii narazí do povrchu targetu, tím více je uvolněno kovových prvků z jeho povrchu.

Typy kovových terčů, ze kterých lze uvolnit Ti a Al v různém poměru v závislosti na konstrukci daného terče.

V bezprostřední blízkosti před terčem jsou některé uvolněné atomy kovů dále ionizovány kolizemi s volnými elektrony. U magnetronového naprašování jsou elektrony nuceny obíhat ve spirální dráze vytvořené permanentním magnetickým polem. Takové magnetické pole prodlouží jejich dráhu oběhu a zvýší dobu, po kterou jsou elektrony před samotným terčem. Prodloužení dráhy volných elektronů způsobuje vyšší pravděpodobnost kolizí s uvolněnými kovovými atomy a tím i zvýšení ionizace plazmatu. Zároveň je do pracovního prostoru přiveden i dusík jako reaktivní plyn a značné množství tohoto plynu je rovněž ionizováno. Kovové částice spolu s reaktivním plynem nakonec procházejí sloučením a kondenzací na substrátu za vzniku čisté homogenní vrstvy tvrdého materiálu. Vyšší ionizace má za následek zvýšení kvality aplikovaného povlaku.

Vizualizace procesu magnetronového naprašování

Sputtering – naprašování – znamená přímý přechod z pevné látky na plynnou (proces známý jako sublimace). Pomocí této metody může být téměř jakákoliv kombinace materiálů v různých poměrech uvedena do plynného stavu, takže lze vytvořit rozmanité spektrum povlaků. Existuje také velmi mnoho variant při volbě reaktivních plynů. Tím je možné vytvořit různé kombinace nitridů, oxidů, karbidů za použití reaktivních plynů jako dusíku, kyslíku nebo uhlovodíků. Jinou výhodou magnetronového naprašování je absence mikročástic, tzv. droplets. Výsledkem je hladší povlak. Použití dokonale hladkého povlaku na řezných nástrojích má za následek snížení tření a abrazivního opotřebení a zároveň snižuje dobu kontaktu třísky s povrchem nástroje. Tím se snižuje oxidační opotřebení, neboť teplo je více odváděno třískami a méně povrchem nástroje.

Energie 25 000 žárovek

Jak již bylo dříve uvedeno, vyšší ionizace znamená zvýšení kvality naneseného povlaku. HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) proces je zásadní pro zvýšení ionizace odprašovaného materiálu a zlepšení struktury povlaku. Při použití konvenčního DC nebo pulzního sputteringu je možné zvýšit ionizaci přivedením většího množství energie na terč. To má za následek i vyšší tepelné zatížení terčů a povlakovaného substrátu, které má své limity. Pro dosažení kýženého výkonu by bylo potřeba energie až 1 MW, která by dokázala rozsvítit až 25 000 žárovek. Je zřejmé, že na takové množství energie by byla potřeba malá elektrárna a povlakovací zařízení by bylo obtížné uchladit. Proto je energie při HiPIMS procesu dodávána terčům ve velmi krátkých pulzech o velmi vysoké energii.

Závislost použité energie na čase u HiPIMS a konvenčního magnetronového naprašování.

Záporné předpětí přivedené na substrát (nástroje) má vliv na energii a směr toku pozitivně nabitých částic, které zasahují substrát. Pulzy jsou přivedeny pouze na terč. Délka pulzu je velmi krátká (řádově stovky mikrosekund), následována relativně dlouhou dobou, kdy je terč „mimo provoz“. Výsledkem je tedy průměrná energie procesu (pouze 1–10 kW) a bezproblémové uchlazení terče.

Využití magnetronového naprašování

Sputtering je využitelný v celé škále průmyslové výroby. Společnost CemeCon má s technologií magnetronového naprašování zkušenosti již více než 20 let a využívá tuto metodu pro aplikaci vysoce odolných vrstev na řezných a tvářecích nástrojích za účelem zvýšení jejich životnosti a užitných vlastností. Mimo aplikace na řezných nástrojích a komponentech je sputtering aplikován rovněž v solárních technologiích. Nové možnosti se otevírají při aplikaci tenkých vrstev za nízkých teplot v biomechanice, nanotechnologiích, výrobě paměťových médií a elektronických součástek.

CemeCon

Ing. Jakub Něnička

jakub.nenicka@cemecon.cz

www.cemecon.cz

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 140546
Datum: 13. 05. 2014
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Nový utvařeč třísek

Neustále probíhající vývoj nové technologie povlakování, známé pod obchodním označením Dragonskin, pokračuje ve společnosti WNT vytvořením nové řady vyměnitelných břitových destiček pro soustružení s inovativní geometrií utvařeče třísky -XU. Zaměřením na tvarové a všeobecné soustružení řeší tento utvařeč mnoho problémů zejména v operacích, kde je vyžadováno dokonalé utváření třísky.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Související články
Bezdotykové orovnávání brousicích kotoučů

Exaktní orovnávání diamantových brousicích kotoučů musí zajistit jak vytvoření požadovaného tvaru, tak i optimální topografii povrchu. U mechanických technologií vznikají vždy síly mezi nástrojem a kotoučem. Bezkontaktní strategie nyní používá pro orovnávání kotoučů technologii elektroerozivního řezání drátovou elektrodou.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Průmyslové využití nejvýkonnějších laserů

Již několik desetiletí jsme svědky postupného nabývání významu a upevňování pozice laserů nejen v průmyslových provozech, ale i ve zdravotnictví, metrologii a mnoha dalších oblastech. Na stránkách tohoto vydání je uvedeno hned několik možností jejich využití, všechny jsou však velmi vzdálené možnostem laserů vyvíjených v centru HiLASE. V Dolních Břežanech u Prahy totiž vyvíjejí „superlasery“.

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.

Pokročilé mazání pro úspornost a spolehlivost

Věda a výzkum přinášejí zcela unikátní řešení i pro procesy zdánlivě zavedené a v oblastech, kde by inovace laik neočekával. Každý pozitivní a použitelný krok ke zlepšení klimatické situace naší planety je přínosem a jednou z nesmírně efektivních, užitečných, a vlastně poměrně snadných a finančně nenáročných záležitostí. Takovými by mohly být aplikace pokročilých tribologických řešení především pro dopravu, průmysl a výrobu energií.

Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

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.

Lasery a optika v průmyslu

Měsíc květen se nesl ve znamení zákaznických setkání, dnů otevřených dveří, seminářů a konferencí. Také společnost Lascam v tomto jarním měsíci uspořádala dvoudenní konferenci. Již druhý ročník ve svém názvu Lasery + optika v průmyslu skrývá témata, která byla na pořadu dne. Představitelé významných světových výrobců laserových a optických technologií prezentovali stovce účastníků novinky a možnosti jejich využití.

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.

Cyklické zkoušky pro reálnější simulace

Životnost, trvanlivost, odolnost, ale i třeba degradace jsou důležitými pojmy, pokud se bavíme o životním cyklu jakékoliv součásti. Kupující nebo odběratel požaduje záruky, že právě obdržený díl, zařízení či konstrukce bude fungovat předem stanovenou dobu, navíc je-li ve hře také otázka bezpečnosti. Udělení certifikace či určení doby trvanlivosti často předcházejí různé zkoušky. Důležitou skupinou z nich jsou urychlené korozní zkoušky. Nejen jimi se v úzké spolupráci s průmyslem zabývají ve vědecko-technickém parku v Kralupech nad Vltavou.

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