Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Unikátní kombinovaná technologie PVD povlakování
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Unikátní kombinovaná technologie PVD povlakování

Bigaan je exotický název nové řady PVD povlaků firmy SHM. Povlaky s obsahem boru vznikají při souběhu dvou principiálně odlišných technologií – obloukového napařování a magnetronového naprašování. Firma dokázala využít výhod obou technologií a připravit nanokompozitní povlak na bázi AlCrBN.

Nový název Bigaan je možné z jazyka indiánského kmene Navajo přeložit jako čepel, ostří, ale také jako borovou větev. Je to náhoda, nebo tento název čekal ukryt do doby, kdy mu někdo najde vhodný objekt?

PVD technologie SHM

Nízkonapěťový oblouk se ve světě využívá již od 70. let minulého století k depozicím nitridů přechodových kovů jako povrchové úpravy řezných a tvářecích nástrojů. V oblasti aplikací na řezné nástroje je nejrozšířenější technologií a její řízení není nikterak náročné. Mezi její hlavní výhody patří vysoký stupeň ionizace generovaných částic. Díky tomu lze snadno modifikovat strukturu povlaku změnou urychlovacího předpětí na vzorcích. Nízkonapěťový oblouk hoří za nízkých tlaků a průchodem proudu řádově stovky ampér na katodě dochází k intenzivnímu ohřevu materiálu na teplotu více než 10 000 °C. Díky této vysoké teplotě se materiál taví a odpařuje do prostoru depoziční komory, kde posléze kondenzuje na povrchu nástrojů a vytváří stabilní nitridy s vlastnostmi, které nejsou v přírodě běžné.

Některé materiály však mají nízkou elektrickou vodivost nebo vysoký bod tání, a proto nejsou vhodné jako terče pro obloukové napařování. Jedná se o keramické terče, mezi něž patří karbidy, boridy a některé oxidy. Přesto se i tyto terče používají pro depozice, a to pomocí magnetronového naprašování, kdy se povrch netaví, ale jednotlivé atomy se vyrážejí z povrchu terče po srážce s ionty pracovních plynů.


Schéma patentované magnetronové katody, na které je vidět bronzový nosič, měděná fólie a segmenty terče.

Souběh oblouku a magnetronu

Souběhem těchto dvou odlišných technologií lze zajistit zabudování boru odprášeného z keramické magnetronové katody do vrstvy AlCrN odpařované z obloukových katod. Souběh technologií umožňují PVD zařízení typu Pi411, ale pro odprašování boru musel být v SHM vyvinut nový typ magnetronové katody. Jedná se o patentem chráněnou konstrukci katody, která má nově bronzový nosič s napájenou tenkou měděnou fólií, na němž jsou posazeny segmentové prstence, viz obr. 1. Měděná fólie zajistí rychlý a dokonalý přenos tepla do chladicí kapaliny a v důsledku umožní použití vysokých výkonů během odprašování.


Snímek povlaku z elektronového mikroskopu, kde světlé oblasti odpovídají prvkům s vysokým atomárním číslem.

Vlastnosti povlaku Bigaan

Samotný povlak AlCrN připravený nízkonapěťovým obloukem má vynikající mechanické vlastnosti – ať už se jedná o vysokou tvrdost a nízké vnitřní napětí, nebo o vysokou tepelnou stabilitu. Přítomnost boru v povlaku jeho kvalitu ještě zvyšuje. Z makroskopického pohledu jde o monovrstvu s adhezní částí. Při podrobné analýze pomocí elektronového mikroskopu (obr. 2) a rentgenové difrakce lze prokázat, že povlaky Bigaan představují nanokompozitní vrstevnatou strukturu se zvýšenou tvrdostí (ze 40 na 50 GPa, měřeno pomocí Fischerscopu s Vickersovým hrotem) a sníženou velikostí krystalů (z 25 na 10 nm).


Porovnání životnosti

Zlepšené užitné vlastnosti povlaku byly prokázány řeznými zkouškami, kde Bigaan dosahoval vyšší životnosti oproti špičkovým povlakům TripleCoating Si a TripleCoating Cr, viz obr. 3. Nový super tvrdý povlak je vhodný pro frézování, vystružování, pro odvalovací frézy, k obrábění nerezu, houževnatých a těžkoobrobitelných materiálů.

SHM

Vjačeslav Sochora, Mojmír Jílek

sochora@shm-cz.cz

www.shm-cz.cz 

Další články

Technologie pro povrchové úpravy
Nástroje pro obrábění / řezné materiály

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: