Poznámka: tyto materiály slouží pouze pro opakování STT žáků SPŠ Na Třebešíně, Praha 10; s platností do r. 2016 v návaznosti na platnost norem. Zákaz šíření a modifikace těchto materiálů. Děkuji Ing. D. Kavková Povlakování
Tenká vrstva - aplikace tenké vrstvy na předních elektrodách plochých displejů (LCD,kalkulačky) optické vrstvy k antireflexnímu pokrytí čoček velmi tvrdé vrstvy na řezných nástrojích
Tenká vrstva materiál vytvořen na základním materiálu (substrátu) - tloušťka (nm až μm) mikrometr (1 μm = 10 6 m = 0, 000 001 m) nanometr (1 nm = 10 9 m = 0, 000 000 001 m) 6 μm 50 μm lidský vlas tenká vrstva
Vrstvy typické tloušťky vrstev reprodukovatelné v sériové výrobě činí 0,5 µm až 4 µm nijak se nezmění ostré hrany, povrchy s texturou ani povrchy leštěné do zrcadlového lesku a úzké výrobní tolerance díky tomu nejsou třeba žádné dodatečné práce a povlakování se může provést jako poslední výrobní krok
Podklad vrstvy - substrát tenká vrstva nanesena na nástroj - deponace povrch celého nástroje = substrát příprava povrchu nástroje na deponaci - zaručení dokonalé adheze k substrátu
Deponovaná tenká vrstva substrát systém - vrstva min. tloušťky společně se substrátem - specifické vlastnosti a chování vrstva rozhraní samotná tenká vrstva - nerovnovážná - iniciuje vznik metastabilních fází důvod - min. tloušťka - následek depozičních procesů
Systém otěruvzdorná vrstva - odolnost proti opotřebení - redukce tření - korozní odolnost - tepelná bariéra mezivrstva - adheze - bariéra rozvoje trhlin - kompenzace diletace a pnutí substrát - pevnost - tuhost - geometrie
Substrát podklad tenké vrstvy - nástroj (povrch) - povrch VBD, atd. speciální příprava před depozicí - záruka adheze
Předdepoziční přípravy procesy předcházející depozici tenké vrstvy na nástroj - úprava řezných hran - chemické čištění substrátu - iontové čištění substrátu všechny procesy mají vliv na adhezi
Předdepoziční přípravy úprava řezných hran chemické čištění substrátu iontové čištění substrátu v případě redepozice tenké vrstvy předchází pochodům 1-3 tzv. stripping - odpovlakování substrátu
Úprava řezných hran nástrojů - pískování
Omílání minimalizace defektů a ostrých přechodů hrana před opracováním hrana po opracování
Otryskávání hrana před opracováním hrana po otryskání elastickými částicemi s abrazivem
Kartáčování ocelová vlákna různě tvrdá polymerní vlákna impregnovaná abrazivem
Aero Lap vysoká rychlost dopadu a skluz po povrchu diamantových zrn leštění a jemné broušení plochy viz. dokončovací metody obrábění
Chemické čištění cíl - zbavit povrch zejména organických nečistot (tj. mastnoty, prachu, brusiva a jiných pevných částic ulpělých na povrchu) čistící kapaliny - různé alkoholy na ropné bázi - mastné kyseliny - zintenzivnění čistícího procesu ultrazvukem následuje vysušení - vakuové sušičky
Iontové čištění - princip přivedení záporného předpětí na substrát a dopad urychlených iontů na substrát ionty při dopadu na substrát vyrážejí mikronečistoty ulpěné na povrchu 2 fáze čištění doutnavým výbojem - zdrojem iontů ionizovaný plyn v komoře (Ar, H 2, N 2,..) čištění nízkonapěťovým el. obloukem - zdrojem iontů tzv. katodová skvrna
Doutnavý výboj nástroje s vysokým napětím prostředí s Ar = doutnavý výboj = Ar vyráží nečistoty (tj. sloučeniny kyslíku, uhlíku a kovů)
Iontové čištění pomocí titanu katodová skvrna - zdroj iontů Ti ionty Ti odstraní zbylé nečistoty
Základní depoziční procesy
Procesy CVD (Chemical Vapour Deposition) vysoká odolnost proti opotřebení vhodné pro silnější vrstvy - povlakování nepřístupných dutin a drážek vysoká teplotní stabilita vrstev složité vrstvy nitridu kovů, Al 2 O 3, diamantů,... vysoká adheze relativně nízké náklady na zařízení a proces možnost vytvoření vrstvy z několika kovových prvků (např. TiAlN)
CVD - omezení zaoblené okraje a hrany (tloušťka vrstvy) vysoké teploty depozičního procesu (950 - až 1 050) C velká energetická náročnost dlouhý pracovní cyklus - až 10 hod. ekologicky nevhodné pracovní plynné směsi tahová pnutí v povrchové vrstvě nevhodné pro tvarově náročné a vysoce přesné nástroje
Princip metody
Příklady CVD - TiCN tvarové razníky razidlo razící jazyk ohýbače
Procesy PVD (Physical Vapour Deposition) procesy probíhají ve vakuu za teplot mezi (150 a 500) C vlastnosti povlaku - lze cíleně ovlivňovat tvrdost, strukturu, chemickou a tepelnou odolnost, přilnavost - jednotná tloušťka vrstvy (opakovatelnost) - materiál povlaku vysoce čistý a pevný - velká pestrost vrstev - vysoká odolnost proti opotřebení
PVD - omezení podmíněná odolnost korozi během povlakování rotace součástí (konstantní tloušťka vrstvy)
Postup povlakování upnutí nástrojů do planetových držáků - rovnoměrné nanesení povlaku
Komora povlakovacího zařízení z vakuové komory odčerpán vzduch vyhřátí komory
Vyhřátí komory dosažení požadované teploty
Vpuštění argonu
Doutnavý výboj nástroje s vysokým napětím prostředí s Ar = doutnavý výboj = Ar vyráží nečistoty (tj. sloučeniny kyslíku, uhlíku a kovů)
Iontové čištění pomocí titanu nástroje s vysokým napětím titanová elektroda s nízkonapěťovým zdrojem oblouku - na elektrodě zapálen oblouk (katodová skvrna - zdroj iontů Ti) ionty Ti odstraní zbylé nečistoty
Iontové čištění pomocí titanu katodová skvrna - zdroj iontů Ti ionty Ti odstraní zbylé nečistoty
Povlakování výměna atmosfér - Ar nahrazen dusíkem obdoba čištění Ti - zapálen oblouk na Ti elektrodě
Povlakování nitrid titanu TiN ulpí na povrchu nástroje
Povlakování multikomponentní systémy - TiAlSiN další elektroda ve formě slitiny hliníku s křemíkem
Dokončení ochlazení na vhodnou teplotu vyjmutí nástrojů
Schéma PVD 1 argon 2 reakční plyn 3 planární magnetronový zdroj naprašovaného materiálu (nanášený materiál) 4... nástroje 5 vakuové čerpadlo
PACVD (Plasma-Assisted Chemical Vapour Deposition) výhody podstatně nižší teploty zpracování než u CVD přesné vrstvy nízké teploty nevýhody na otvory, štěrbiny atd. vhodné jen podmíněně
PACVD pro výrobu nekovových uhlíkových povlaků uspořádání procesu je obdobou naprašování po naprášení kovové vrstvy pojiva se přivede vysokofrekvenční střídavé napětí po přivedení plynu, který obsahuje prvky materiálu vlastní vrstvy, se uskuteční v pracovní komoře elektrický výboj v plynu ve výboji vzniknou atomy uhlíku a vodíku, které vytvoří na nástrojích a součástkách kompaktní vrstvu změnami přivedeného napětí se ovlivňují vlastnosti vrstvy
BAI 1 200 povlakovací zařízení BAI 1200 nabízí při velmi vysoké produktivitě a spolehlivosti široké spektrum technologií povlakování zvláště na řezné a tvářecí nástroje
RCS více šarží s různými povlaky za den speciálně konstruováné zařízení ke zpracování krátkých cyklů Zvýšení produktivity krátkými časy cyklů díky kombinovanému ohřevu zářením a plazmou, centrálnímu leptání, povlakování z až šesti současně aktivních zdrojů a rychlé ochlazování
BAI 730 D (High Current DC Arc, HCDCA) povlakovací zařízení koncipováno tak, aby bylo možné vytvářet s vysokou produktivitou a spolehlivostí polykrystalické diamantové povlaky mimořádné tvrdosti
Zdroje www.povrchovauprava.cz www.trumpf.com