PVD VRSTVY NA BÁZI Cr-Al-Si-N, KLUZNÉ VRSTVY Ti-Al-Si-O-C A TLUSTÉ VRSTVY Ti-Cr-Ni-N P.Holubář, M.Jílek, M.Šíma, M.Růžička, O.Zindulka
Obsah CrAl(Si)N tvrdost složení a struktura tepelná stabilita aplikace Al(Si)Ti (N)CO tvrdost složení a struktura tepelná stabilita frikční vlastnosti aplikace
CrAl(Si)N proč? vyšší obsah Al v kubické fázi nižší vnitřní pnutí změna afinity obrobek-povlak 80 70 60 50 40 30 20 10 0 max.% c-aln CrN VN TiN WN NbN ZrN HfN povlak CrN VN TiN WN NbN ZrN HfN max.% c-aln 77,2 72,4 65,3 53,9 52,9 33,4 21,2 Ref.: ISIJ International 38, 925-934 (1998)
CrAl(Si)N povlakovací zařízení
CrAl(Si)N tvrdost Cr6 AlSiN Cr52 AlSiN AlSiCrN AlCrN
Cr52 AlSiN XPS 800 576,856 400 75,392 600 586,622 398,146 300 120,803 43,654 696,973 400 244,337 200 154,494 532,911 200 100-136,033 650 600 550 500 450 400 350 300 Eb 0 150 100 50 0-50 -100-150 Eb prvek Si 2p Al 2s Cr 2p 3/2 XPS at.% 7,4 40,6 52,0 source: XPS - M.Veprek-Heijman, TU Munich XRD D.Rafaja, TU Freiberg
Cr52 AlSiN XPS, vazby Si Si 3 N 4 (101.8 ev) nc-alcrn / a-si 3 N 4 CrN source: M.Veprek-Heijman, TU Munich
Cr6 AlSiN XPS, XRD 1200 534,181 600 121,096 75,686 287,111 398,927 300 154,299 Si 2p 6*5min 800 746,583 579,591 419,923 400 0 200 0 Eb 600 400 Eb prvek Si 2p Al 2s Cr 2p 3/2 XPS at.% 15,4 78,7 5,9 XRD at.% 13,0 81,8 5,2 source: XPS - M.Veprek-Heijman, TU Munich XRD D.Rafaja, TU Freiberg
Cr6 AlSiN XPS, vazby Si nc-alcrn / a-si 3 N 4 13000 12000 Si 3 N 4 Raw Intensity Background SHM ALCRSiN313 Counts (a.u) 11000 10000 9000 8000 7000 6000 Mg Ka, 3h sputtered callibration with internal C (285.0) and external Au 4f (83.8) gives Si (2p) 101.8+/-0.15 106 104 102 100 98 96 Binding Energy (e.v) source: M.Veprek-Heijman, TU Munich
CrAl(Si)N tepelná stabilita 45 Tvrdost 0.05 [GPa] 40 35 30 25 Cr52 Cr6 údolí AlTiN 0 300 600 900 T [ C] 1200
Cr52AlSiN aplikace 4000 3000 tool life: No. of produced gears 1 - new + coated 2 - reground 3 - reground + recoated 3 2000 1 3 1000 1 3 2 3 TiN 2 TiAlN AlTiN CrAlSiN Testing conditions:: W.n. 1.0501 HB 185-200 FETTE HSS PM4 S-390, 65-66 HRC 1.5-2 mm 120 m/min VB = 0.15 mm emulsion ARAL 230, 8 l/min
Cr52AlSiN aplikace 25 Milling distance LT [m] 20 naco G 2,8 um narco G 3,2 um narco ML 2,8 um 15 10 5 30 TiAlCN AlTiN 40 50 60 70 80 90 cutting speed vc [m/min] 2,4 um 2-3 um 100 Testing conditions:: MSN 500 vertical milling machine CMo4 heat treated steel, HB 310±10 FRAISA 10, z=4, HSSCo8 up hill (Gegenlauf) VBCmax=0,6 mm emulsion ARAL 230, 8 l/min
Cr6AlSiN aplikace 1000 800 600 HM drill lifetime [number of holes] steel soft annealed emulsion 7% 400 200 TiN TiCN Cr52AlSiN Cr6AlSiN Testing conditions:: X155CrVMo12-1(DIN 1.2379), steel soft annealed 5, ap 15 mm, vc 70 m/min, f 0.16 mm/u VB1/2=125 µm or 225µm corner emulsion 7%
Srovnání vrstev na bázi Cr při obrábění oceli 42CrMo4 200 VB max [µm] 150 100 50 OSG Referenční HTE CS povlak OSG povlak nacro HTE povlak nacro 0 0 500 1000 1500 2000 2500 životnost nástroje Lf [m] Hrubování oceli 42CrMo4, zakalené na 42 HRC Dvoubřitá kulová fréza pr.6 mm, 9500 ot/min, fz=0,12 mm, ap=0,3 mm, ae= 0,6 mm
CrAl(Si)N souhrn vysoká tvrdost ve dvou maximech struktura nc-alcrn/a-si 3 N 4 s velikostí krystalitů cca 5 nm vysoká tepelná stabilita Alwin, odvalovací frézování
Al(Si)Ti (N)CO povlakovací zařízení CRC Dual Arc unit 2x 240 A, -100 1200V 600 C, 0,5-5 Pa 150 tools/batch AlSi Ti centrální anoda
Al(Si)Ti (N)CO co to je a proč? komplexní systém kluzná vrstva Ti AlSi 40 35 35sccm 20sccm 15sccm 30 HVpl 25 20 15 Lubrik 10 Ti 0 1 2 3 4 5 pozice AlSi
Lubrik složení a struktura ERD XRD content [at.%] 40 35 30 25 20 15 10 TiAlCO 0236_6 Lubrik ti o al c h n ar Intensity [cps] TiN(200) Lubrik 0236_6 TiN(220) 5 0 0.00E+000 5.00E+017 1.00E+018 1.50E+018 2.00E+018 depth [atoms/cm 2 ] substrate 20 40 60 80 100 2 theta Al Ti O C at% 34 3 41 22 a-al 2 O 3 + fcc-tic + a-c-o
Lubrik tepelná stabilita 30 5 AlTiCO #0293_2 TiN phase 25 4 hardness [GPa] 20 15 10 unknown T dep as deposited crystallite size [nm] 3 2 5 1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 annealing temperature [ o C] 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 annealing temperature [ o C]
Lubrik SI, Lubrik G frikce 1,2 1 AlTiN6 G-lubrik Average coefficient of friciton 0,8 0,6 0,4 0,2 TiAlSiN AlTiSiN Lubrik 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Number of cycles
Lubrik SI, Lubrik G - aplikace 260 240 SI+tm 0,9um 203-1 203-2 Narex Ždánice s.r.o. závitník M6, DIN 371, RSP 15, HSS PM Torque (Ncm) 220 200 180 160 203-3 závitování 6 m/min, materiál ČSN 15 142, 140kg 140 F1 F3 F5 F7 F9 Thread F11 F13 F15 220 210 200 Orm-lubrik Taps SI 0,8um SI 1,4um SI+CO2 uncoated Torque (Ncm) 260 240 220 200 180 160 SI+tm 1,3um 204-1 204-2 204-3 AverageTorque (Ncm) 190 180 170 160 150 Torque (Ncm) 140 260 240 220 200 180 F1 F3 F5 F7 F9 Thread SI+tm+CO2 1,0um F11 F13 F15 205-1 205-2 205-3 uncoated 140 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 160 140 Threads F1 F3 F5 F7 Thread F9 F11 F13 F15
Lubrik SI, Lubrik G - aplikace ThyssenKrupp Aluminium Technik s.r.o. vrtání 7000 ot/min, 1070 mm/min materiál Aluminium 226 (Cu-3%, Si 10%, Mg 0,3%, Al zbytek) konvenční povlaky nevyhovující (50 % nepovlakovaného nástroje) prodloužení životnosti o 100% oproti nepovlakovanému nástroji
Lubrik SI, Lubrik G - aplikace KAMAX šroubárna Turnov s.r.o. lisování materiálu tř. 13 a 14 zvýšení životnosti o 100% oproti ostatním PVD vrstvám
Al(Si)Ti (N)CO komplexní systém TiN- adhezní vrstva TiAlN vrstva s max.tvrdostí TiAlCO I tvrdá vrstva TiAlCO II vrstva s optimální stechiometrií AlTiCO III kluzná vrstva - LUBRIK
Al(Si)Ti (N)CO a Lubrik souhrn komplexní systém povlaku s velkou perspektivou Lubrik kluzná vrstva na bázi oxidů a uhlíku rozumná tepelná stabilita závitníky, vrtáky a frézy, tvářecí nástroje obrábění a tváření Cu, Al slitin, apod.
Poděkování: prof. Stan Veprek Maritza Veprek-Heijman Pavla Karvankova Tibor Cselle Marcus Morstein Olivier Coddet Antonin Kříž Josef Sondor Jiří Buršík David Rafaja Robert Lovecký
Děkuji za pozornost!