ISKUSTVA U PRIMJENI PA CVD TEHNOLOGIJE U PRAKSI 23. travnja 2014. Prof. dr. sc. Božidar Matijević Fakultet strojarstva i brodogradnje UVOD Surface Engineering “Surface engineering is the design of surface and substrate together as a system to give a cost effective performance of which neither is capable on its own.” D.A.Melford [1991] Postupci modificiranja (cementiranje, nitriranje, boriranje, površinsko kaljenje,...) Postupci prevlačenja (npr. PVD, CVD, PACVD), ... POSTUPCI PREVLAČENJA ČELIKA Oksidna keramika - oksidi: Al2O3, TiO2, ZrO2, … Metaloorganski spojevi - Me:CH (W97C3,... - Čelici (nakon kaljenja i popuštanja) - Tvrdi metal - Čelici (nakon kaljenja i popuštanja) - Tvrdi metal CVD (Chemical Vapour Deposition) postupci 800 1000 °C PVD (Physical Vapour Deposition) postupci MTCVD (Medium Temperature CVD) 700 900 °C 200 500 °C PA CVD (Plasma Assisted CVD) 480 580 °C Spojevi - karbidi: TiC, B4C, SiC, … Neoksidna keramika - nitridi: TiN, TiAlN, CrN, … - karbonitridi: TiCN, TiAlCN, … Dijamantu slični ugljik - DLC (Diamond like Carbide) Svojstva: visoka tvrdoća, visoka otpornost trošenju (abraziji, adheziji, tribokoroziji) otpornost koroziji, dekorativni izgleg BROJ SLOJEVA: - jedan sloj, više slojeva, gradijentni slojevi VRSTE SLOJEVA: - homogeni, npr. TiC, TiN, Ti(C,N) mješanac - heterogeni, npr. B4C + Al2O3 (istovremeno dvije faze!) TiN Al2O3 TiCN 10 m Osnova Jedno slojna, glatka i kompaktna prevlaka Nano slojna prevlaka (2 m) (32 sloja po 90 nm) NANOKOMPOZITNI SLOJEVI: (nanokristalna zrna (AlTiN, AlCrN,...) usađena u amorfnu matricu (Si3N4)): HV, OVT, OT TVRDI TANKI SLOJEVI ZA STROJNE DIJELOVE I ALATE U CILJU POVEĆAVANJA OTPORNOSTI TROŠENJA TiCl4 + CH4 TiC + 4HCl (TiC: 3500 – 5000 HV) 2TiCl4 + N2 + 4H2 2TiN + 8HCl (TiN: 2000 – 3000 HV) 2AlCl3 + 3CO2 + 3H2 Al2O3 + 3CO + 6HCl (Al2O3: ≈ 2500 HV) CH3SiCl3 SiC + 3HCl (SiC: ≈ 4500 HV) Stabilni spojevi; najčešće kubična rešetka B1 tipa NaCl (karbidi, nitridi...) PVD CVD PA CVD 200 - 500 800 - 1000 470 - 580 Kaljenje poslije prevlačenja ne potrebno ne „line of sight” postupak da ne ne potrebno ne ne Površina glatka gruba vrlo glatka Poliranje poslije prevlačenja ovisno potrebno ne ne ne moguće Prionjivost na tvrde metale vrlo dobra vrlo dobra prosječno Troškovi održavanja vrlo visoki niski niski Troškovi pogona visoki niski niski Troškovi ulaganja visoki niski prosječni reznim alatima, TC dijelovima gdje su prihvatljive deformacije veliki alati i kalupi Temperatura (°C) Pomicanje šarže Duplex proces Uglavnom primjenjivo na… PA CVD je kombinacija prednosti PVD i CVD postupka Nsika temperatura postupka 480 °C – 580°C (uobičajeno) Omogućuje obradu: Kaljenih alata Završenih (na konačnu mjeru) alata Nije potrebna rotacija šarže Jedan proces Duplex postupak potporni sloj ispod tvrdog sloja avoids the „egg skin effect“ Veliki Teški Komplicirani alati Nije potreban visoki vakuum Niski troškovi za rad vakuum pumpe Kratko vrijeme rada pumpe Otpadni plinovi se obrađuju (ekološki prihvatljiv postupak bez zagađenja) Sputtering Prvi korak procesa Prevlačenje cijele šarže u istim uvjetima ZAŠTO PREVLAČIMO REZNE ALATE? NE PREVUČENA REZNA OŠTRICA PREVUČENA REZNA OŠTRICA ZAŠTO PREVLAČIMO ALATE? • NIŽE TROŠENJE • SPRIJEČAVANJE DIREKTNOG KONTAKTA IZMEĐU MATERIJALA I ALATA • NIŽA ADHEZIJA NA POVŠINI SLOJA • LAKŠE IZBACIVANJE IZRATKA IZ ALATA/ KALUPA • SMANJENA UPOTREBA SREDSTAVA ZA PODMAZIVANJE • NIŽA KOROZIJA • SKRAĆENJE CIKLUSA • DEKORATIVNI RAZLOZI PACVD- SHEMATSKI PRIKAZ POSTUPKA Vakuum retorta (Anoda) El. grijači PC PLC ventilator Dijelovi- šarža (Katoda) ProcesParameter MICROPULS ® PLASMA GENERATOR H2, N2, Ar, CH4 TiCl4, BCl3 PACVD- POSTROJENJE INSTALIRANO NA FSB-U DUPLEX POSTUPAK KOEFICIJENT TRENJA PA CVD SLOJEVA Ball on disc test Reduction of friction about 70% !!! PRIMJERI PRIMJENE PRIMJENA TiBN SLOJA ALAT ZA DUBOKO VUČENJE ALATNI ČELIK ZA TOPLI RAD ALAT ZA DUBOKO VUČENJE TVRDI METAL 3 2 2 1 1 NE PREVUČEN TiBN Nitr. Nitr. + TiBN TLAČNI LIJEV ALUMINIJA ALATNI ČELIK ZA TOPLI RAD ALAT ZA LIJEVANJE 6 3 5 4 2 3 2 1 1 CrN TiBN NE PREVUČEN TiN – TiB2 VIŠESLOJNA PREVLAKA TLAČNI LIJEV AlUMINIJA TLAČNI LIJEV AlUMINIJA TLAČNI LIJEV AlUMINIJA TLAČNI LIJEV AlUMINIJA Alat za tlačno lijevanje Al W 300 550 x 550 mm 200 kg TLAČNI LIJEV AlUMINIJAMAGNEZIJA • Boron Nanocomp PLASTIT® – Improvement in easy demoulding – Increase of service life by resistance of the layer against assault through liquid AlMg alloy – decrease of separating agent EXTRUDIRANJE AlUMINIJA • • • • Diminished abrasion Lower friction Less adhesion propensity Avoidance of chemical corrosion PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE Material: SKH51 PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE Material: SKH51 PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE POVEĆAVA TRAJNOST ALAT SMANJUJE UPOTREBU SREDSTAVA ZA ODVAJANJE IZRAĐEVINE SMANJUJE VRIJEME CIKLUSA 100000 89000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 2000 0 unbeschichtet TiCN PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE Material: WC PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE Material: SKH51 PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE POVEĆAVA TRAJNOST ALAT SMANJUJE UPOTREBU SREDSTAVA ZA ODVAJANJE IZRAĐEVINE DO 54 % SMANJUJE VRIJEME CIKLUSA DIN 1.2379 400000 336000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 18000 0 unbeschichtet TiCN 300 x 200 mm PRIMJERI PRIMJENE PRIMJERI PRIMJENE • Easier to demould • Decrease of separating agent • Less adhesion propensity • More handling safety • Avoidance of deposits PRERADA POLIMERA PRIMJERI PRIMJENE PRIMJERI PRIMJENE PRERADA POLIMERA ALAT ZA PROIZVODNJU CD-a PRIMJERI PRIMJENE PRERADA POLIMERA ALAT ZA PROSIJECANJE Rubber cutting lines 8 x service time increase 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 10000 83000 unbeschichtet TiN 0 PRIMJERI PRIMJENE PRIMJERI PRIMJENE Boron Nanocomp – increase of service time up to 70 % PRIMJERI PRIMJENE Boron Nanocomp PRIMJERI PRIMJENE ALATI ZA REZANJE Alat za rezanje izrađen iz WC Nož za rezanje izrađen iz 1.2379 PRIMJERI PRIMJENE KONSTRUKCIJSKI DIJELOVI ŠTO MORA ZNATI CENTAR ZA PREVLAČENJE? TOPLINSKA OBRADA ČELIK KVALITETA DIN Nr. (e.g. 1.2343) OPIS, STANDARDE, TRGOVAČKO IME POSTUPAK I PRESUDNE TEMPERATURE ERODIRANJE -> post OBRADA treatment TEMPERATURE POPUŠTANJA ZAVARIVANJE ? KORIŠTENI DIJELOVI ? ČIŠĆENJE PRIJE PREVLAČENJA POSTUPAK NITRIRANJA I TEMPERATURA PRIMJENJOVOST RAZLIČITIH KVALITETA ČELIKA ŽELJENA SVOJSTVA SLOJEVA UZETI U OBZIR PRI ODABIRU ČELIKA!!!!!!! ZNAČAJKA BRZOREZNI ČELICI High hardness High tempering temp. Chrome content about 5 % PRIMJEDBA NIJE POTREBNO NITRIRATI MOGUĆE PREVLAČENJE PRI VIŠIM TEMPERATURAMA, (530 °C), DOBRA ADHEZIJA SLOJA VISOKI SADRŽAJ KROMA NE PREVLAČITI NISKO LEGIRANE ALATNE ČELIKE ALATNI ČELICI ZA ZA HLADNI RAD HLADNI RAD POTREBNA SPECIFIČNA TOPLINSKA OBRADA POTREBNO ČIŠĆENJE (Sputtering) PRIJE PREVLAČENJA TEMPERATURA POPUŠTANJA> 510 °C TVRDOĆA JEZGRE > 60 HRC UOBIČAJENA TVRDOĆA (- 54 HRC) KOD TEMPERATURA ALATNI ČELICI ZA POPUŠTANJA > 550°C TOPLI RAD SADRŽAJ KROMA OKO 5 % POTREBNO NITRIRANJE ZA UVJETE VISOKOG TROŠENJA BEZ ZONE SPOJEVA (=Duplex Treatment) VISOKA TEMPERATURA PREVLAČENJA (530 °C) DOBRA ADHEZIJA SLOJA Zahvaljujem na pozornosti
© Copyright 2024 Paperzz
