Technologie PVD w zastosowaniu do obróbki narzędzi

Transkrypt

1 Technologie PVD w zastosowaniu do obróbki narzędzi dr inż. Marek Betiuk Application of PVD technology for tools treatment Instytut Mechaniki Precyzyjnej <IMP>

2 Modyfikacja powierzchni warstwami uzyskiwanymi technologiami PA PVD TiN 3300 HV, C, zużycie ślizgowe TiCN 3000 HV, C, wysokie zużycie ślizgowe TiAlN 3300 HV, C, wysokie obciążenia mechaniczne i termiczne CrN 1800 HV, C, wysokie obciążenia termiczne, korozyjne, mechaniczne Cr 7 C HV, C, wysokie obciążenia termiczne, korozyjne, mechaniczne

3 Narzędzia stosowane w przetwórstwie tworzyw sztucznych Łatwiejsze usuwanie wyprasek, Zmniejszenie efektu przywierania tworzywa, lepsze wypełnienie formy, Skrócenie czasu produkcji, Przedłużenie trwałości formy (ochrona przed korozją i tarciem), Łatwe czyszczenie form, Lepsze wypełnienie cienkościennych elementów. Powlekanie części maszyn Poprawa warunków współpracy części, Powlekane są elementy aparatury wtryskowej, Elementy sprężarek pomp, Precyzyjne koła zębate i ślimakowe w przekładniach.

4 Powlekanie narzędzi skrawających Wzrost trwałości narzędzi, Praca z wysokimi parametrami obróbki, skrócenie czasu obróbki, Możliwość ograniczenia chłodzenia (praca na sucho!), Wydłużenie pracy narzędzia między ostrzeniami (krótki przestój obrabiarki), Lepsze odprowadzanie wióra, Niższa chropowatość powierzchni, Zmniejszenie oporów ruchu przy obróbce (20% mniej energii). Powlekanie narzędzi do obróbki plastycznej Przedłużenie trwałości stempli, matryc, tłoczników i wykrojników, Skrócenie cyklu produkcyjnego, Polepszenie jakości wytłoczki, Ograniczenie lub eliminacja czynnika smarującego.

5 Rodzaje zużycia ostrza narzędzia w obróbce skrawaniem

6 Budowa powłoki multifunkcjonalnej 2-3 μm TiN bariera chemiczna i mechaniczna 2-5 μm CrNbariera korozyjna i termiczna

7 Wybrane typy powłok otrzymywanych technologiami PVD i PA PVD, schematy struktur Powłoka wielowarstwowa Powłoka multiwarstwowa Powłoka o strukturze nanostrukturalnej

8 NOWOCZESNE POWŁOKI PVD Powłoka o niskich resztkowych naprężeniach ściskających Powłoka o strukturze nanokrystalicznej Powłoka wielowarstwowa llllll Powłoka o wysokich resztkowych naprężeniach ściskających PODŁOŻE PODŁOŻE PODŁOŻE PODŁOŻE Propagacja pęknięcia w kierunku powierzchni Propagacja pęknięcia przez granicę ziaren... Propagacja pęknięcia wzdłuż granic warstw... Propagacja pęknięcia zostaje zatrzymana... Naprężenia resztkowe rzędu 0,2-1 GPa Naprężenia ściskające rzędu: 4-6 GPa

9 Morfologia powierzchni warstw Technologia łukowa Technologia magnetronowa

10 Model stanowiska technologicznego Technologia ABS ARC Bond Sputtering (Hauzer) Ti, Al Cr Parametry technologiczne procesu Wzrost prądu jonowego rejestrowanego wzrasta zdecydowanie po przekroczeniu granicy 250 khz Powłoka typu CrTiAlN

11 Różnicowanie struktury i składu powłoki przez zmianę elektrod metalicznych źródła plazmowego Wpływ wielkości ziarna na ilość atomów tworzących granice ziaren w materiale nanokrystalicznym. R.Siegel Nanoparticulates 94 Monterey California Nowe własności powłok nanomateriały

12 Powłoka nanostrukturalna Nanomatriał typu 2D TiN-CrN-AlN Tw a rdo ść [GP a ] Stopień modula cji [nm]

13 Powłoka nanostrukturalna Nanomatriał typu 3D AlTiN - Si3N4 Tw a rdo ść [GP a ] Temperatura wyżarzania [ o C]

14 Warstwa pasywna tlenkowa Al 2 O 3 Powłoka TiAlN Węglik spiekany Balzers

15 Źródłem Al w plazmie może być związek metaloorganiczny Związek Al(CH 3 ) 3 metaloorganiczny może być źródłem atomowego Al. Ti + Al(CH 3 ) 3 TiAlC + reszta H 2, C

16 TiAlC Al - metaloorganika TiAlN Al - elektroda TiAl

17 Powłoka o wysokiej odporności na utlenianie w wysokich temperaturach, wyżarzane w temperaturze 7000C TiN TiAlC

18 Stanowisko technologiczno badawcze WU-1 PVD-Arc Źródła plazmy niskociśnieniowego wyładowania łukowego (NWŁ) Elektroda chromowa Niskociśnieniowe wyładowanie łukowe NWŁ Spektralny analizator plazmy Obrotowy stół katodowy Komora próżniowa Elektroda chromowa rozpylona w NWŁ Obrotowy stół katodowy grzany radiacyjnie

19 Próba adhezji powłoki Cr/Cr2N - test rysy Cr/Cr2N

20 Technologia Duplex - Azotowanie gazowe + PA PVD Tak! Azotowanie gazowe PA PVD powłoka TiN Trawienie jonowe Synteza TiN Trawienie jonowe Cr + Cr +, Cr ++ Zachowanie adhezji powłoki TiN

21 Próba adhezji powłoki TiN na azotowanej stali WCL - test rysy TiN Ti Fe(N) γ` Powłoka Fe(N)/ γ` /Ti/TiN TiN Fe(N) Cr γ` Powłoka Fe(N)/ γ` /Cr/ TiN

22 Powłoki w zastosowaniach konstrukcji elementów maszyn Powłoka typu WC/C Twardość 1000 HV Niski współczynnik tarcia Balzers Struktura przekroju poprzecznego multiwarstwy

23 Przekładnia planetarna Całkowite zużycie kół i zębatek [mg] Zużycia w warunkach tarcia ślizgowego -suchego niepokryte Koła pokryte WC/C Godziny Naprężenia 2180 MPa (316 KSI) Prędkość poślizgu 0,04 m/s (95 Inches/min) Niepokryte Zacieranie zahartowanej warstwy koła słonecznego przy niskich szybkościach i wysokich obciążeniach WC/C Zapobieganie zatarciu, zwiększenie obciążenia i zwiększenie obszaru możliwości stosowania MB.33 (9801) e

24 Zalecane powłoki do materiałów obrabianych Materiał obrabiany Stale węglowe - Stale wysokostopowe - Żeliwo - Miedź, i stopy miedzi - Tytan, stopy tytanu - Stopy magnezu - Stopy aluminium - Polimery- Typ powłoki TiAlN, TiN, TiCN, CrN TiAlN, AlTiN, TiN, TiCN, CrN TiAlN, AlTiN, TiCN CrN ZrN TiAlN, TiN,TiCN, CrN, ZrN, TiN, DLC TiN, TiAlN

25 Urządzenia do procesów PA PVD Komora Balzers - Technologia Łuku Niskociśnieniowego Komora CemeCon Technologia Magnetronowa

26 Centrum technologii PA PVD

27 Czystość powierzchni Złuszczenia powłok na powierzchniach zanieczyszczonych

28 Centrum technologii PVD Konfiguracja wsadu Mycie powierzchni narzędzi Pokrywanie powłokami technologia PA PVD Kontrola jakości Usuwanie powłok PLATIT

29 W prezentacji wykorzystano materiały Firm : Balzers, CemeCon, Güring, Hauzer, VTT, PVD coatings, PLATIT Dziękuje za uwagę