ISKUSTVA U PRIMJENI PA CVD TEHNOLOGIJE U PRAKSI · 2014-04-25 · ALAT ZA PROSIJECANJE . PRIMJERI...
Transcript of ISKUSTVA U PRIMJENI PA CVD TEHNOLOGIJE U PRAKSI · 2014-04-25 · ALAT ZA PROSIJECANJE . PRIMJERI...
Prof. dr. sc. Božidar Matijević 23. travnja 2014.
Fakultet strojarstva i brodogradnje
ISKUSTVA U PRIMJENI PA CVD TEHNOLOGIJE U PRAKSI
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]
UVOD
Postupci modificiranja
(cementiranje, nitriranje,
boriranje, površinsko kaljenje,...)
Postupci prevlačenja (npr. PVD,
CVD, PACVD), ...
CVD (Chemical Vapour Deposition) postupci 800 1000 °C PVD (Physical Vapour Deposition) postupci
200 500 °C MTCVD (Medium Temperature CVD) 700 900 °C PA CVD (Plasma Assisted CVD) 480 580 °C
-Č
elic
i (n
ako
n k
alje
nja
i
po
pu
štan
ja)
-Tv
rdi m
etal
Spojevi
-Č
elic
i (n
ako
n k
alje
nja
i
po
pu
štan
ja)
-Tv
rdi m
etal
Neoksidna keramika
- karbidi: TiC, B4C, SiC, …
- nitridi: TiN, TiAlN, CrN, …
- karbonitridi: TiCN, TiAlCN, …
Oksidna keramika - oksidi: Al2O3, TiO2, ZrO2, …
Metaloorganski spojevi - Me:CH (W97C3,...
Dijamantu slični ugljik - DLC (Diamond like Carbide)
Svojstva: visoka tvrdoća, visoka otpornost trošenju (abraziji, adheziji, tribokoroziji) otpornost koroziji, dekorativni izgleg
POSTUPCI PREVLAČENJA ČELIKA
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!)
10 m
Osnova
TiCN
Al2O3
TiN
Nano slojna prevlaka (2 m)
(32 sloja po 90 nm)
NANOKOMPOZITNI SLOJEVI:
(nanokristalna zrna (AlTiN, AlCrN,...) usađena u
amorfnu matricu (Si3N4)): HV, OVT, OT
Jedno slojna, glatka i kompaktna prevlaka
TVRDI TANKI SLOJEVI ZA STROJNE DIJELOVE I ALATE U CILJU POVEĆAVANJA OTPORNOSTI TROŠENJA
Stabilni spojevi; najčešće kubična rešetka B1 tipa NaCl (karbidi, nitridi...)
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)
PVD CVD PA CVD
Temperatura (°C) 200 - 500 800 - 1000 470 - 580
Kaljenje poslije prevlačenja ne potrebno ne
„line of sight” postupak da ne ne
Pomicanje šarže potrebno ne ne
Površina glatka gruba vrlo glatka
Poliranje poslije prevlačenja ovisno potrebno ne
Duplex proces 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
Uglavnom primjenjivo na… reznim alatima, TC
dijelovima gdje su
prihvatljive deformacije
veliki alati i kalupi
PA CVD je kombinacija prednosti PVD i CVD postupka
480 °C – 580°C (uobičajeno)
Omogućuje obradu:
Kaljenih alata
Završenih (na konačnu mjeru) alata
Nsika temperatura postupka
Veliki
Teški
Komplicirani alati
Nije potrebna rotacija šarže
Prvi korak procesa
Prevlačenje cijele šarže u istim uvjetima
Sputtering
Duplex postupak
potporni sloj ispod tvrdog sloja
avoids the „egg skin effect“
Jedan proces
Niski troškovi za rad vakuum pumpe
Kratko vrijeme rada pumpe
Otpadni plinovi se obrađuju (ekološki prihvatljiv postupak bez zagađenja)
Nije potreban visoki vakuum
ZAŠTO PREVLAČIMO REZNE ALATE?
NE PREVUČENA REZNA
OŠTRICA
PREVUČENA REZNA
OŠTRICA
• 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
ZAŠTO PREVLAČIMO ALATE?
El. grijači
Dijelovi- šarža (Katoda)
ventilator
H2, N2, Ar, CH4
TiCl4, BCl3
MICROPULS ® PLASMA
GENERATOR
Proces- Parameter
PLC
PC
Vakuum retorta (Anoda)
PACVD- SHEMATSKI PRIKAZ POSTUPKA
PACVD- POSTROJENJE INSTALIRANO NA FSB-U
DUPLEX POSTUPAK
KOEFICIJENT TRENJA PA CVD SLOJEVA
Reduction
of friction
about 70% !!!
Ball on disc test
PRIMJERI PRIMJENE
PRIMJENA TiBN SLOJA
2
1
3
Nitr. + TiBN Nitr.
ALAT ZA DUBOKO VUČENJE TVRDI METAL
2
1
TiBN NE PREVUČEN
ALAT ZA DUBOKO VUČENJE ALATNI ČELIK ZA TOPLI RAD
ALAT ZA LIJEVANJE
2
1
4
6
5
3
TiN – TiB2
VIŠESLOJNA PREVLAKA
NE PREVUČEN
TLAČNI LIJEV ALUMINIJA ALATNI ČELIK ZA TOPLI RAD
2
1
3
TiBN CrN
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
• 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
TLAČNI LIJEV AlUMINIJA- MAGNEZIJA
• Diminished abrasion
• Lower friction
• Less adhesion propensity
• Avoidance of chemical corrosion
EXTRUDIRANJE AlUMINIJA
PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE
PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE
Material: SKH51
PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE
Material: SKH51
PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE
2000
89000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
unbeschichtet TiCN
POVEĆAVA TRAJNOST ALAT
SMANJUJE UPOTREBU SREDSTAVA ZA
ODVAJANJE IZRAĐEVINE
SMANJUJE VRIJEME CIKLUSA
PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE
Material: WC
PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE
Material: SKH51
PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE
18000
336000
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
unbeschichtet TiCN
DIN 1.2379
300 x 200 mm
PRIMJERI PRIMJENE HLADNO OBLIKOVANJE
POVEĆAVA TRAJNOST ALAT
SMANJUJE UPOTREBU SREDSTAVA ZA
ODVAJANJE IZRAĐEVINE DO 54 %
SMANJUJE VRIJEME CIKLUSA
PRIMJERI PRIMJENE
PRERADA POLIMERA
• Easier to demould
• Decrease of separating agent
• Less adhesion propensity
• More handling safety
• Avoidance of deposits
PRIMJERI PRIMJENE
PRIMJERI PRIMJENE
PRERADA POLIMERA ALAT ZA PROIZVODNJU CD-a
PRIMJERI PRIMJENE
10000 830000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
unbeschichtet TiN
8 x service time increase
Rubber cutting lines
PRIMJERI PRIMJENE
PRERADA POLIMERA ALAT ZA PROSIJECANJE
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
PRIMJERI PRIMJENE
Nož za rezanje izrađen iz 1.2379
KONSTRUKCIJSKI DIJELOVI PRIMJERI PRIMJENE
ŠTO MORA ZNATI CENTAR ZA PREVLAČENJE?
KVALITETA
DIN Nr. (e.g. 1.2343)
OPIS, STANDARDE, TRGOVAČKO IME
ČELIK
ERODIRANJE -> post treatment
ZAVARIVANJE ?
KORIŠTENI DIJELOVI ?
ČIŠĆENJE PRIJE PREVLAČENJA
OBRADA POSTUPAK I PRESUDNE TEMPERATURE
TEMPERATURE POPUŠTANJA
POSTUPAK NITRIRANJA I TEMPERATURA
TOPLINSKA OBRADA
PRIMJENJOVOST RAZLIČITIH KVALITETA ČELIKA
High hardness High tempering temp. Chrome content about 5 %
BRZOREZNI ČELICI
NIJE POTREBNO NITRIRATI MOGUĆE PREVLAČENJE PRI VIŠIM
TEMPERATURAMA, (530 °C), DOBRA ADHEZIJA SLOJA
VISOKI SADRŽAJ KROMA NE PREVLAČITI NISKO
LEGIRANE ALATNE ČELIKE ZA HLADNI RAD
ALATNI ČELICI ZA 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 POPUŠTANJA > 550°C
SADRŽAJ KROMA OKO 5 %
ALATNI ČELICI ZA TOPLI RAD
POTREBNO NITRIRANJE ZA UVJETE VISOKOG TROŠENJA
BEZ ZONE SPOJEVA (=Duplex Treatment) VISOKA TEMPERATURA PREVLAČENJA (530
°C) DOBRA ADHEZIJA SLOJA
ZNAČAJKA PRIMJEDBA
ŽELJENA SVOJSTVA SLOJEVA UZETI U OBZIR PRI ODABIRU ČELIKA!!!!!!!
Zahvaljujem na pozornosti