Powłoki PVD

Nowoczesnym sposobem zwiększania trwałości narzędzi jest nanoszenie powłok trudnościeralnych. Odpowiednio dobrana powłoka jest gwarancją uzyskania korzyści technologicznych i ekonomicznych.

Powłoki podnoszą trwałość wybranych narzędzi i ich elementów jak płytki skrawające, wyraźnie wydłużając ich żywotność bez konieczności przeprowadzania regularnych napraw.

Powłoki PVD zabezpieczają także powierzchnie komponentów pracujących w trudnych warunkach, przez nakładanie warstwy ochronnej odpornej na korozję.

Stosowanie powłok poprawia także walory estetyczne elementów ozdobnych ze stali i innych materiałów, znajdując zastosowanie w produkcji min: zegarków, armatury sanitarnej, biżuterii. Stosując jony srebra można uzyskać ochronę przed bakteriami, pokrycia mogą także zapobiegać alergiom na niektóre metale.

Zastosowanie powłok PVD

Usługi nakładania powłok PVD odbywają się z wykorzystaniem specjalnych pieców, pokrywane nimi elementy mogą być wykonane z wielu różnych materiałów, między innymi stali narzędziowej i stali nierdzewnej.

Szczególnie często powłokami PVD pokrywane są elementy narzędzi wykorzystywane we wszystkich dziedzinach przemysłu, takie jak: płytki, wiertła, noże, rozwiertaki, frezy, gwintowniki, nagniataki, itp.

Oprócz narzędzi, nanoszenie powłok stosuje się do komponentów takich jak koła zębate, armatura, precyzyjne przyrządy pomiarowe a także elementy form wtryskowych do tworzyw sztucznych. Dzięki pokryciu tymi powłokami narzędzi uzyskujemy dłuższą żywotność i odporność na korozje.

Rodzaje powłok PVD

Opracowano wiele rodzajów powłoki poprawiających własności materiałów, ich odporność i współczynnik tarcia. Zastosowanie znajdują powłoki PVD proste, wykonane z: tytanu (Ti), węglika tytanu (TiC), aluminium (Al ) oraz jego tlenków, miedzi (Cu), srebra(Ag). 

Bardzo często stosuje się jednak powłoki złożone:

Stopowe wieloskładnikowe np: z mieszaniny węglików i azotków metali - VN, ZrN, HfN.

Wielowarstwowe - złożone z kilku kolejno nakładanych warstw np: TiC/ TiN/ ZrN.

Wielofazowe - będące mieszaniną wielu faz o dużej odporności na ścieranie np: TiN/Ti2N.

Kompozytowe - mieszanina w której jedna faza jest rozproszona w drugiej ciągłej np: TiC/Al2O3.

Gradientowe - powłoki wielowarstwowe w których skład i własności zmieniają się płynnie na całej grubości np: TiN/ Ti(CN)/ TiC.

Metody pozwalające na nanoszenie powłok PVD

Jedną z najczęściej stosowanych technik nanoszenia pokryć narzędziowych jest metoda PVD (ang. Physical Vapour Deposition) czyli fizyczne osadzanie z fazy gazowej. W tej technologii nie zachodzą reakcje chemiczne, a cały proces ma wyłącznie fizyczny mechnizm. Wykonywana jest ona na zimno lub na podłożu rozgrzanym przez obróbkę cieplną do 350-600°C. 

Technika PVD wykorzystuje różne zjawiska fizyczne, takie jak rozpylanie, sublimację (naparowanie) lub napylanie, które są intensyfikowane przez dodatkowe procesy. Procesy reaktywne wykorzystują gazy reaktywne, które przyczyniają się do powstania warstwy o dużej twardości. Procesy aktywowane, działają przez aktywowanie procesów jonizacji gazów i par metali. Stosowane są również procesy mieszane.

Jak działa proces PVD?

W procesie nakładania powłoki PVD lity materiał o wysokiej czystości zostaje odparowany przez podgrzanie albo poprzez bombardowanie jonami i przechodzi do fazy gazowej. W tym samym czasie do komory dodawany jest reaktywny gaz np. azot albo gaz zawierający węgiel. Tworzy on mieszaninę z oparami metalu, która osiada na narzędziach lub komponentach w formie cienkiej, mocno przylegającej warstwy. Jednolitą grubość powłoka uzyskuje się poprzez obracanie części ze stałą prędkością wokół kilku osi.

Właściwości powłoki takie jak twardość, struktura, odporność chemiczna i temperaturowa, mogą być precyzyjnie kontrolowane. Sam etap nakładania powłoki przebiega w ściśle określonych warunkach zupełnej próżni i w wysokiej temperaturze.

Przed nałożeniem pokrycia PVD powierzchnia musi zostać niezwykle dokładnie oczyszczona aby zapewnić lepszą adhezję powłoki. Gotowa powłoka PVD charakteryzuje się wysoką jakością i bardzo dobrą przyczepnością.

Odmiany PVD to: parowanie (rozpylanie) łukowe, napylanie, naparowanie, powlekanie jonizacyjne.

Powłoki CVD

Powłoka może być nakładana także metodami CVD (Chemical Vapour Deposition) czyli chemicznego osadzania z powłok gazowych. Technologia ta jest bardziej skomplikowana i rzadziej stosowana.

W metodzie tej dochodzi do reakcji chemicznej, w której udział biorą składniki atmosfery gazowej wprowadzonej do komory oraz powierzchni obrabianego elementu.

Sama reakcja chemiczna zachodzi w warunkach ciśnienia atmosferycznego i w wysokich temperaturach nawet powyżej 1000°C. Temperatury takie są niezbędne do rozkładu substancji biorących udział w reakcji i do przebiegu samej reakcji. Dlatego metoda ta nie może być stosowana wobec wszystkich rodzajów materiałów, gdyż może powodować utratę ich własności użytkowych.

Wykorzystuje się ją przede wszystkim do nanoszenia pokryć na narzędzia wykonane z węglików spiekanych oraz materiałów ceramicznych.

Korzyści jakie daje powłoka PVD

Poprawa wydajności produkcji

W wyniku stosowania powłok trudnościeralnych powierzchnia narzędzi jest wyraźnie twardsza. Cechuje je duża odporność na ścieranie i korozję. Możliwe jest także zwiększenie parametrów skrawania takich jak prędkości skrawania i posuwy robocze.

Znaczny wzrost trwałości narzędzi

Następuje również wzrost wydajności obróbki i znaczny wzrost trwałości narzędzi. Nie są konieczne częste wymiany narzędzi, a więc nie dochodzi do przestojów produkcyjnych.

Poprawa jakości produkcji

Narzędzia w wyniku stosowania powłok są bardziej precyzyjne i mogą obrabiać również materiał o gorszych parametrach. Dzięki ochronie powłoki PDV maleje współczynnik tarcia i narzędzia nie przywierają do materiału.

Zmniejszenie kosztów produkcji

Rzadsza konieczność wymiany narzędzi przekłada się bezpośrednio na mniejsze koszty zakupu narzędzia i te związane z przestojami maszyn. Większa wydajność sprawia że cała produkcja części maszyn i detali jest bardziej opłacalna.

Usługa nakładania powłok PVD

MetalTop.pl zawiera oferty wielu firm świadczących usługi: wykonywanie powłok typu PVD. Oferty można filtrować wg parametrów technicznych, lokalizacji i terminu. Zapraszamy!