Меню Рубрики

Установки для нанесения pvd покрытий

Износостойкое покрытие инструмента PVD и CVD

На протяжении всей история развития инструментального производства стояла задача повышения износостойкости и скорости металлообработки, а как следствие снижение себестоимости продукции.

Особенно остро задача повышения стойкости инструмента, встала в связи с появлением новых видов материалов высокопрочных жаростойких сплавов, композитных материалов.

Одним из путей решения задачи повышения стойкости твёрдосплавных фрез и свёрл (металлорежущего инструмента) является нанесение упрочняющего слоя на уже готовые свёрла, фрезы и пластины.

Основные свойства покрытий

В наши дни для увеличения износостойкости режущего инструмента, деталей машин, зуборезного инструмента, твёрдосплавных свёрл и фрез применяются высокотехнологичные покрытия. Они обеспечивают устойчивость инструментов к воздействию таких факторов как:

  • Быстрому износу (износостойкость);
  • Силы трения (антифрикционность);
  • Высокой температуре (термостойкость);
  • Коррозии (коррозийностойкость);
  • Уменьшают адгезию (антиадгезионность).

Увеличение прочности и стойкости концевой фрезы – это не единственное достоинство покрытий. Применение осевого режущего инструмента с износостойким покрытием представляет для производственных предприятий следующие выгоды:

  • Сокращение производственного цикла;
  • Рост производительности предприятия;
  • Уменьшение себестоимости продукции;
  • Увеличение чистой прибыли компании;
  • Освобождение ресурсов.

Области применения

Применение нано-композитных покрытий нашло широкое применение во многих отраслях промышленности.

  • Режущий инструмент для металла, дерева, бумаги, пластмасс, композиционных материалов;
  • Детали машин, испытывающие трение и износ;
  • Зуборезный инструмент: модульные дисковые фрезы, червячные фрезы, резцы для зуборезных головок;
  • Формообразующие штампы и пресс-формы;
  • Литьевые формы для сплавов цветных металлов, алюминия, пластмасс и резины.

Покрытие CVD

С начала использования твёрдосплавного инструмента производители увеличивали износостойкость и прочность путём добавления в состав металла небольшое количество карбида титана (TiC). Данный сплав давал ожидаемый результат, но ценой уменьшения прочности и увеличения хрупкости инструмента. В какой-то момент повышение концентрации TiC в сплаве становилась настолько высокой, что эффект становился обратным и инструмент становился менее стойким и более хрупким.

В 1970 году проблема хрупкости твёрдосплавного инструмента была решена путём создания тонкой плёнки TiC на поверхностях и режущих кромках инструмента что позволило, не изменяя внутренней структуры твёрдого сплава повысить стойкость и скорость обработки. Дальнейшее развитием этой идеи стало применение в качестве материала покрытия нитрида титана (TiN) и оксида алюминия (Al2O3).

Основные свойства указанных покрытий:

  • Карбид титана TiC – повышает износостойкость твёрдосплавного инструмента и предотвращает образование сколов
  • Нитрид титана TiN – предотвращает формирование заусенцев и налипание обрабатываемой заготовки на режущую кромку, повышая качество обработки поверхности
  • Оксид алюминия Al2O3 – значительно увеличивается стойкость к высоким температурам и препятствует критическому нагреву инструмент так как является хорошим термоизолятором

В основе данного метода нанесения покрытия лежит процесс, происходящий в камере в которой поддерживается высокая температура (до 1200 градусов Цельсия). Материал покрытия подаётся в паровом агрегатном состоянии и под действием высокой температуры вступает в реакцию с поверхностным слоем металлорежущего инструмента или детали (заготовки). Данный процесс получил название – химическое осаждение из парового агрегатного состояния (СVD – Chemical Vapor Deposition).

Преимущества покрытия CVD

Не смотря на очевидные преимущества данного метода:

  • относительная простота и дешевизна процесса;
  • возможность создания покрытий необходимой толщины;
  • возможность создания многослойных покрытий с уникальными свойствами и большим количеством комбинаций этих слоёв. В каталогах некоторых производителей можно найти в доступных к заказу до 18 типов покрытий для каждого инструмента.

Недостатки покрытия CVD

К недостаткам данной технологии относят:

  • сильный нагрев инструмента в процессе нанесения покрытия для получения удовлетворительной адгезии наносимого материала к инструменту, под влиянием сильного нагрева прочность основного материала инструмента из твёрдого сплава снижается. Возникает риск образования хрупких фаз;
  • химикаты используемые для процесса покрытия инструмента и побочные продукты являются токсичными, огнеопасными и разъедающими веществами;
  • не смотря на относительную низкую удельную стоимость процесса некоторые изготовители инструмента и твёрдосплавных пластин удерживают цену продукции на обосновано высоком уровне.

Покрытие PVD

Другая широко используемая технология нанесения упрочняющих покрытий – физическое осаждение из паровой фазы (PVD – Physical Vapor Deposition).

Принципиальными отличиями нанесения покрытия PVD является технологический процесс и физические явления, лежащие в основе этого метода. При физическом методе нанесения покрытия материал переходит из твёрдого состояния в газовую фазу в результате испарения под воздействием тепловой энергии или в результате распыления за счёт кинетической энергии столкновения частиц материала. Затем пучок полученной газовой фазы материала при помощи электромагнитного поля транспортируется к режущему инструменту, нагретому до температуры, не превышающей 500 градусов Цельсия, где ионизированный материл сталкивается и равномерно конденсируется на режущем инструменте.

Читайте также:  Установки для интернета на ios

На сегодняшнем этапе развития, промышленное применение нашли несколько методов физическое осаждения из паровой фазы различающие способом получения газовой фазы материала покрытия.

  • Резистивный нагрев;
  • Индукционный нагрев;
  • Низковольтная дуга;
  • Катодно-дуговое испарение;
  • Лазерный луч.

Основные типы покрытий PVD и их свойства

  • Нитрид титана TiN (Titanium Nitride) – предотвращает формирование заусенцев и налипание обрабатываемой заготовки на режущую кромку, повышая качество обработки поверхности. Универсальное покрытие для обработки чугуна и низкоуглеродистых сталей. Увеличивает срок службы инструмента, выступая в качестве механического, термического и химического барьера между инструментом и заготовкой. Хорошая недорогая альтернатива AlTiN в приложениях с низкой производительностью.
  • Карбонитрид титана TiCN (Titanium Carbon Nitride) – повышает производительность инструмента по сравнению с покрытием нитрида титана благодаря более высокой скорости подачи и скорости. Применяется, в случаях, когда нельзя использовать AlTiN, например, в приложениях, где недопустимые высокие скорости и подачи режимов резания, но необходима защита инструмента от высоких температур резания.
  • Алюминий Титан Нитрид AlTiN (Aluminum Titanium Nitride) – покрытие с уникальной нанокомпозитной структурой, которая значительно повышает твёрдость, термостойкость и сопротивление ударным нагрузкам. Превосходные результаты испытаний, которые однозначно указывают на увеличение срока службы инструмента и сокращение времени циклов металлообработки.
  • Алюминий Хром Нитрид AlCrN (Aluminum Chromium Nitride) – отличается уникальной нанокристаллической решёткой, которая значительно увеличивает твёрдость и жаропрочность. Предназначено для равномерного износа и сопротивления сколам, благодаря высокой термостойкости и высокой производительности в сложных условиях и прерывистых режимах резания, с охлаждающей жидкостью и без.

Преимущества покрытия PVD

  • Плюсом метода PVD является нанесение тугоплавкого материала при относительно низкой температуре и, следовательно, более щадящий режим воздействия на металл, из которого изготовлено твёрдосплавное сверло. Фреза или пластина сборного инструмента (прочность остаётся практически неизменной).
  • Другим преимуществом является небольшая толщина слоя при равных эксплуатационных характеристиках. Это позволяет сохранять острую режущую кромку (небольшой радиус закругления режущей кромки), что особенно важно для чистовых режимов обработки и обработки с повышенными требованиями к точности и жёсткими допусками на размеры.

Недостатки покрытия PVD

  • Процесс физического осаждения в вакууме является несравнимо более дорогим со сложным технологическим процессом и аппаратурой, требующей дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала, однако результат легко окупается особенно для приложений, которые требуют высокой точности.

CVD или PVD

В первую очередь защитные напыления CVD и PVD отличаются толщиной.

CVD покрытия значительно толще покрытий PVD. Большая толщина является плюсом при обработке чугунов и легированных сталей.

Тонкие PVD покрытия (толщина как правило не превышает 2-5 мкм) незаменимы для обработки нержавеющих, жаростойких и низкоуглеродистых сталей, композиционных материалов.

Кроме того, различия заключаются и в структуре самого покрытия:

  • У покрытия CVD – структура среднезернистая, крупные зерна упрочняющего покрытия обеспечивают устойчивость к сильным вибрациям и ударам, но ограничивают применение указанного покрытия для точных и чистовых режимов резания;
  • У покрытия PVD – тонкая микрозернистая структура, зерна покрытия имеют размер меньше 1мкм, что делает это вид покрытия безальтернативным для чистовых режимов обработки, а также идеальным решение для повышения износостойкости специального высокоточного инструмента (например, ёлочных фрез для обработки пазов для турбинных лопаток).

источник

Нанесение металлических покрытий VTD Vakuumtechnik

Нанесение металлических покрытий: VTD Vakuumtechnik

Представляем вам готовые к эксплуатации системы нанесения износостойких металлических покрытий фирмы VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH производства Германия от самых малых до сверхбольших типоразмеров. Однокамерные, многокамерные, вертикальные, горизонтальные, автоматизированные установки непрерывного действия, комплексные производственные линии, плазменные установки, лабораторные и т.д.

Применение

VTD Vakuumtechnik — производитель специализированных, индивидуальных систем для нанесения металлических покрытий (твёрдых DLC-покрытий) в вакууме. Супертвёрдые, аморфные, углеродные ta-C покрытия для:

  • режущего и формовочного инструмента в особенности с покрытием ta-C Diamor®
  • обработки металла и пластика
  • декоративных покрытий
  • производства форм
  • компонентов для упаковочной, продуктовой и фармокологической индустрии

DREVA 400

VTD Vakuumtechnik DREVA 400 — установка для нанесения металлических покрытий типа PVD:

  • малогабаритная, многофункциональная и производительная установка для нанесения металлических покрытий типа PVD
  • небольшое время цикла — до 90 мин обеспечивает экономичность
  • благодаря использованию 3 дуговых источников можно осуществлять нанесение смешанных и многослойных покрытий
  • модуль, удерживающий субстрат, с ротационным планетарным механизмом гарантирует равномерное распределение слоя
Читайте также:  Установка заборов с асбестовыми столбами

DREVA 600

VTD Vakuumtechnik DREVA 600 — установка для нанесения металлических покрытий типа PVD, представляет собой 2-х дверную конструкцию и предназначена для нанесения твердых покрытий на инструменты и узлы. Большое количество загружаемого материала и кратчайшее время обработки позволяют получить максимальную выгоду при минимальных издержках на одну садку. На каждой двери установлены по два прямоугольных фланца-адаптера в качестве функциональных блоков. В стандартной комплектации каждый из четырёх таких блоков оснащается тремя источниками круглой формы с управляемым магнитным полем.

Система с лазерным модулем

DREVA 600 LAM — модель с лазерным модулем для ta-C Diamor® — износостойких покрытий. DREVA 600 LAM — инновационная система установок для нанесения металлических покрытий (DLC) на инструменты и компоненты нового поколения. Система разработана компанией VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH совместно c Fraunhofer Institut. Углеродное покрытие Diamor® ультра-твёрдое, аморфное и с малыми потерями на трение. Разработанный лазерный Arc-модуль служит для нанесения покрытий с низким уровнем дефектов.

Современные технологии обработки, применяемые новые материалы предъявляют самые высокие требования к обрабатывающим инструментам. Инструменты должны обладать высокой степенью внутренней вязкости и поверхностной твердости, а также большой износостойкостью при сверхгладкой поверхности, именно это и обеспечивает максимальную производительность.

  • автомобильная промышленность
  • энергетика
  • машиностроение
  • авиа- и судостроение
  • инструментальная промышленность
  • медицинская промышленность
  • производство оптики
  • сувенирная продукция
  • товары народного потребления
  • многое другое
  • металл
  • стекло
  • пластик
  • керамика
  • стеклокерамика
  • металлокерамика

Зарекомендовавшие себя материалы:

Некоторые из покрытий, которые зарекомендовали себя благодаря прекрасным характеристикам:

  • Нитрид титана TiN — универсальные слои, коррозионностойкие и трудновступающие в реакции
  • Карбонитрит титана TiCN – стойкие к абразивному воздействию
  • Аллюмонитрид титана TiAlN – оптимальные для высокопроизводительной обработки металлов резанием, высокая стойкость к процессам окисления и теплоизоляция
  • Нитрит хрома CrN – высокая химическая стойкость, специальное применение в процессах обработки металлов давлением
  • Нитрит ниобия NbN — коррозионностойкие и трудновступающие в реакции

Толщина покрытия колеблется от десятков нанометров до нескольких микрометров в зависимости от применения и обрабатываемого материала.

Описание установки VTD Vakuumtechnik

Установка DREVA 600 предназначена для функционального нанесения металлических покрытий (твёрдых и тонких) на высокопроизводительные режущие инструменты и конструктивные детали. Она характеризуется высокой производительностью, обеспечивая минимальные периоды обработки партий инструментов при оптимальном использовании пространства камеры. Продолжительность обработки партии зависит от конкретного случая. Как пример: нанесение покрытий на установке DREVA 600 — общее время технологического покрытия для 570 сверл занимает не более 120 минут. Таким образом, установка DREVA 600 является самой производительной установкой для нанесения металлических покрытий на мировом рынке.

Основные характеристики оборудования

  • Полностью автоматизированные технологический процесс с управлением через ПК
  • Модульная конструкция, обеспечивающая максимальную технологическую гибкость
  • Использование вакуумной системы, испытанной в промышленных условиях
  • Камера из нержавеющей стали
  • Использование электронно-лучевых испарителей, а при возможности так же и испарителей сопротивления
  • Ионный источник для ионного осаждения (IAD) высококачественных систем слоёв
  • Измерение толщины слоя и интенсивности при помощи кварцевого резонатора и в случае необходимости оптическим прибором измерения толщины слоя
  • Управление данными для контроля качества и включение во внешнюю сетевую структуру
  • Простота технического и сервисного обслуживания
  • Экологичность.

Нанесение металлических покрытий в инструментальном производстве

Использование установок для нанесения металлических покрытий может значительно сократить затраты предприятия на закупку инструмента. Нанесение покрытий на инструмент в условиях собственного инструментального производства, на наш взгляд, имеет экономическую целесообразность при размере текущих затрат на инструмент от 1,5 млн. рублей в месяц и выше. Более того, нанесение металлических покрытий позволяет экспериментировать с инструментом и повышать его стойкость, что подтверждают испытания и внедрения, в том числе и на Российские предприятия.

источник

PVD-покрытие на часах и не только

Часы, в которых корпус или ремешок изготовлены из металла, такого как нержавеющая сталь или титан, достаточно прочные. Но они не защищены от царапин и коррозии настолько, насколько бы хотелось покупателю. Чтобы улучшить внешний вид аксессуара и сделать его более долговечными, бренды наносят PVD-покрытие. Расскажем особенности технологии, что поможет выяснить, зачем она нужна.

Читайте также:  Установка dhcp dns ubuntu

История ПВД покрытия

PVD покрытие расшифровывается как Physical vapor deposition. В переводе аббревиатура означает «напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы» или просто вакуумное напыление. Это метод напыления, при котором изделие покрывают металлом большой твердости. Технология выгодна для разных сфер, включая аэрокосмическую и авиационную промышленность. Она подходит для медицинских изделий, режущих инструментов и даже деталей гоночных болидов. Напыление также используют для придания аксессуарам внешней привлекательности, в том числе для часов.

ПВД-покрытие наилучшим образом «прилипает» к хромированным материалам. Оно может наноситься непосредственно на нержавеющую сталь и титановые металлы. Процесс считается экологически безвредным, так как он исключает любые химические реакции.

По некоторым источникам впервые явление было описано в книге «Vapor Deposition» 1966 года. Однако процессы были изобретены гораздо раньше. История ПВД тесно связана с развитием вакуумных технологий, открытием электричества, магнетизма и пониманием газовой химии. Лишь к 1990-м годам покрытие стали использовать в качестве декоративного украшения часов.

Нанесение PVD покрытий

Покрытие по своей природе очень тонкое, от 0,25 до 5 мкм. Это напыление образует на поверхности защитную пленку. Твердость материала близка к сапфиру. PVD покрытие применяется в основном для улучшения красоты и технических характеристик часов. Другими словами, этот тончайший слой не только защищает аксессуар от ржавчины и износа, но и придает ему более элегантный вид. Напыление используют такие бренды, как Casio, Rolex, Victorinox, Tag Heuer, Piaget Altiplano, Shinola, Omega и многие другие.

Для покрытия применяются металлы: цирконий, титан, хром, титан-алюминиевые сплавы и ниобий. В результате можно добиться определенного цвета. Это могут быть латунные и золотые тона, черный, серый, хром, медь и бронза, причем как полированные гладкие, так и матовые варианты.

Сегодня очень популярно покрытие, которое называется DLC (Diamond like Carbon). Оно также наносится по методу ПВД. Свойства углеродного покрытия всегда зависят от того, кто его изготавливает или применяет, но обычно оно состоит из комбинации углерода, титана и азота, что, как видно из его названия, повышает долговечность часов до уровня бриллиантов. К слову, именно оно установлено в часах Apple Watch 4 Space Black, в то время как у модели Gold идет стандартное ПВД-покрытие.

  • Улучшенный привлекательный внешний вид;
  • Возможность создания матовой и полированной поверхности;
  • Подходит для крошечных, сложных деталей, таких как медицинские приборы, часы и инструменты;
  • Максимально тонкое покрытие;
  • Устойчиво к повреждениям, вызванным солью и другими агрессивными веществами;
  • Устойчиво к царапинам и коррозии;
  • Процесс нанесения покрытия полностью экологичен.

PVD покрытие золотом

Истинные коллекционеры часов предпочитают аксессуары, изготовленные из золота. В одиночестве оно слишком мягкое и деформируется при ежедневном ношении. При этом, конечно же, драгоценный металл очень дорогой. Более бюджетный вариант – позолоченное покрытие. Оно часто делается для того, чтобы придать изделию вид настоящего золота за меньшую стоимость. Но такой вариант также не обеспечивает долговечность.

Чтобы получить роскошные часы по приемлемой цене, но с золотыми оттенками, производители используют ПВД-покрытие. Цирконий является популярным металлом для этой цели, так как может выглядеть точно так же, как золото, если состав будет правильным. То же самое можно сказать про нитрид титана.

Несмотря на возможность полностью заменить золото в часах, некоторые производители предпочитают не отказываться от дорогостоящего материала. Они наносят PVD покрытие золотом – тонкий слой металла, который измеряется в микронах, приблизительно от 0,15 до 0,30 мкм. Хотя современные процессы намного лучше, чем 50 лет назад, покрытие все равно изнашивается. Чем чаще носить такие часы, тереть или царапать их, тем быстрее поверхность станет более светлой и, в конце концов, сталь начнет выглядывать сквозь него. Поэтому подобные золотые аксессуары не рекомендуется носить как повседневные.

Подводя итоги, хочется отметить, что ПВД-покрытие – вещь нужная и полезная. Оно защищает от внешних воздействий, придает металлу лучший цвет и блеск. К тому же, если это серебристый оттенок, то со временем изменения во внешнем виде будут практически незаметны.

источник