Povlakování PVD je povrchová úprava, která chrání nástroj nebo díl před opotřebením, korozí a extrémními teplotami a přidá předmětu atraktivní vzhled.
Technologie PVD povlakování (Physical Vapor Deposition) je proces, při kterém se kovy převedou do plynného skupenství a přenesou se na předmět, kde vytvoří tenký povlak. Tento povlak, který je tenký několik mikronů, jako desetina lidského vlasu, dokáže výrazně zlepšit vlastnosti předmětu, na kterém je nanesen. Odolnost proti opotřebení se zvýší až dvacetinásobně. Předměty jsou chráněny před opotřebením, korozí, vysokou teplotou a navíc skvěle vypadají.
Naše technologie
Pro nanášení povlaků používáme metodu PVD sputtering, magnetronové naprašování a to jak DC, tak pulzní, tak HiPIMS magnetronové naprašování.
Povlakovat lze všechny očištěné kovové materiály kromě zinku, dále sklo, plasty a keramiku. Pro povlakování strojních dílů a nástrojů jsme limitováni velikostí vakuové komory s maximální velikostí dílu ve válci s průměrem 450 mm a výškou 700 mm. Pro některé dekorativní aplikace dokážeme povlakovat díly do rozměrů válce o průměru 1300 mm a výškou 1500 mm.
Je možné deponovat povlaky za nízkých teplot (do 150°C) tak, aby nebyl teplotně poškozen materiál, na který vrstvu nanášíme (například, hliník, kalená ocel).
Jak funguje technologie PVD?
Vakuování komory
10 – 30 min
Předmět se umístí do vakuové komory, která se poté evakuuje na velmi nízký tlak. Tento krok zajišťuje, že proces pokovování proběhne v prostředí bez přítomnosti vzduchu nebo jiných nežádoucích plynů, které by mohly ovlivnit kvalitu povlaku.
Nahřátí
90 min
Vakuová komora se nahřeje, aby se zlepšila adheze a hustota povlaku. Teplota a doba ohřevu závisí na materiálu předmětu a požadovaných vlastnostech povlaku a pohybuje se většinou mezi 180-450 °C.
Iontové leptání
30 – 90 min
Iontové leptání odstraňuje tenkou oxidovou vrstvu, která se tvoří na povrchu kovových dílů při přítomnosti vzduchu. Tím zvyšuje odolnost povlaku proti odlupování a opotřebení. Iontové leptání aktivuje povrch dílů.
Povlakování
2 – 10 hod
Povlakový materiál (titan, zirkonium, hliník aj.) se ve vakuové komoře převede z pevného stavu do plynné fáze. Pak se atom po atomu postupně usazuje na předmětu, kde reaguje a vytváří tenký film. Parametry procesu se pečlivě kontrolují, aby se dosáhlo požadované tloušťky a vlastností povlaku.
Kontrola kvality
12 hod
Po dokončení procesu se komora vrací zpět do atmosférického tlaku a povlakovaný díl se ochlazuje do bezpečné teploty pro manipulaci. Následně se provede kontrola kvality povlaku, měření tloušťky povlaku, testy adheze a další relevantní testy, aby se ověřily požadované vlastnosti a kvalita.
Povlaků je velké množství a my jsme tu od toho, abychom Vám pomohli vybrat tu správnou technologii pro vaše potřeby. Pro klienty, kterým jde o vysokou estetiku produktu máme dokorativní povlaky pomocí HiPIMS. Klienti, kteří potřebují ve svém výrobním procesu snížit tření, uvítají DLC povlaky nebo MoSC pokud jde o vakuum. Jde-li vám zejména o zvýšení odolnosti výrobních nástrojů, můžete uvažovat o některém z PVD povlaků na bázi nitridů. My jsme tu od toho, abychom vám poradili a navrhli řešení přímo pro vás.
Potřebujete zvýšit efektivitu a optimalizovat svůj výrobní proces?
Nabízíme konzultaci a cost-benefit analýzu zdarma.
Jako jedni z mála v Česku disponujeme metodou HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering), což je pokročilá verze technologie magnetronového naprašování, která používá vysokovýkonové impulzy k vytváření plazmatu s vysokou hustotou iontů. Zatímco obloukové napařování (arc) a magnetronové naprašování jsou základní techniky PVD, HiPIMS představuje pokročilou verzi magnetronového naprašování, která kombinuje výhody obou technologií a umožňuje vytvářet povlaky s lepší mikrostrukturou, což znamená, že povlaky mohou být hladší, hustší a mají lepší vlastnosti.
Porovnání technologií PVD
TECHNOLOGIE PVD
∴
∴
Výhody
.
.
Nevýhody
.
Typický produkt
.
.
.
.
.
Důvod vhodnosti
.
.
.
.
.
.
.
OBLOUKOVÉ NAPAŘOVÁNÍ
Arc Evaporation
∴
- Větší tvrdost povlaků
- Vysoká adheze a hustota
- Produkuje droplety (makročástice)
- Nízká ochrana proti korozi
- Vysoké vnitřní pnutí
- Řezné nástroje (vrtáky, frézy)
- Nástroje pro formování kovů
.
- Ideální pro aplikace vyžadující velmi tvrdé a odolné povlaky, jako jsou AlCrN nebo AlTiN
- Dokáže vytvářet povlaky s vysokou přilnavostí k povrchu, což je klíčové pro zlepšení životnosti a výkonu řezných nástrojů
MAGNETRONOVÉ NAPRAŠOVÁNÍ
Magnetron Sputtering
- Nízké vnitřní pnutí
- Hladký povrch
- Přesná kontrola tloušťky a složení povlaku
- Nižší adheze povlaku ve srovnání s Arc nebo HiPIMS
- Tvářecí nástroje
- Strojní díly, kde je vyžadováno nízké tření
- Díly se specifickými optickými vlastnostmi
- Dekorativní aplikace
- Umožňuje vytvářet velmi rovnoměrné a homogenní povlaky s velmi nízkou drsností na velké plochy, což je ideální pro výrobu tenkých filmů pro elektronické displeje
- Vytváření extrémně hustých povlaků a difuzní bariéry
HiPIMS
High Power Impulse Magnetron Sputtering
- Vysoká odolnost proti opotřebení a korozi
- Nízké vnitřní pnutí
- Hladký povrch bez dropletů
- Vysoká tvrdost povlaků
- Cca o 20 % nižší depoziční rychlost
- Řezné a tvářecí nástroje
- Aerospace součástky
- Lékařské nástroje a implantáty
- Dekorativní povlaky
- Vynikající adhezní vlastnosti, nízký koeficient tření a vysoká odolnost proti korozi
- Vytváření hustých a tvrdých povlaků
- Vynikající mechanické a chemické vlastnosti
Jak funguje HiPIMS?
HiPIMS je zkratkou slov High Power Impulse Magnetron Sputtering, což v překladu znamená vysokovýkonové impulsní magnetronové naprašování. HiPIMS je jako supermoderní sprej. Na rozdíl od běžného spreje, který může nechat hrubý a nerovnoměrný povrch, HiPIMS používá elektrické výboje, aby "nastříkal" materiál na díl tak jemně, že výsledný povrch je hladký jako zrcadlo a extrémně pevný.
Jak HiPIMS funguje? Narozdíl od běžného naprašování, kde je materiál deponován kontinuálně, HiPIMS naprašování přenáší materiál v mikrosekundových pulzech s výkonem v řádu megawattů. Tato energie je pak schopná nejen odprášit atomy, ale zároveň je i ionizovat a následně implantovat do povrchu povlakovaného dílu. Takto se povlakovaný materiál s délem spojí tak dobře, že je skoro jako kdyby byli vždycky jedno.
PVD Povlaky
PVD povlaky jsou široce využívány v různých odvětvích včetně nástrojů a řezných nástrojů, kde prodlužují životnost a zvyšují odolnost proti opotřebení, v automobilovém průmyslu pro zlepšení odolnosti komponent proti korozi a opotřebení, v elektronice, kde zlepšují vodivost a chrání před korozí, stejně jako v lékařství, kde nabízejí biokompatibilní povrchy pro implantáty a nástroje, a také v oblasti hodinek a šperků, kde poskytují estetické povrchové úpravy a zvyšují odolnost proti poškrábání. PVD povlaky jsou navíc jsou ekologičtější ve srovnání s některými tradičními procesy, což je činí ideální volbou pro širokou škálu aplikací.
Nejtvrdší (HV 1000 - 4000) známé syntetické materiály. Vysoká odolnost proti otěru, abrazi a erozi.
Tenké ( 1 - 10 mikrometrů) - minimální dopad na rozměry a tolerance dílů
a nástrojů
Velmi nízké tření (0,01 - 0,6) snižuje ztáty třením a minimalizuje opotřebení dílů
Nepřilnavé povrchy (proti plastům) - vysoká variability změny chemických a fyzikálních vlastností povrchu
Nízké povlakovací teploty (150° - 450°C) - nemění geometrii dílů vlivem roztažnosti a zachováv pevnost materiálů
Vysoká adheze k materiálům - výborná přilnavost povlaků k různým materiálům - kovům, sklu i plastů
Růst PVD povlaku
Video ukazuje růst multivrstvy Nb a Zr simulovaný standartní metodou molekulární dynamiky. V první části videa barvy znázorňují atomy jednotlivých prvků. Ve druhé části barvy znázorňují počet sousedících atomů. Počet sousedících atomů poukazuje na krystalickou strukturu (bcc pro Nb a fcc pro Zr) a zároveň na vznikající defekty vlivem stínování a interdifuze.
DLC povlaky
DLC "Diamond-Like Carbon" (uhlík podobný diamantu) kombinuje některé z nejlepších vlastností diamantů - jejich neuvěřitelnou tvrdost a schopnost odolávat poškrábání - ale je mnohem dostupnější a flexibilnější v použití.
Tímto diamantovým pláštěm můžete obalit téměř cokoli, od součástek v autě po chirurgické nástroje a dokonce vaše hodinky, čímž jim dodává extra odolnost proti opotřebení a prodlužuje jejich životnost. Kromě toho, že DLC povlaky zvyšují odolnost vašich věcí, také výrazně snižují tření, což znamená, že se pohybující díly mohou hýbat hladčeji a efektivněji a bez přehřívání. To je skvělé pro vše, co se točí, klouže nebo se jinak pohybuje - od motorů, výrobních zařízení, až po sportovní vybavení.
Naše specializace
Povlakování forem, zápustek a barevných kovů
Povlakovaní tvářecích nástrojů prodlužuje jejich životnost a snižuje tím výrobní náklady. Správné povlakování zabrání abrazivnímu opotřebení (například u kompozitních plastů se skelnými vlákny), adheznímu opotřebení a nalepování u komplikovaných tvarů a problémům s odformováním.
Povlaky pro Tokamaky a zařízení pro jadernou fúzi
Vyvinuli jsme technologii povlakování pro využití v oblasti jaderné fúze a pokročilých vědeckých experimentů. Naše služby zahrnují aplikaci wolframových, molibdenových, chromových a zirkonových vrstev speciálně určených pro Tokamaky. S použitím nejmodernějších metod jsme schopni aplikovat vrstvy o tloušťce až 20 mikronů, což je ideální pro zařízení vyžadující maximální odolnost proti extrémním teplotám a korozivnímu prostředí, které jsou typické pro experimenty s jadernou fúzí. Tato technologie nejenže zvyšuje efektivitu a životnost komponent, ale také značně přispívá k bezpečnosti celého systému. Nabízíme individuální konzultace a přizpůsobení technologie vašim konkrétním potřebám a specifikacím projektu.
Tribologické povlaky – DLC, WS2, WSC/WSN
Tribologické povlaky se využívají všude tam, kde je třeba snížit koeficient tření, zamezit studeným návarům a zajistit dobré kluzné vlastnosti.
Základním principem tribologických vrstev je vznik tribologické vrstvy, která vznikne přeměnou několika vrchních atomových vrstviček materiálu. Běžným příkladem jsou DLC povlaky. DLC povlaky v naneseném stavu je uhlík v diamantové a grafitické konfiguraci (zhruba 50:50), kde diamantová konfigurace zajišťuje vysokou tvrdost a grafitická nízké tření. Vlivem působení tlaku, se diamantové vazby v třecím kontaktu přemění na grafitické a vzniklé 2D grafénové vločky zprostředkovávají nízké tření a tím i nízké opotřebení.
Na obdobném principu fungují i námi vyvinuté unikátní WSC/WSN povlaky na bázi dichalkogenidů přechodových kovů.
Povlakování plastů
Díly jsou během procesu vystaveny pouze malému tepelnému zatížení, T<50°C, takže nejsou ovlivněny ani tenkostěnné díly. Povlakovat lze všechny materiály, které je možné vystavit vakuu, například ABS, PP, PE, PA nebo PEEK. Maximální velikost dílů je 1500 x 1500 x 300 mm.
Povlakování za nízkých teplot
Provádíme nanášení tvrdých nitridových i kovových vrstev za nízké teploty, < 150°C. Díky pulznímu zdroji, jsme schopni povlakovat velmi tvrdé povlaky s perfektní adhezí i za takto nízkých teplot.
Povlakujeme ocel 19 312, nitridované oceli, hliníkové slitiny a jiné teplotně nestálé materiály, tak, aby nedošlo k poškození nosného materiálu. Za nízkých teplot převážně nanášíme povlaky CrN, TiN, TiAlN, (CrAl)203 a DLC a je možné domluvit i jiné materiály.
Jsme schopni povlakovat i plasty a výtisky z 3D tiskáren (PLA, ABS a další). U těchto materiálů slouží povlak převážně k estetickým vlastnostem nebo pro zvýšení elektrické vodivosti materiálu.
Optimalizace vašich povlaků
AdvaMat s.r.o. se zaměřuje primárně na vývoj a optimalizace povlaků tak, aby povlaky byly nanášeny přesně pro potřeby zákazníka. Aby bylo možné rychle a levně optimalizovat povlak, používáme ne jenom metody pokus omyl, ale hlavně rozsáhlého měřícího vybavení. Kromě obvyklých mechanických vlastností povlaků jsme schopni měřit a nastavit vnitřní pnutí povlaku, měřit tření povlaku proti libovolným materiálům (dle normy ISO i ANSI) a velmi přesně měřit drsnost a geometrii povrchu (například po rektifikaci ostří nebo leštění a podobně).
U povlaků je možné optimalizovat přilnavost k jinému materiálu, houževnatost a tvrdost, tloušťku povlaku a jiné mechanické a chemické vlastnosti.
Povlakování hliníkových slitin
Povlakování komponentů a nástrojů z hliníku, resp. z různých druhů duralu je aplikací, která optimálně ukazuje základní smysl povlakování. Umožňuje vytvářet komponenty z materiálu, který je lehký, levný a dobře se opracovává a nanést na něj povlak, který mu dodá dostatečnou tvrdost a další potřebné vlastnosti.
Povlakování nevodivých povlaků
Mezi nevodivé PVD povlaky patří převážně DLC vrstvy a oxidické povlaky. DLC povlaky mají rozsáhlé využití převážně jako tribologické povlaky snižující tření ve strojních mechanizmech, jako povlaky s excelentní korozi odolností a jako luxusní dekorativní povlaky.
Oxidy se dlouhou dobu v průmyslové praxi, na nástroje a komponenty, nepoužívaly, kvůli obtížnému procesu depozice. Svojí schopností dobré elektrické izolace, komplikují vznik a trvání stabilního povlakovacího procesu. Pro řízení růstu oxidických povlaků je třeba používat speciálního řídicího mechanismu.
Oxidické povlaky (Al2O3, (AlCr)2O3 a Cr2O3) se využívají převážně jako ochrana proti oxidaci za vysokých teplot a jako excelentní antiadhezní povlaky proti plastu, hliníkovým slitinám a jiným barevným kovům.
Společnost Advamat s.r.o. realizuje projekt Ověřená technologie - Robotické leštění parametrizovatelných povrchů a inovativní PVD povlaky pro zubové spojky vlaků s registračním číslem: CZ.01.01.01/01/22_002/0000763 jehož cílem je vyvinout automatizované leštění ozubených kol pomocí kolaborativního robota a zároveň inovativní PVD povlaky na snížení tření a ochranu těchto kol pro použití primárně pro zubové spojky.