projekt technologii wytwarzania warstw tic metodą cvd (chemical vapour deposition) stosowanych na...

PROJEKT TECHNOLOGII WYTWARZANIA WARSTW TiC

METODĄ CVD (CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION)

STOSOWANYCH NA NARZĘDZIA DO PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ

Przegląd technologii

CVD

Metody chemiczneg

o osadzania z

fazy gazowej

Proces powlekania

matryc

Porównanie matryc o różnych

powłokach

Podsumowanie

PLAN PREZENTACJI

TECHNOLOGIA CHEMICZNEGO OSADZANIA Z FAZY GAZOWEJ (CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION)

W metodzie tej, wskutek zachodzących na powierzchni podłoża lub w jego sąsiedztwie reakcji chemicznych dwóch lub więcej gazowych substratów wyjściowych (reagentów) przy sprzyjającym ich przebiegowi zastosowaniu różnych postaci energii (ciepła, plazmy, światła itp.), są tworzone produkty użytkowe (powłoki) oraz niestałe (lotne) produkty uboczne. Metody CVD umożliwiają wytwarzanie takich warstw powierzchniowych, jak np. węglik tytanu TiC, azotek tytanu TiN, tlenek glinu Al2O3, azotek krzemu Si3N4, a także warstw wieloskładnikowych typu Ti(C,N), Ti(O,C,N).

METODY CHEMICZNEGO OSADZANIA Z FAZY GAZOWEJ

HFCVD klasycznego chemicznego osadzania powłok z fazy gazowej z aktywacją cieplną, APCVD pod ciśnieniem atmosferycznym, LPCVD pod obniżonym ciśnieniem, Plazmo-chemiczne - Plasma Assisted CVD (PACVD) z użyciem różnych pól fizycznych: mikrofal (MWCVD), fal radiowych (RFCVD), LCCVD aktywowana laserowo,Photo CVD aktywowana wiązką promieni UV, MO CVD z użyciem prekursorów metaloorganicznych, Bed CVD realizowana w złożu fluidalnym - Fluidized,Chemiczna infiltracja z fazy gazowej - Chemical Vapour Inltration (CVI).

PODZIAŁ WYBRANYCH METOD CVD I ICH OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA:

Urządzenie do nakładania powłok PACVDUrządzenie do nakładania powłok CVD

APCVD LPCVD PECVD/ PACVD

Zalety mało skomplikowana i relatywnie mało kosztowna aparatura, bardzo dobra przyczepność warstw do podłoża, duża szybkość osadzania i stosukowo niska temperatura procesu

duży jednorazowy załadunek, dobra czystość i jednorodność warstw, dobre pokrycie uskoków

wysoką jednorodność pokrycia, małe straty optyczne, niska temperatura, dobra adhezja , małe naprężenia mechaniczne, duża szybkość osadzania,

Wady słabe pokrycie uskoków, toksyczne odpady wymagające utylizacji, trudność związana z uzyskaniem jednorodności grubości warstwy na podłożach o dużych powierzchniach

wysoką temperaturę oraz małe szybkości osadzania

umiarkowana czystość warstw ( obecność wodoru)

Charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia-3067°C, i niską gęstością 4,93

Jest najtrwalszym węglikiem metali przejściowych,

Wykazuje doskonałą odporność na działanie wody, kwasów, zasad oraz roztworów związków organicznych,

Jest stabilny nawet w podwyższonej temperaturze, odporny na szoki termiczne,

Wysokie przewodnictwo cieplne i elektryczne,

Niski współczynnik tarcia, Przewodnictwo elektryczne węglika

tytanu jest tego samego rzędu wielkości co dla czystego tytanu.

WĘGLIK TYTANU:

Warstwy TiC pozwalają zwiększyć twardość (przeciętnie 1,5-5 razy) oraz odporność na ścieranie, przez co diametralnie zwiększają żywotność narzędzi do przeróbki plastycznej.

Dlaczego stosujemy warstwy TiC na narzędzia do przeróbki plastycznej?

Matryce do wyciskania na gorąco stopów aluminium narażone są na obciążenia:• mechaniczne, • termiczne, • tribologiczne.

WARUNKI EKSPLOATACYJNE MATRYC

MATRYCA POWLEKANA POWŁOKĄ CVD TIC DO WYCISKANIA PROFILI ALUMINIOWYCH

MATRYCA DO WYCISKANIA ALUMINIUM WRAZ Z UKŁADEM NARZĘDZIOWYM

MATERIAŁ NA MATRYCE

WNL / 1.2714- stal narzędziowa stopowa do pracy na gorącoPopularna stal na stemple i matryce do kucia na gorąco, kowadła do młotów i pras o dużych wymiarach i głębokich wykrojach.

PRZYGOTOWANIE MATRYC DO NAKŁADANIA POWŁOK METODĄ

CVD • Piaskowanie,

• Mycie ultradźwiękowe,

• Suszenie w strumieniu gorącego powietrza,

• Czyszczenie jonowe z wykorzystaniem jonów Ar.

PROCES NAKŁADANIA POWŁOKI ZA POMOCĄ METODY LPCVD

Etapy procesu Schemat stanowiska do realizacji metody LPCVD

Przekrój podłużny otrzymanej powłoki:

Przekrój podłużny po trawieniu otrzymanej powłoki:

POLEROWANIE PO OSADZENIU POWŁOKI

Powłoka CVD przed polerowaniem

Powłoka CVD po dwu minutowym procesie DF

PARAMETRY GOTOWEGO WYROBU

• Grubość wytworzonej powłoki mieści się w zakresie 11-15 µm,

• Twardość wynosi 58 do 62 HRC,

• Moduł Younga: E=510 [GPa],

• Liczba Poissona: ,

• Chropowatość: RA=0,2ΜM.

PORÓWNANIE MATRYC AZOTOWANYCH Z MATRYCĄ POWLEKANĄ POWŁOKĄ CVD

Matryce eksploatowane były w takich samych warunkach: • temperatura wyciskania pierwszej wlewki ok. 500 °C, • Temperatura wyciskania kolejnych wlewek ok. 480-

490 °C, • prędkość wyciskania 0,35 m/s.

MATRYCA ZE STALI AISI H13 PO IV AZOTOWANIU – PO WYCIŚNIĘCIU OK. 12,6 T ALUMINIUM PRZEZ KAŻDY OTWÓR MATRYCY

MATRYCA ZE STALI WNL PO III AZOTOWANIU – PO WYCIŚNIĘCIU OK. 4,9 T ALUMINIUM PRZEZ KAŻDY OTWÓR MATRYCY

MATRYCA ZE STALI WNL Z POWŁOKĄ CVD – PO WYCIŚNIĘCIU OK. 7,5 T ALUMINIUM PRZEZ KAŻDY OTWÓR MATRYCY

PODSUMOWANIE • NAJWIĘKSZE ZUŻYCIE BIEŻNI MATRYCY NA ROZPATRYWANYM

ETAPIE PRODUKCJI ODNOTOWANO DLA MATRYCY ZE STALI DIEVAR PODDANEJ AZOTOWANIU.

• MATRYCA Z POWŁOKĄ CVD NIE WYKAZUJE ŻADNYCH OZNAK ZUŻYCIA.

• NA OBYDWU TYPACH MATRYC AZOTOWANYCH ZAOBSERWOWANO RYSY I WŻERY.

• NAJWYŻSZĄ TRWAŁOŚCIĄ CHARAKTERYZOWAŁA SIĘ MATRYCA ZE STALI DIEVAR POWLEKANA POWŁOKĄ CVD , PONIEWAŻ PO PRZEPROWADZONYCH WSZYSTKICH OPERACJACH WYCISKANIA (7,5 TONY PROFILI) NA POWIERZCHNI JEJ BIEŻNI NIE ZAOBSERWOWANO RYS I WŻERÓW.

BIBLIOGRAFIA:

• KASPRZYCKA, E. DYFUZYJNE WARSTWY WĘGLIKÓW TYTANU WYTWARZANE NA POWIERZCHNI STALI W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO. INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2005, NR 5, S. 688-690.

• URBAŃCZYK PAWEŁ. TECHNIKI KIERUNKOWE OTRZYMYWANIA POWŁOK PRZECIWZUŻYCIOWYCH [ONLINE]. [DOSTĘP 19.10.2014]. DOSTĘP W INTERNECIE: HTTP://ZSSIO.PL/WP-CONTENT/UPLOADS/2013/11/TECHNIKI_KIERUNKOWE.PDF

• MŁYNARCZAK A., JAKUBOWSKI J.: OBRÓBKA POWIERZCHNIOWA I POWŁOKI OCHRONNE. WYDAWNICTWO POLITECHNIKI POZNAŃSKIEJ, POZNAŃ 1998.

• K. LUKASZKOWICZ, L. A. DOBRZANSKI, G. KOKOT, P. STACHOWSKI, CHARACTERIZATION AND PROPERTIES OF PVD COATINGS APPLIED TO EXTRUSION DIES, VACUUM 86 (2012) 2082-2088.