Poradenstvo a zkúsenosti

Nástroje pre trieskové obrábanie - Aký povlak je správny?

Takmer 95 percent britov rezných TK nástrojov sa dnes povlakuje. V prípade zvýšenia tvrdosti povrchu vzrastie oteruodolnosť nástroja, zníženie trecieho odporu pri odvádzaní triesky vďaka mimoriadne hladkému povrchu minimalizuje vytváranie nárastkov a izolačný účinok povlaku zvyšuje žiaruvzdornosť. Vďaka vyššie uvedeným prednostiam je možné docieliť podstatne dlhšiu životnosť.

Pre povlakovanie sa v podstate používajú dve metódy: povlakovanie PVD (Physical Vapour Deposition) a povlakovanie CVD (Chemical Vapour Deposition). 

Príklad: Povlak AlTiN

Povlaky CVD

Chemická depozícia z plynnej fáze (Chemical Vapor Deposition = CVD) je metóda používaná pre výrobu povlakov, ktoré vykazujú nízke vlastné pnutie, prostredníctvom vyvolania tepelných chemických reakcií.  

Predvolené látky pre povlakovanie sa odparia a v plynnom skupenstve sa privádzajú do oblasti povlakovania. Plyn sa potom buď rozkladá alebo reaguje s ďalšími predvolenými látkami a nasledovne sa usadzuje na substráte a vytvára tenký film. Tento proces môže prebiehať vo vákuu alebo pri pôsobení atmosférického tlaku.  

Aby sa mohli naštartovať reakcie na povrchu, musí sa dosiahnuť zahriatie substrátu až na teplotu 1000 stupňov Celzia. Tieto procesy je možné urýchliť pomocou plazmy, ktorá zvyšuje reaktivitu, čím je možné znížiť teplotu povlakovania.   

Proces CVD sa používa pre depozíciu povlakov v hrúbke od 5 do 12 µm, v mnohých prípadoch až do 20 µm. Používanými materiálmi sú TiC, TiCN, TiN a oxidy hliníka (Al203). Povlaky je možné nanášať ako jednotlivé alebo niekoľkonásobné vrstvy. 

Vlastnosti povlaku CVD

  • nízke hodnoty vlastného pnutia povlaku
  • veľmi dobrá priľnavosť vrstvy 
  • možnosť vysokého zaťaženia
  • vrstvy až do 20 µm
  • veľmi homogénny povlak
  • možnosť vnútorného povlakovania a dosiahnutie komplexných geometrií
  • silnejšie vrstvy veľmi dobre fungujú ako tepelný štít
  • Pri sústružení a frézovaní liatiny je možné dosahovať takých rezných rýchlostí, ktoré pripadajú do úvahy iba pri používaní reznej keramiky.
  • Vysoké procesné teploty zapríčiňujú intenzívnejšie krehnutie tvrdokovového substrátu a znižujú tak húževnatosť britu.
  • Silné vrstvy povlaku, ktoré činia 20 µm spôsobujú zaobľovanie a znižujú tak ostrosť reznej hrany. 

Diamantový povlak

Povlak s diamantom je špeciálne prevedenie povlaku CVD: Aplikovaný vodíkový plyn sa pritom štepí na vodíkové radikály, a to pôsobením vysokých teplôt (2000 stupňov Celzia) alebo zapálením plazma plynov. Tieto radikály potom reagujú spoločne s taktiež aplikovaným vodíkovým plynom (väčšinou metán, CH4), v dôsledku čoho sa na povrchu substrátu vrství uhlík. Pokiaľ sa dodržia správne procesné parametre, tento uhlík sedimentuje v kryštalickej podobe diamantu. Diamantové povlaky sú veľmi vhodné pre obrábanie značne abrazívnych materiálov, ako je grafit alebo kompozitné materiály.

Oblasť použitia CVD

Povlaky CVD sú prvou voľbou, keď sa kladie veľký zreteľ na oteruodolnosť, tak ako je tomu pri sústružení nehrdzavejúcich ocelí a vŕtaní ocele, kde silné vrstvy CVD vykazujú odolnosť proti vymieľaniu. Taktiež v prípade frézovacích sort v ISO P, ISO M a ISO K. Pri vŕtaní sa sorty CVD bežne používajú vo vonkajšom britu. 

Ak budete mať ďalšie otázky, potom sa, prosím, obráťte na naše informačné centrum.

Náš zákaznícky servis je dostupný od pondelka do piatku v čase od 7:00 do 19:00

Povlaky PVD

Metódy povlakovania PVD sú na rozdiel od metód CVD čisto fyzikálnej povahy. Ide pritom o materiál v plynnej podobe, ktorý kondenzuje na povrchu substrátu. Aby sa častice pary dostali až k povrchu a nestrácali sa rozptyľovaním na molekulách plynu, používa sa podtlak. Pretože proces výroby PVD prebieha pri teplotách nižších ako 400 až 600 stupňov Celzia, k ovplyvňovaniu vlastností základného materiálu nedochádza v tak značnej miere ako v prípade metódy CVD. Preto zostáva húževnatosť špeciálnych, jemnozrnných tvrdokovov i naďalej zachovaná.

V prípade povlakovania PVD rozlišujeme najmä štyri varianty povlakovania: Depozícia v parnej fáze, depozícia katodickým oblúkom (naprašovanie), vyparovanie elektrickým oblúkom a iontové pokovovanie. Najväčší význam má naprašovanie. Pomocou rôznych variantov PVD je možné vykonávať depozíciu takmer všetkých kovov i uhlíka vo veľmi čistej podobe. Pokiaľ sa do procesu privádzajú reaktívne plyny ako je kyslík, dusík alebo uhľovodíky, potom je možné odlučovať i oxidy, nitridy alebo karbonidy.

Vlastnosti PVD

  • vysoká čistota vrstiev
  • nepatrné zmeny vlastností substrátu v dôsledku pôsobenia tepla - húževnatosť zostáva zachovaná
  • ľubovoľné vrstvené materiály
  • malá tolerancia hrúbky vrstvy
  • vynikajúca priľnavosť (i napriek dodatočnej medzivrstvy)
  • porovnateľne nízke hrúbky vrstvy 

Oblasť použitia PVD

Sorty povlakované metódou PVD odporúčame na základe ich húževnatých, avšak napriek ostrých rezných hrán pre obrábanie adhezívnych materiálov. Oblasti použitia zahŕňajú všetky TK frézy a vrtáky i väčšinu sort pre upichovanie, rezanie závitov a frézovanie. Sorty povlakované metódou PVD sa okrem toho vo veľkej miere používajú pri dokončovacom obrábaní i ako stredové britové doštičky pri vŕtaní. 

Multivrstvový povlak

Pokiaľ sa požaduje vysoká húževnatosť, potom sa ponúka multivrstvový povlak. Pritom sa nanáša až 2000 jednotlivých vrstiev, pričom každá z nich vykazuje hrúbku iba niekoľko nanometrov. Viacvrstvová štruktúra zabráni šíreniu trhlín vznikajúcich pri obrábaní smerom dovnútra. Odoberaný materiál nemôže tak rýchle vnikať do britu a vylamovať ho. Vďaka viacvrstvovej štruktúre povlaku sa preto docieli dlhšej životnosti. Okrem vlastnej štruktúry vrstvy je dôležitá najvrchnejšia vrstva („toplayer“). Tak majú predovšetkým neželezné kovy tendenciu k vytváraniu nárastkov, ktoré zvyšujú rezné sily i teploty a tým opotrebenie nástroja. Pomocou oteruodolných horných vrstiev sa tento problém minimalizuje. 

K čomu je vhodný konkrétny rezný materiál?

V prípade povlakovania CVD sa spravidla používajú materiály ako TiC, TiCN, TiN a oxidy hliníka (Al203). Pomocou rôznych variant PVD je možné odlučovať takmer všetky kovy i uhlík. Pre orientáciu tu uvádzame prehľad vlastností najbežnejších zlúčenín:

TiN: povlak nitridu titánu

  • najčastejšie používaný štandardný povlak s možnosťou univerzálneho použitia
  • chemická zlúčenina titánu a dusíka
  • nanotvrdosť: až 24 gigapascalov (GPa)
  • hrúbka vrstvy: 1-7 μm
  • koeficient trenia: 0,55 μ
  • aplikačná teplota: 600 °C
  • Použitie: oceľ (N/mm²) < 900, mosadz a liatina
  • v hliníku iba na stacionárnych obrábacích strojoch a s výkonnejším chladením
  • odporúčame chladenie
  • trojnásobne až štvornásobne dlhšia životnosť v porovnaní s nepovlakovanými nástrojmi

TiAlN: povlak nitridu titánu a hliníka

  • univerzálny povlak
  • v závislosti od použitia až desaťnásobne dlhšia životnosť
  • vysoká žiaruvzdornosť a odolnosť proti oxidácii
  • vysoká rezná rýchlosť
  • chemická zlúčenina titánu, hliníka a dusíka
  • nanotvrdosť: až 35 gigapascalov (GPa)
  • hrúbka vrstvy: 1-4 μm
  • koeficient trenia: 0,5 μ
  • aplikačná teplota: 800 °C
  • Použitie: oceľ (N/mm²) < 1.100, nehrdzavejúca oceľ, zliatiny titánu, liatina, hliník, mosadz, bronz a plast
  • chladenie nie je bezpodmienečne nutné

AlTiN: povlak nitridu hliníka a titánu

  • v závislosti od použitia až štrnásťnásobne dlhšia životnosť
  • veľmi vysoká žiaruvzdornosť a odolnosť proti oxidácii
  • chemická zlúčenina hliníka, titánu a dusíka
  • nanotvrdosť: až 38 gigapascalov (Gpa)
  • hrúbka vrstvy: 1-4 μm
  • koeficient trenia: 0,7 μ
  • aplikačná teplota: 900 °C
  • Použitie: oceľ (N/mm²) < 1.300, nehrdzavejúca oceľ
  • chladenie nie je bezpodmienečne nutné

TiCN: povlak karbonitridu titánu

  • v závislosti od použitia štvornásobne až päťnásobne dlhšia životnosť
  • veľmi vysoká tvrdosť a súčasne dobrá húževnatosť
  • chemická zlúčenina titánu, uhlíka a dusíka
  • nanotvrdosť: až 32 Gpa
  • hrúbka vrstvy: 1-4 μm
  • koeficient trenia: 0,2 μ
  • aplikačná teplota: 400 °C
  • Použitie: oceľ (N/mm²) < 1.300, nehrdzavejúca oceľ
  • chladenie je v prípade vyšších rezných rýchlostí nutné