Powlekanie CVD i PVD

Metodami CVD wytwarza się najczęściej twarde i odporne na ścieranie a także na korozję powłoki węglików, azotków, węglikoazotków i oraz tlenków metali na podłożach stalowych, ceramicznych oraz metalach wysokotopliwych.

Powłoki takie znalazły szerokie zastosowanie w pokrywaniu narzędzi skrawających oraz narzędzi do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco – przyczyniając się do wielokrotnego podwyższenia ich trwałości.

Powlekanie CVD:

Tradycyjne procesy CVD prowadzone są w szczelnych, ogrzewanych oporowo retortach, przy ciśnieniu atmosferycznym lub obniżonym ciśnieniu atmosfery obróbczej wytwarzanej najczęściej na bazie związków halogenków metali (lotnych w temperaturze procesu). Ponadto w skład atmosfer reaktywnych chemicznie wchodzie mogą: amoniak jako nośnik azotu, metan jako nośnik węgla, wodór jako gaz silnie redukujący oraz azot jako obojętny chemicznie gaz nośny.

Reakcje zachodzące w atmosferze gazowej są aktywowane cieplnie, zatem temperatura niezbędna dla efektywnego przebiegu procesu musi być wysoka (900 – 950 °C). Wysoka temperatura i niska wydajność procesu ograniczają zakres i możliwości zastosowania tradycyjnych pomimo bardzo dobrego przylegania warstw do podłoża, w przeciwieństwie do powłok wytwarzanych w procesach PVD.

Wpływ powlekania CVD na stal:

Tradycyjne metody CVD dobrze sprawdzają się we wszystkich tych przypadkach, gdzie proces nakładania powłoki jest ostatnim zabiegiem technologicznym i pomimo wysokiej temperatury nie wpływa destrukcyjnie na strukturę i właściwości mechaniczne materiału podłoża. Szeroko wykorzystuje się je w pokrywaniu azotkiem tytanu narzędzi oraz segmentów (płytek) skrawających wykonanych z węglików spiekanych, a także dla wytworzenia szczelnych i gęstych warstw Al2O3 na narzędziach i ceramicznych elementach konstrukcyjnych wykonanych ze spiekanego korundu.

W przypadku wyrobów stalowych, po procesie CVD należy przeprowadzić obróbkę cieplną (hartowanie i odpuszczanie) w celu utwardzenia podłoża, czego efektem są zawsze istotne odkształcenia hartownicze.

Wobec niewielkiej grubości nałożonych powłok (kilka do kilkunastu µm) oraz braku możliwości ostatecznej korekty wymiarów poprzez szlifowanie, tradycyjnych metod CVD nie można stosować w przypadku narzędzi skrawających i innych precyzyjnych matryc i stempli wykonanych ze stali narzędziowych (np. szybkotnących).

Powlekanie PVD:

Procesy fizycznego osadzania powłok z fazy gazowej (PVD) nieodłącznie związane są z rozwojem techniki próżniowej i w swych tradycyjnych wersjach wykorzystują dwie podstawowe metody zmiany stanu skupienia materiału powłokowego:

• odparowanie lub sublimację
• rozpylanie pod wpływem innych niż cieplne wymuszeń fizycznych

W laboratoriach materiałoznawczych PVD stosowano przy preparatyce replik odwzorowujących strukturę powierzchni jako preparatów dla transmisyjnej mikroskopii elektronowej. W tych stosunkowo prostych – do dziś stosowanych aplikacjach, o właściwościach użytkowych nakładanych powłok decydują pojedyncze właściwości fizyczne (np. połysk metaliczny) oraz ich dobre przyleganie do podłoża.

Spełnienie warunku dobrej adhezji powłoki do podłoża w tradycyjnych metodach PVD wymaga bardzo dobrego przygotowania (oczyszczenia) powierzchni, gdyż temperatura substratu w trakcie osadzania materiału powłokowego jest niezbyt wysoka.

Wpływ powlekania PVD na stal:

Powłoki PVD zwiększają odporność narzędzi na ścieranie, w przypadku narzędzi skrawających powodują lepsze odprowadzenie wióra, stanowią ochronę przed utlenianiem powierzchni narzędzia, ograniczają dyfuzje metal – metal, dają izolację termiczną, ograniczają nadbudowę części roboczych narzędzi oraz obniżają tarcie.
Dzięki zastosowaniu powłok PVD uzyskuje się zdecydowanie wyższe trwałości narzędzi skrawających. Można dzięki temu ograniczyć koszty przestojów i wymiany narzędzi oraz zakupu narzędzi.
Dzięki powłokom PVD można również zdecydowanie zwiększyć szybkość skrawania, ograniczyć chłodzenie oraz obrabiać coraz trudniej obrabialne materiały.