1 / 35

W itold Gulbiński Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej

"Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna". W itold Gulbiński Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej Politechnika Koszalińska.

kamea
Download Presentation

W itold Gulbiński Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. "Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna" WitoldGulbińskiInstytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej Politechnika Koszalińska

  2. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna • Plan prezentacji • Przyczyny i mechanizmy zużycia narzędzi do obróbki drewna • Warunki pracy narzędzia • Parametry opisujące zużycie • Charakter zużycia – przykładowe wyniki testów przemysłowych • Powłoki przeciwzużyciowe na narzędzia do obróbki drewna • Powłoki na bazie azotków metali (jednorodne, wielowarstwy, nanokompozyty) • architektura nanokompozytów • Powłoki na bazie węgla • architektura nanokompozytów • Projekt

  3. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna • Mechanizmy zużycia narzędzi: • zużycie abrazyjne (ścierne) • zużycie udarowe • przegrzanie (odpuszczanie) • korozja chemiczna • korozja elektrochemiczna • Przyczyny zużycia narzędzi: • tarcie • występowanie wtrąceń mineralnych w drewnie • wysoka temperatura (niskie przewodnictwo cieplne) • wilgotność materiału obrabianego • obecność substancji organicznych (żywice)

  4. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna A - zużycie adhezyjne B - zużycie mechaniczne C - zużycie ścierne D - zużycie cieplne E - zużycie przez utlenianie F - zużycie dyfuzyjne G - wysokotemperaturowa deformacja plastyczna König W., Horizons in manufacturing technology, University of Michigan, Michigan 1967

  5. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna

  6. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna F3 • Układ sił podczas skrawania drewna: • F1 – grupa oporów wióra i ich wypadkowa • F2 – grupa oporów ścinania i ich wypadkowa • F3 – grupa sił reakcji materiału obrabianego

  7. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna • Zużycie narzędzia: • SV – skrócenie ostrza • VBR – starcie powierzchni natarcia • VBα – stępienie ostrza

  8. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna

  9. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Powłoka (I) na bazie azotków metali

  10. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Powłoka (II) na bazie azotków metali

  11. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Powłoka (III) na bazie węgla (ta-C) część niepracująca

  12. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna • Modyfikacja powierzchni narzędzi do obróbki drewna: • warstwy dyfuzyjne (azotowanie plazmowe w układzie z aktywnym ekranem - ASPN) • warstwy przeciwzużyciowe nanoszone technikami PVD • Wymagania: • wysoka adhezja • twardość • wysoka wiązkość (toughness) ~ H3/E2 • dobre przewodnictwo cieplne • odporność korozyjna • odporność na utlenianie • niskie tarcie

  13. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Granica plastyczności J.Schiotz,Proceedings ofthe22thRisoInternationalSymposiumonMaterialsScience,Roskilde,Denmark (2001) 127.

  14. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna • Koncepcja projektowania powłok nanokompozytowych • o wysokiej wiązkości (toughness): • Rozmieszczenie krystalicznych nanometrycznych (3-10nm) wydzieleń w amorficznej matrycy ogranicza propagację dyslokacji oraz mikropęknięć. • Duży udział granic ziaren w materiale nanokrystalicznym sprzyja podwyższeniu plastyczności dzięki poślizgom po granicach ziaren. • Warstwa pośrednia/przejściowa (często z gradientem składu) powinna zapewniać wysoka adhezję i umożliwiać relaksację naprężeń. A.A. Voevodin, Tsinghua Science and Technology, 10 (2005) 665-679

  15. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna SiC, Si3N4, taC, aC:H A.A. Voevodin, J.S. Zabinski, Supertough wear-resistant coatings with `chameleon' surface adaptation, Thin Solid Films 370 (2000) 223–231. Veprek S. Conventional and new approaches towards the design of novel superhard materials. Surf. Coat.Technol., 1997, 97: 15-22.

  16. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna A.A. Voevodin, J.S. Zabinski, Supertough wear-resistant coatings with `chameleon' surface adaptation, Thin Solid Films 370 (2000) 223–231. J. Patscheider, NanocompositeHardCoatings for WearProtection, MRS Bulletin, 28 (2003) 173.

  17. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna S.Vepreketal., ThinSolidFilms, 476(2005)1–29 TiN/a-Si3N4

  18. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Wielowarstwy – supersieci • powłoki wielowarstwowe o grubości podpowłok 5-25 nm • podwyższona twardość i wiązkość, • podwyższona odporność na zużycie ścierne i korozję. HSS/TiN/TaN StureHogmark, Staffan Jacobson, Mats Larsson, Design and evaluation of tribological coatings, Wear 246 (2000) 20–33.

  19. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Wielowarstwy – supersieci Holleck H, Schier V. Multilayer PVD coatings for wear protection. Surf. Coat. Technol., 1995, 76-77: 328-336.

  20. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Wielowarstwy – supersieci • powłoki wielowarstwowe o grubości podpowłok 5-25 nm • podwyższona twardość i wiązkość, • podwyższona odporność na zużycie ścierne i korozję. A Escudeiro Santana, PhD thesis, EPFL Lausanne 2004

  21. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Powłoki na bazie węgla Bombardowanie jonami, a szczególnie ich energia, decyduje o strukturze powłok na bazie węgla. Bombardowanie jonowe prowadzi do zagęszczenia struktury przy równoczesnym indukowaniu bardzo wysokich naprężeń ściskajacych. Wysokie naprężenia ściskajace są przyczyną delaminacji powłok po przekroczeniu grubości krytycznej. Naprężenia te mogą być zredukowane na wiele sposobów. A.C. Ferrari, J. Robertson, Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon, Phys. Rev. B 61 (20) (2000)14095.

  22. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna [J. Robertson] J. Robertson, Materials Science and Engineering R 37 (2002) 129-281

  23. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna 10 GPa [M. Chhowalla] 100 nm 25 nm M. Chhowalla, Diamond and Related Materials 10 (2001) 1011-1016.

  24. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna A.C. Ferrari, J. Robertson, Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon, Phys. Rev. B 61 (20) (2000)14095. G peak position and I(D)/I(G) ratio vs sp3 fraction foras-deposited a-C:H.

  25. Si Si Al Ni Co Cu Ag, Au Al Ni Co Cu Ag, Au Ti Cr V Mo Ta Zr W Ti Cr V Mo Ta Zr W taC taC:H aC:H Me-taC:H MeCx-taC:H Me-aC:H MeCx-aC:H Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Nanokompozyty na bazie węgla MeCx-taC Me-taC

  26. Nanocomposite Nanocomposite Nanocrystalline MeCx MeC-aC;H MeC-aC;H x x crystallites < 20 nm x crystallites < 10 nm crystallites < 4 nm Up to 10 % a-C:H 10- 70 % a-C:H 70- 95 % a-C:H Powłoki nanokompozytowe typu XC/a-C:H aC:H krystality < 10 nm MeC a) x (111) (111) (200) (200) (220) (220) (311) (311) (222) (222) (400) (400) (420) (420) (422) c) d) b) TiC d = 8-10nm TiC-aC:H d = 4-6nm TiC-aC:H d = <4nm H = 32 GPa, μ = 0.35 Ti48C40H9(O,N.Ar)3 H = 42 GPa, μ = 0.26 Ti38C52H6(O,N.Ar)4 H = 15 GPa, μ = 0.06 Ti6C72H21(O,N.Ar)1 Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna A. Czyżniewski et al., Journal of Materials Processing Technology 157–158 (2004) 274–283

  27. Si Al Ni Co Cu Ag, Au Ti Cr V Mo Ta Zr W taC Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Metody nanoszenia warstw • Rozpylanie magnetronowe (wieloźródłowe lub z targetów segmentowych), HIPIMS • Rozpylanie wiązką jonową (z wielu targetów) • Próżniowy łuk katodowy MeCx-taC Me-taC

  28. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Si-taC films Filtered vacuum arc of graphite withsimultaneous magnetron sputtering of Si. Churl Seung Lee et al., Diamond and Related Materials 11 (2002) 198–203

  29. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna aSiC-taC sp3/sp2 Churl Seung Lee et al., Diamond and Related Materials 11 (2002) 198–203

  30. ncTiC-taC Al-taC sp3/sp2 Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Me-taC, Me = Al, Ti • B.K. Tay et al., Diamond and Related Materials 10 (2001) 1082-1087 (Al or Ti – taC) • D. Sheeja et al., Diamond and Related Materials 12 (2003) 2032–2036 (Al -taC) • S. Zhang et al., Thin Solid Films 482 (2005) 138– 144 (Ti+Al – taC)

  31. C-Ti C1s C-C Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna TiC– aC:H nanocomposite films W. Gulbiński et al., Applied Surface Science 239 (2005) 302–310

  32. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna TiC– aC:H nanocomposite films W. Gulbiński et al., Applied Surface Science 239 (2005) 302–310

  33. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna • Wykonawcy projektu: • Jan Staśkiewicz – kierownik • Witold Gulbiński • Tomasz Krzyżyński • Jerzy Ratajski • Jan Walkowicz • Andrzej Czyżniewski • Adam Gilewicz • Roman Olik • Tomasz Suszko • Bogdan Warcholiński

  34. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna

  35. Powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami próżniowo-plazmowymi na narzędzia do obróbki drewna Dziękuję za uwagę

More Related