Page 1
Kovové povlaky a vrstvyKovové povlaky a vrstvy
plátováníplátování žárové pokovování v žárové pokovování v
roztavených kovechroztavených kovech tepelné a chemicko-tepelné a chemicko-
tepelné zpracovánítepelné zpracování žárové stříkánížárové stříkání chemickéchemické elektrochemickéelektrochemické fyzikálnífyzikální
Ochrana:Ochrana:
legovánímlegováním anodickáanodická katodickákatodická
Page 2
Plátování kovyPlátování kovy
Page 3
Žárové pokovování Žárové pokovování v roztavených kovechv roztavených kovech
Kovy s nízkou teplotou Kovy s nízkou teplotou tánítání
zinkovánízinkování cínovánícínování hliníkováníhliníkování olověníolovění
Jednoduché, poměrně Jednoduché, poměrně levné (vhodné pro levné (vhodné pro polotovary)polotovary)
Vznik difúzní mezivrstvyVznik difúzní mezivrstvy
dobré zakotvenídobré zakotvení nebezpečí zhoršení nebezpečí zhoršení
mechanických vlastnostímechanických vlastností
Page 4
Žárové zinkováníŽárové zinkování
Fáze v diagramu Fe-ZnFáze v diagramu Fe-Zn
α - tuhý roztok Zn ve α - tuhý roztok Zn ve ferituferitu
γ - Feγ - Fe55ZnZn2121
δ - tuhý roztok FeZnδ - tuhý roztok FeZn77
ξ - FeZnξ - FeZn1313
η - tuhý roztok Fe v Zn η - tuhý roztok Fe v Zn
Page 5
Žárové zinkováníŽárové zinkování
Teplota 440 - 470 °CTeplota 440 - 470 °CTavidla ZnClTavidla ZnCl22 , NH , NH44ClClVliv na intermetalické fáze:Vliv na intermetalické fáze: teplotateplota ocel (+ hlavně Si)ocel (+ hlavně Si) Zn lázeň (- přísada Al)Zn lázeň (- přísada Al)Způsoby:Způsoby: suchýsuchý mokrýmokrý specielníspecielní
Page 6
Průběh chemického složeníPrůběh chemického složení
Page 7
Žárové cínováníŽárové cínování
Teplota 270 - 350 °CTeplota 270 - 350 °CTavidla ZnClTavidla ZnCl22 , NH , NH44ClCl
ve třech lázníchve třech lázních ve dvou lázníchve dvou lázních litinylitiny
Page 8
Žárové hliníkováníŽárové hliníkování
Sendzimirova metodaSendzimirova metodaTeplota 700 °C - tavidla fluoridováTeplota 700 °C - tavidla fluoridová
Potlačení FeAlPotlačení FeAl33 přísadou Si do lázně přísadou Si do lázně
vhodná pro zvýšení žárovzdornostivhodná pro zvýšení žárovzdornosti
Page 9
Žárové olověníŽárové olovění
Teplota 370 °CTeplota 370 °CTavidlo ZnClTavidlo ZnCl22
Pro vytvoření intermetalické vrstvy lázně:Pro vytvoření intermetalické vrstvy lázně: 12 - 15 % cínu12 - 15 % cínu 2 - 6 % antimonu2 - 6 % antimonu
Page 10
Vrstvy zpevněné fázovou Vrstvy zpevněné fázovou transformacítransformací
Povrchové kalení:Povrchové kalení: plamenemplamenem indukcíindukcí moderní metodymoderní metody(laser, plasma, elektronový ohřev)(laser, plasma, elektronový ohřev)
chemické složení se neměníchemické složení se nemění
Zvláštní způsoby:Zvláštní způsoby:
kalení z tekutého stavukalení z tekutého stavu povrchové legovánípovrchové legování
Page 11
Použití laseruPoužití laseru
1 - 12 0141 - 12 0142 - 12 0402 - 12 0403 - 12 0603 - 12 0604 - 19 1914 - 19 1915 - 15 2305 - 15 230
Page 12
Chemicko-tepelné zpracováníChemicko-tepelné zpracování
Difúzní sycení povrchuDifúzní sycení povrchu(v tuhém stavu)(v tuhém stavu)- složení vrstvy se mění -- složení vrstvy se mění -
Nutnost vytvoření Nutnost vytvoření aktivního prostředí - aktivního prostředí - podstatou difúzní dějepodstatou difúzní děje
V rámci technologie V rámci technologie tepelného zpracování:tepelného zpracování:
cementacecementace nitrocementacenitrocementace nitridacenitridace karbonitridacekarbonitridace sírovánísírování
Page 13
Termodifúzní pochodyTermodifúzní pochody
Termodifúzní chromování Termodifúzní chromování (inchromování)(inchromování)
Teploty 900 - 1200 °CTeploty 900 - 1200 °CDoba 1 - 12 hod (vrstva až Doba 1 - 12 hod (vrstva až
30 μm)30 μm)Rozklad halogenidůRozklad halogenidů
vlastnosti vrstvy závislé na vlastnosti vrstvy závislé na obsahu uhlíkuobsahu uhlíku
Termodifúzní zinkování Termodifúzní zinkování (scherardování)(scherardování)
Teploty 350 - 400 °CTeploty 350 - 400 °CDoba 1 - 10 hod (vrstva 30 - Doba 1 - 10 hod (vrstva 30 -
80 μm)80 μm)Směs práškového Zn + ZnO Směs práškového Zn + ZnO
+ křemičitý písek+ křemičitý písek
Vysokoteplotní způsob Vysokoteplotní způsob v parách Zn (700 - 1000 °C) v parách Zn (700 - 1000 °C)
Page 14
Termodifúzní pochodyTermodifúzní pochody
Termodifúzní hliníkováníTermodifúzní hliníkování alitování alitování (800-1000 °C)(800-1000 °C)doba 1 - 10 hod; (9 %Aldoba 1 - 10 hod; (9 %Al22OO33, 90 , 90
%feroaluminia, 1 %NH%feroaluminia, 1 %NH44Cl)Cl) kalorizování (kalorizování (800-1000 °C)800-1000 °C)doba 2 hod; (50 %Aldoba 2 hod; (50 %Al22OO33, 50 , 50
%Al + NH%Al + NH44Cl)Cl) alumetováníalumetování(žíhání po metalizaci, 800 - (žíhání po metalizaci, 800 -
1000 °C)1000 °C)
Termodifúzní křemíkováníTermodifúzní křemíkování
Teploty 700 - 1000 °CTeploty 700 - 1000 °C zásyp (práškové SiC nebo zásyp (práškové SiC nebo
ferosilicia + písek + FeClferosilicia + písek + FeCl33)) plynná fáze (hlavně SiClplynná fáze (hlavně SiCl44))
Page 15
Termodifúzní pochodyTermodifúzní pochody
Termodifúzní boridováníTermodifúzní boridování(vysoká tvrdost a odolnost (vysoká tvrdost a odolnost
proti otěru bez TZ)proti otěru bez TZ)
řada metodřada metod nejčastější v plynunejčastější v plynuTeplota 500 - 600 °CTeplota 500 - 600 °CPlynná směs BClPlynná směs BCl33 + H + H22
Termodifúzní beryliováníTermodifúzní beryliování(vhodné zejména proti (vhodné zejména proti
oxidaci spalnými zplodinami)oxidaci spalnými zplodinami)
ProstředíProstředí- působení chlorovodíku na - působení chlorovodíku na
feroberylium nebo oxid feroberylium nebo oxid berylnatý -berylnatý -
Page 16
Žárové stříkání kovůŽárové stříkání kovů
Metalizace (šopování)Metalizace (šopování) ochrana a úpravaochrana a úprava renovace a opravyrenovace a opravy
Pistole:Pistole: plynovéplynové elektrickéelektrické
Page 17
Chemické pokovováníChemické pokovování
Bezproudé vylučování:Bezproudé vylučování: ponorem, potíráním, ponorem, potíráním,
vyvařovánímvyvařováním kontaktemkontaktem redukcíredukcí
výhody a nevýhodyvýhody a nevýhody
měděnímědění cínovánícínování zinkovánízinkování chromováníchromování stříbřenístříbření niklováníniklování
Page 18
Elektrochemické (galvanické) Elektrochemické (galvanické) pokovovánípokovování
galvanostegiegalvanostegie galvanoplastikagalvanoplastika
elektrolýza roztokuelektrolýza roztoku
rozpustné anodyrozpustné anody
vodíkové přepětívodíkové přepětí
Elektrochemický Elektrochemický ekvivalentekvivalent
AAee = M / n.F = M / n.FM - molární hmotnost /g.mol-1/, n - mocenství kationtu, F - Faradayova konstanta 96 487 /C.mol-1/
Page 19
Faradayovy zákonyFaradayovy zákony
I. I. M = AM = Aee.I.τ.I.τII. II. mmxx : m : myy = M = Mxx/n/nxx : : MMyy/n/nyy
celkemcelkemm = M.I.τ / n.Fm = M.I.τ / n.F
Proudový výtěžek Proudový výtěžek rr katodickýkatodický anodickýanodický
Výpočet pokoveníVýpočet pokoveníh.s.c = Ah.s.c = Aee.I.τ.r.I.τ.rτ - čas /s/, h - tloušťka /mm/, c - plocha předmětu /mm2/, s - hustota /g.mm-3/, r - proudový výtěžek /%/
Page 20
Podmínky elektrolýzyPodmínky elektrolýzy
Polarizace elektrod:Polarizace elektrod: koncentračníkoncentrační odporováodporová chemickáchemická
rozkladné napětírozkladné napětísvorkové napětísvorkové napětí
Složení pokovovacích Složení pokovovacích roztokůroztoků
krystalická stavbakrystalická stavba
Page 21
Postup Postup pokovovánípokovováníZařízení dílny:Zařízení dílny: zdroj a rozvod el. zdroj a rozvod el.
proudu proudu vany, přípravky apod.vany, přípravky apod. mechanizace a mechanizace a
automatizaceautomatizace přidružená zařízenípřidružená zařízení
Page 22
Zařízení dílnyZařízení dílny
Page 23
Pokovovací linkaPokovovací linka
Page 24
Závěsové pokovováníZávěsové pokovování
Page 25
Hromadné pokovováníHromadné pokovování
Page 26
MěděníMědění
Alkalické kyanidové lázněAlkalické kyanidové lázně jemnozrnnéjemnozrnné vysoká přilnavostvysoká přilnavost vyšší hloubková vyšší hloubková
účinnostúčinnost matnématné nižší výtěžek a rychlostnižší výtěžek a rychlost
Lázně kyseléLázně kyselé nejedovatostnejedovatost vyšší rychlost a účinnostvyšší rychlost a účinnost + leskutvorné přísady+ leskutvorné přísady malá hloubková malá hloubková
účinnostúčinnost nelze bez mezivrstvynelze bez mezivrstvy
Page 27
MosazeníMosazení
Lázně vesměs kyanidovéLázně vesměs kyanidové
použití hlavně dekorativní použití hlavně dekorativní - barva bílá až červená- barva bílá až červená
nutná údržba láznínutná údržba lázní
Nositel kovuNositel kovuNaNa22Cu(CN)Cu(CN)33 + +
NaNa22Zn(CN)Zn(CN)44
StabilizaceStabilizaceNaNa22COCO3 3 + NH+ NH44ClCl
Page 28
ZinkováníZinkování
Alkalické lázněAlkalické lázně kyanidovékyanidové
toxickétoxické dobré provozní vlastnostidobré provozní vlastnosti
bezkyanidovébezkyanidové relativně nejedovatérelativně nejedovaté menší proudová hustotamenší proudová hustota matnématné
Kyselé lázněKyselé lázně slabě kyselé (moderní)slabě kyselé (moderní)- báze chloridových + - báze chloridových +
leskutvorné přísadyleskutvorné přísady kyselékyselé- báze ZnSO- báze ZnSO44 - malá hloubková - malá hloubková
účinnost, vysoká rychlost účinnost, vysoká rychlost pokovenípokovení
Page 29
Druhy chromátůDruhy chromátů
Page 30
KadmiováníKadmiování
Jedovaté a karcinogenní Jedovaté a karcinogenní účinkyúčinky
V porovnání se ZnV porovnání se Zn kluzné vlastnostikluzné vlastnosti přechodový odporpřechodový odpor pájitelnostpájitelnost
LázněLázně alkalické kyanidovéalkalické kyanidové- Na- Na22Cd(CN)Cd(CN)44 - -
velká hloubková velká hloubková účinnostúčinnost
kyselékyselé- CdSO- CdSO44 - -
vysoký proudový vysoký proudový výtěžekvýtěžek
Page 31
CínováníCínování
Alkalické lázněAlkalické lázně- Na- Na22SnOSnO33 - -pasivace anod + pasivace anod +
CHCH33COONa + HCOONa + H22OO22
dobrá hloubková dobrá hloubková účinnostúčinnost
matnější vzhledmatnější vzhled dobrá pájitelnostdobrá pájitelnost
Kyselé lázněKyselé lázně- SnSO- SnSO44 - + formaldehyd - + formaldehyd+ leskutvorné přísady+ leskutvorné přísady
lesklé povlakylesklé povlaky
Page 32
NiklováníNiklování
LázněLázně síranovésíranové
jemnozrnné, matné, nižší pnutíjemnozrnné, matné, nižší pnutí chloridovéchloridové
vyšší proudové hustoty, vyšší vyšší proudové hustoty, vyšší pnutípnutí
fluoroboritanové a fluoroboritanové a sulfamátovésulfamátové vysoká vylučovací rychlostvysoká vylučovací rychlost
Nikl - sealNikl - seal- nevodivé přísady - - nevodivé přísady -
dekorativnídekorativní funkčnífunkční
Černé niklové povlakyČerné niklové povlaky
ÚdržbaÚdržba
Page 33
ChromováníChromování
dekorativní (I)dekorativní (I) mikrotrhlinkovémikrotrhlinkové mikroporéznímikroporézní černéčerné
tvrdé (II)tvrdé (II)
Page 34
ChromováníChromování
Chromovací lázněChromovací lázně Technologie tvrdého Technologie tvrdého chromováníchromování
Page 35
Fyzikální a fyzikálně-chemické Fyzikální a fyzikálně-chemické povlakovánípovlakování
napařovánínapařování naprašovánínaprašování iontové povlakováníiontové povlakování iontová implantaceiontová implantace
Děje:Děje: odpařování a odpařování a
rozprašování pevného rozprašování pevného zdroje zdroje
plazmochemické reakce plazmochemické reakce přímá interakce plazmy přímá interakce plazmy
s povrchems povrchem
Page 36
Přehled fyzikálních a fyzikálně-Přehled fyzikálních a fyzikálně-chemických metodchemických metod
NAPAŘOVÁNÍ NAPRAŠOVÁNÍ IONTOVÉ
POVLAKOVÁNÍ IONTOVÁ IMPLANTACE
způsob získávání deponovaných částic
odpařování terče: odpor. ohřev, elektr. svazek, oblouk. výboj,
rozprašování terče: dc výboj, rf. výboj,
napařování nebo naprašování se silnou ionizací částic
vysokoenergetické ionty získáváme z výboje plazmatu
použitá atmosféra
vakuum popř. (reaktivní plyn)
argon, xenon popř. (reaktivní plyn)
argon popř. (reaktivní plyn)
vakuum
pracovní tlak 10-3 Pa 0,1 až 10 Pa 0,1 až 10 Pa 10-3 až 10-4 Pa transport částic přímá cesta na substrát
s minimem srážek rozptyl částic vlivem srážkového procesu
silný srážkový proces čistění substrátu
přímá bezesrážková cesta na substrát
energie částic 0,2 až 1,0 eV 0,1 až 100 eV 2 až 5 keV 10 až 100 keV předpětí na substrátu
0 0 - 200 až - 3000 V 10 až 100 keV
depoz. rychlost /µ m.min-1/
10 až 4000 5.10-3(-4) 0,1 až 25 0,01
adheze dobrá (závislá na teplotě substrátu)
velmi dobrá výborná (závislá na předpětí substrátu)
ionty vytvrzují povrchovou vrstvu
Page 37
NapařováníNapařování
vakuum (10vakuum (10-3-3 Pa) Pa) bez předpětí bez předpětí depoziční rychlost depoziční rychlost 10 - 4000 μm.min10 - 4000 μm.min-1-1
vliv podložkyvliv podložky
Page 38
Reaktivní napařováníReaktivní napařování
+ chemická reakce mezi + chemická reakce mezi kovem a plynemkovem a plynem
moderní zdokonalení moderní zdokonalení předpětímpředpětím
Page 39
PovlakováníPovlakování
CVD CVD (Chemical Vapour (Chemical Vapour
Deposition)Deposition)
tlak 10tlak 1033 - 10 - 1044 Pa Pa teplota 800 - 900°Cteplota 800 - 900°C
TiClTiCl44 + 0,5 N + 0,5 N2 2 + 2 H+ 2 H22 = = TiN + 4 HClTiN + 4 HCl
TiClTiCl44 + CH + CH44 = =TiC + 4HClTiC + 4HCl
2 Al2 Al22ClCl33 + 3 H + 3 H22O = O = AlAl22OO33 + 6 HCl + 6 HCl
Page 40
Zařízení pro povlakování CVDZařízení pro povlakování CVD
Page 41
Porovnání tvrdostí povlaků CVD Porovnání tvrdostí povlaků CVD s tvrdostmi různých materiálů a vrstevs tvrdostmi různých materiálů a vrstev
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
tvrdost / HV /
diamant
BC
CVD - TiCSiC
CVD - Ti(C,N)
CVD - Al2O3CVD - Cr©
TiC-WC
tvrdý Crnitridace
kalené
zušlecht.
Page 42
PovlakováníPovlakování
PVD PVD (Physical Vapour (Physical Vapour
Deposition)Deposition) tlak 0,1 - 10 Patlak 0,1 - 10 Pa předpětí -200 až předpětí -200 až
-3000 V-3000 V depoziční rychlostdepoziční rychlost
0,1 - 25 μm.min0,1 - 25 μm.min-1-1
Zdroj částicZdroj částic
nízkonapěťový oblouk nízkonapěťový oblouk (napařování)(napařování)
magnetrony magnetrony (naprašování)(naprašování)
Page 43
PVD povlakyPVD povlaky
Page 44
Modely struktury povlakůModely struktury povlaků
Page 45
Hloubkový profil vrstvou TiNHloubkový profil vrstvou TiN
Page 46
Hloubkový profil sendvičovou Hloubkový profil sendvičovou vrstvou (Ti,Al)Nvrstvou (Ti,Al)N
Page 47
Mikrotvrdost povlakůMikrotvrdost povlaků
Vliv:Vliv:
složenísložení velikost zrnavelikost zrna pnutípnutí
Page 48
Iontová implantaceIontová implantace
Libovolné prvkyLibovolné prvky
způsob zpevněnízpůsob zpevnění
výhodyvýhodynevýhodynevýhody