Opracowywanie niestandardowych powłok diamentowych

Dzięki dogłębnej wiedzy w dziedzinie technologii powlekania, MAPAL opracowuje również wyjątkowo twarde i odporne na zużycie powłoki diamentowe do obróbki materiałów takich jak CFRP, ceramika, grafit i stopy aluminium. Rozwiązania obróbcze firmy MAPAL zapewniają w ten sposób dłuższą żywotność narzędzi i większą niezawodność procesu, szczególnie w zastosowaniach w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, w sektorze matryc i form oraz w technologii medycznej.

Widok wnętrza reaktora podczas procesu powlekania HF CVD. ©MAPAL

Jeżeli podczas obróbki często występują procesy zużycia adhezyjnego, zaleca się stosowanie diamentopodobnych powłok węglowych (DLC). Powłoki DLC są również osadzane przy użyciu procesu PVD lub CVD wzmocnionego plazmą. Powłoki te tworzone są przez mieszaninę wiązań atomów węgla z hybrydyzacją sp2 (grafit) i wiązań z hybrydyzacją sp3 (diament). Proporcje mieszania określają właściwości fizyczne i mechaniczne powłok. Im więcej jest wiązań atomowych sp3, tym twardsza jest powłoka.

Nowe procesy powlekania dzięki reaktorom diamentowym CVD

Do frezowania lub wiercenia materiałów o dużej ścieralności wymagane są powłoki z czystego diamentu. Proces stosowany w Grupie MAPAL do syntezy powłok diamentowych jest modyfikacją czysto termicznego CVD i nazywany jest gorącym włókiennym CVD, w skrócie HF CVD. Konwencjonalne powłoki CVD nie nadają się do powlekania narzędzi z chwytem, ponieważ długości narzędzi i wysokie temperatury powlekania zwykle powodują zniekształcenie długości. W przypadku HF CVD druty wykonane z metali ogniotrwałych nagrzewają mieszaninę wodoru i metanu do temperatur dochodzących do 2500 stopni. W procesie tym powstają bardzo reaktywne rodniki metylowe, które stopniowo osadzają się na powierzchni zaszczepionego węglika w postaci warstwy diamentu. MAPAL dysponuje własnymi reaktorami diamentowymi CVD.

Obraz SEM krawędzi złamania narzędzia pełnowęglikowego z powłoką diamentową. Powiększenie: 3000x. ©MAPAL

„W ostatnich latach intensywnie pracowaliśmy nad udoskonaleniem procesu powlekania diamentem i stworzyliśmy dla firmy MAPAL nowe możliwości w produkcji narzędzi”, wyjaśnia dr Martin Kommer, kierownik zespołu ds. badań i rozwoju materiałów do cięcia / powlekania w firmie MAPAL. Producent narzędzi ma teraz pod własną kontrolą cały projekt narzędzia, od odpowiedniej geometrii po dobór odpowiedniego węglika i powłoki. Oznacza to, że narzędzia można projektować jeszcze precyzyjniej, aby spełniać wymagania klientów. Dział rozwoju w Aalen posiada własne centrum obróbcze, które testuje nowe narzędzia między innymi pod kątem trwałości narzędzi i zużycia.

Jednorodna powłoka diamentowa CVD firmy MAPAL zapewnia długą żywotność narzędzia i wysoki poziom bezpieczeństwa procesu, na przykład w przypadku frezu pełnowęglikowego OptiMill-Composite-Speed-Plus do materiałów obrabianych CFRP. ©MAPAL

Ponieważ proces powlekania przebiega poprzez reakcję chemiczną połączoną z mechanicznym mocowaniem, podczas obróbki wstępnej ważne jest określone trawienie powierzchni węglika i zaszczepianie. Ponieważ nie każdy węglik jest do tego odpowiedni, MAPAL ocenia odpowiednie podłoża. To, czy podczas powlekania powstają drobnoziarniste warstwy mikrokrystaliczne, czy nanokrystaliczne, zależy od temperatury, ciśnienia i przepływu odpowiednich gazów reaktywnych podczas procesu. Teoretycznie metodą HF-CVD można wytwarzać warstwy o grubości do 50 µm. Jeśli chodzi o powlekanie narzędzi, MAPAL koncentruje się obecnie na zakresie od 3 µm do 15 µm, w zależności od konkretnego zastosowania.

Zoptymalizowany proces HF CVD pozwala uzyskać warstwy o niemal jednolitej grubości, co firma MAPAL zastosowała przy opracowywaniu narzędzia OptiMill-Composite-Speed-Plus. Dzięki temu w danym zastosowaniu obróbczym można niezawodnie wykorzystać całą długość krawędzi skrawającej, niezależnie od głębokości skrawania.

Źródło: MAPAL Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG