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

Plátování kovyPlátování kovy

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

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

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

Průběh chemického složeníPrůběh chemického složení

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

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

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

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

Použití laseruPoužití laseru

1 - 12 0141 - 12 0142 - 12 0402 - 12 0403 - 12 0603 - 12 0604 - 19 1914 - 19 1915 - 15 2305 - 15 230

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

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)

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))

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 -

Žárové stříkání kovůŽárové stříkání kovů

Metalizace (šopování)Metalizace (šopování) ochrana a úpravaochrana a úprava renovace a opravyrenovace a opravy

Pistole:Pistole: plynovéplynové elektrickéelektrické

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

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/

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 /%/

Podmínky elektrolýzyPodmínky elektrolýzy

Polarizace elektrod:Polarizace elektrod: koncentračníkoncentrační odporováodporová chemickáchemická

rozkladné napětírozkladné napětísvorkové napětísvorkové napětí

Složení pokovovacích Složení pokovovacích roztokůroztoků

krystalická stavbakrystalická stavba

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

Zařízení dílnyZařízení dílny

Pokovovací linkaPokovovací linka

Závěsové pokovováníZávěsové pokovování

Hromadné pokovováníHromadné pokovování

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

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

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

Druhy chromátůDruhy chromátů

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

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

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

ChromováníChromování

dekorativní (I)dekorativní (I) mikrotrhlinkovémikrotrhlinkové mikroporéznímikroporézní černéčerné

tvrdé (II)tvrdé (II)

ChromováníChromování

Chromovací lázněChromovací lázně Technologie tvrdého Technologie tvrdého chromováníchromování

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

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

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

Reaktivní napařováníReaktivní napařování

+ chemická reakce mezi + chemická reakce mezi kovem a plynemkovem a plynem

moderní zdokonalení moderní zdokonalení předpětímpředpětím

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

Zařízení pro povlakování CVDZařízení pro povlakování CVD

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.

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)

PVD povlakyPVD povlaky

Modely struktury povlakůModely struktury povlaků

Hloubkový profil vrstvou TiNHloubkový profil vrstvou TiN

Hloubkový profil sendvičovou Hloubkový profil sendvičovou vrstvou (Ti,Al)Nvrstvou (Ti,Al)N

Mikrotvrdost povlakůMikrotvrdost povlaků

Vliv:Vliv:

složenísložení velikost zrnavelikost zrna pnutípnutí

Iontová implantaceIontová implantace

Libovolné prvkyLibovolné prvky

způsob zpevněnízpůsob zpevnění

výhodyvýhodynevýhodynevýhody