TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

Kovové povlaky a vrstvy







plátování
žárové pokovování
roztavených kovech
tepelné a chemickotepelné zpracování
žárové stříkání
chemické
elektrochemické
fyzikální
Ochrana:
v



legováním
anodická
katodická
Plátování kovy
Žárové pokovování
v roztavených kovech
Kovy s nízkou teplotou
tání




zinkování
cínování
hliníkování
olovění
Jednoduché, poměrně
levné (vhodné pro
polotovary)
Vznik difúzní mezivrstvy


dobré zakotvení
nebezpečí zhoršení
mechanických vlastností
Žárové zinkování
Fáze v diagramu Fe-Zn
α - tuhý roztok Zn ve
feritu
γ - Fe5Zn21
δ - tuhý roztok FeZn7
ξ - FeZn13
η - tuhý roztok Fe v Zn
Žárové zinkování
Teplota 440 - 470 °C
Tavidla ZnCl2 , NH4Cl
Vliv na intermetalické fáze:
 teplota
 ocel (+ hlavně Si)
 Zn lázeň (- přísada Al)
Způsoby:
 suchý
 mokrý
 specielní
Průběh chemického složení
Žárové cínování
Teplota 270 - 350 °C
Tavidla ZnCl2 , NH4Cl



ve třech lázních
ve dvou lázních
litiny
Žárové hliníkování
Sendzimirova metoda
Teplota 700 °C - tavidla fluoridová
Potlačení FeAl3 přísadou Si do lázně
vhodná pro zvýšení žárovzdornosti
Žárové olovění
Teplota 370 °C
Tavidlo ZnCl2
Pro vytvoření intermetalické vrstvy lázně:
 12 - 15 % cínu
 2 - 6 % antimonu
Vrstvy zpevněné fázovou
transformací
Povrchové kalení:
 plamenem
 indukcí
 moderní metody
(laser, plasma, elektronový ohřev)
chemické složení se nemění
Zvláštní způsoby:


kalení z tekutého stavu
povrchové legování
Použití laseru
1 - 12 014
2 - 12 040
3 - 12 060
4 - 19 191
5 - 15 230
Chemicko-tepelné zpracování
Difúzní sycení povrchu
(v tuhém stavu)
- složení vrstvy se mění Nutnost vytvoření
aktivního prostředí podstatou difúzní děje
V rámci technologie
tepelného zpracování:
 cementace
 nitrocementace
 nitridace
 karbonitridace
 sírování
Termodifúzní pochody
Termodifúzní chromování
(inchromování)
Termodifúzní zinkování
(scherardování)
Teploty 900 - 1200 °C
Doba 1 - 12 hod (vrstva až
30 μm)
Rozklad halogenidů
Teploty 350 - 400 °C
Doba 1 - 10 hod (vrstva 30 80 μm)
Směs práškového Zn + ZnO
+ křemičitý písek
vlastnosti vrstvy závislé na
obsahu uhlíku
Vysokoteplotní způsob
v parách Zn (700 - 1000 °C)
Termodifúzní pochody
Termodifúzní hliníkování
alitování (800-1000 °C)
doba 1 - 10 hod; (9 %Al2O3, 90
%feroaluminia, 1 %NH4Cl)

kalorizování (800-1000 °C)
doba 2 hod; (50 %Al2O3, 50
%Al + NH4Cl)

alumetování
(žíhání po metalizaci, 800 1000 °C)

Termodifúzní křemíkování
Teploty 700 - 1000 °C
 zásyp (práškové SiC nebo
ferosilicia + písek + FeCl3)

plynná fáze (hlavně SiCl4)
Termodifúzní pochody
Termodifúzní boridování
Termodifúzní beryliování
(vysoká tvrdost a odolnost
proti otěru bez TZ)
(vhodné zejména proti
oxidaci spalnými zplodinami)
řada metod
nejčastější v plynu
Teplota 500 - 600 °C
Plynná směs BCl3 + H2

Prostředí
- působení chlorovodíku na
feroberylium nebo oxid
berylnatý -
Žárové stříkání kovů
Metalizace (šopování)
 ochrana a úprava
 renovace a opravy
Pistole:
 plynové
 elektrické
Chemické pokovování
Bezproudé vylučování:
 ponorem, potíráním,
vyvařováním
 kontaktem
 redukcí





výhody a nevýhody

mědění
cínování
zinkování
chromování
stříbření
niklování
Elektrochemické (galvanické)
pokovování


galvanostegie
galvanoplastika
Elektrochemický
ekvivalent
elektrolýza roztoku
Ae = M / n.F
rozpustné anody
M - molární hmotnost /g.mol-1/, n mocenství kationtu, F - Faradayova
konstanta 96 487 /C.mol-1/
vodíkové přepětí
Faradayovy zákony
I.
M = Ae.I.τ
II.
mx : my = Mx/nx : My/ny
celkem
m = M.I.τ / n.F
Proudový výtěžek r
 katodický
 anodický
Výpočet pokovení
h.s.c = Ae.I.τ.r
τ - čas /s/, h - tloušťka /mm/, c plocha předmětu /mm2/, s - hustota
/g.mm-3/, r - proudový výtěžek /%/
Podmínky elektrolýzy
Polarizace elektrod:
 koncentrační
 odporová
 chemická
Složení pokovovacích
roztoků
krystalická stavba
rozkladné napětí
svorkové napětí
Postup
pokovování
Zařízení dílny:
 zdroj a rozvod el.
proudu
 vany, přípravky apod.
 mechanizace a
automatizace
 přidružená zařízení
Zařízení dílny
Pokovovací linka
Závěsové pokovování
Hromadné pokovování
Mědění
Alkalické kyanidové lázně
 jemnozrnné
 vysoká přilnavost
 vyšší hloubková
účinnost
 matné
 nižší výtěžek a rychlost
Lázně kyselé
 nejedovatost
 vyšší rychlost a účinnost
 + leskutvorné přísady
 malá hloubková
účinnost
 nelze bez mezivrstvy
Mosazení
Lázně vesměs kyanidové
použití hlavně dekorativní
- barva bílá až červená
nutná údržba lázní
Nositel kovu
Na2Cu(CN)3 +
Na2Zn(CN)4
Stabilizace
Na2CO3 + NH4Cl
Zinkování
Alkalické lázně
 kyanidové



toxické
dobré provozní vlastnosti
bezkyanidové



relativně nejedovaté
menší proudová hustota
matné
Kyselé lázně
 slabě kyselé (moderní)
- báze chloridových +
leskutvorné přísady

kyselé
- báze ZnSO4 - malá hloubková
účinnost, vysoká rychlost
pokovení
Druhy chromátů
Kadmiování
Jedovaté a karcinogenní
účinky
V porovnání se Zn
 kluzné vlastnosti
 přechodový odpor
 pájitelnost
Lázně
 alkalické kyanidové
- Na2Cd(CN)4 
velká hloubková
účinnost
kyselé
- CdSO4 

vysoký proudový
výtěžek
Cínování
Alkalické lázně
- Na2SnO3 -
Kyselé lázně
- SnSO4 - + formaldehyd
pasivace anod +
CH3COONa + H2O2
+ leskutvorné přísady




dobrá hloubková
účinnost
matnější vzhled
dobrá pájitelnost
lesklé povlaky
Niklování
Lázně
 síranové


chloridové


jemnozrnné, matné, nižší pnutí
vyšší proudové hustoty, vyšší
pnutí
fluoroboritanové a
sulfamátové

vysoká vylučovací rychlost
Nikl - seal
- nevodivé přísady 

dekorativní
funkční
Černé niklové povlaky
Údržba
Chromování

dekorativní (I)




mikrotrhlinkové
mikroporézní
černé
tvrdé (II)
Chromování
Chromovací lázně
Technologie tvrdého
chromování
Fyzikální a fyzikálně-chemické
povlakování




napařování
naprašování
iontové povlakování
iontová implantace
Děje:
 odpařování a
rozprašování pevného
zdroje
 plazmochemické reakce
 přímá interakce plazmy
s povrchem
Přehled fyzikálních a fyzikálněchemických metod
NAPAŘOVÁNÍ
NAPRAŠOVÁNÍ
IONTOVÉ
POVLAKOVÁNÍ
IONTOVÁ
IMPLANTACE
způsob získávání odpařování
terče: rozprašování terče: dc napařování
nebo vysokoenergetické
deponovaných
odpor. ohřev, elektr. výboj, rf. výboj,
naprašování se silnou ionty
získáváme
částic
svazek, oblouk. výboj,
ionizací částic
z výboje plazmatu
použitá
atmosféra
vakuum
(reaktivní plyn)
pracovní tlak
10-3 Pa
transport částic
přímá cesta na substrát rozptyl částic vlivem silný srážkový proces přímá
bezesrážková
s minimem srážek
srážkového procesu
čistění substrátu
cesta na substrát
energie částic
0,2 až 1,0 eV
předpětí
substrátu
na 0
depoz.
rychlost 10 až 4000
-1
/µ m.min /
adheze
dobrá
(závislá
teplotě substrátu)
popř. argon, xenon
(reaktivní plyn)
0,1 až 10 Pa
popř. argon popř. (reaktivní vakuum
plyn)
0,1 až 10 Pa
10-3 až 10-4 Pa
0,1 až 100 eV
2 až 5 keV
10 až 100 keV
0
- 200 až - 3000 V
10 až 100 keV
5.10-3(-4)
0,1 až 25
0,01
na velmi dobrá
výborná (závislá
předpětí substrátu)
na ionty
vytvrzují
povrchovou vrstvu
Napařování
vakuum (10-3 Pa)
 bez předpětí
 depoziční rychlost
10 - 4000 μm.min-1
 vliv podložky

Reaktivní napařování
+ chemická reakce mezi
kovem a plynem
moderní zdokonalení
předpětím
Povlakování
CVD
(Chemical Vapour
Deposition)


tlak 103 - 104 Pa
teplota 800 - 900°C
TiCl4 + 0,5 N2 + 2 H2 =
TiN + 4 HCl
TiCl4 + CH4 =
TiC + 4HCl
2 Al2Cl3 + 3 H2O =
Al2O3 + 6 HCl
Zařízení pro povlakování CVD
Porovnání tvrdostí povlaků CVD
s tvrdostmi různých materiálů a vrstev
zušlecht.
kalené
nitridace
tvrdý Cr
TiC-WC
CVD - Cr©
CVD - Al2O3
CVD - Ti(C,N)
SiC
CVD - TiC
BC
diamant
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
tvrdost / HV /
7000
8000
9000
10000
Povlakování
PVD
(Physical Vapour
Deposition)
 tlak 0,1 - 10 Pa
 předpětí -200 až
-3000 V
 depoziční rychlost
0,1 - 25 μm.min-1
Zdroj částic


nízkonapěťový oblouk
(napařování)
magnetrony
(naprašování)
PVD povlaky
Modely struktury povlaků
Hloubkový profil vrstvou TiN
Hloubkový profil sendvičovou
vrstvou (Ti,Al)N
Mikrotvrdost povlaků
Vliv:



složení
velikost zrna
pnutí
Iontová implantace
Libovolné prvky
způsob zpevnění
výhody
nevýhody