Návrh otěruodolných povlaků pro využití v průmyslových aplikacích za vysokých teplot
Design of wear resistant coatings for high temperature industrial applications
Typ dokumentu
disertační prácedoctoral thesis
Autor
Martin Daněk
Vedoucí práce
Polcar Tomáš
Oponent práce
Carvalho Sandra
Studijní obor
Elektrotechnologie a materiályStudijní program
Elektrotechnika a informatikaInstituce přidělující hodnost
katedra řídicí technikyPráva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
Dizertační práce se věnuje problematice nanášení a využití povlaků deponovaných metodou magnetronového naprašování. Práce je členěna do dvou hlavních částí – na část teoretickou a praktickou. Teoretická část se zabývá převážně shrnutím poznatků o povlacích, růstem materiálů a aplikací povlaků pro využití za vysokých teplot. Jsou zde rozebrány jednotlivé technologie pro tvorbu ochranných povlaků se zaměřením na magnetronové naprašování. U technologie magnetronového naprašování jsou zdůrazněny rozdíly v naprašování povlaků v laboratorních podmínkách a průmyslových podmínkách. Zároveň je kladen důraz na průmyslovou předúpravu jednotlivých nástrojů a materiálu před povlakováním, tak aby předúprava odpovídala požadovanému účelu povlakování. Praktická část je rozdělena na dvě kapitoly. První kapitola se zabývá problematikou povlaků pro moderní obrábění vysokými rychlostmi bez využití chlazení. V této kapitole je optimalizován průmyslově běžně využívaný povlak TiAlN dopováním chromem. Je představen naprašovací model, který předpovídá multivrstvou strukturu povlaku. Pro povlaky TiAlN a tři verze TiAlCrN povlaků s různým obsahem chromu je analyzována oxidační odolnost, odolnost proti teplotě, odolnost proti opotřebení, mechanické a tribologické vlastnosti povlaků. Následně jsou tyto povlaky testovány obráběním za náročných podmínek. Druhá kapitola praktické části se zabývá návrhem a testováním povlaku pro ochranu nástrojů využívaných pro vysokotlaké lití hliníku. Je analyzováno mechanické a tepelné namáhání těchto nástrojů. Na základě této analýzy je navržena dvouvrstvá architektura povlaku. Kde spodní vrstva má za účel zvýšení adheze povlaku a snížení vlivu vnitřního napětí v oceli, způsobeného tepelným cyklováním, na vznik trhlin v ocelovém substrátu. Vrchní vrstva chrání nástroj a spodní vrstvu před abrazí a adhezí způsobenou tekutým hliníkem. Pro každou z vrstev jsou na základě literatury a průmyslových zkušeností vybrány nejlepší povlaky na bázi nitridů nebo oxidů. Spodní vrstva je testována především tepelným cyklováním a vrchní vrstva je mechanicky a chemicky namáhána. V závěru práce jsou uvedeny výsledky testování praktické části a zároveň představeny konkrétní aplikace vyvinutých povlaků ve strojírenské praxi. The thesis deals with the deposition and practical applications of coatings applied by the magnetron sputtering method. The thesis is divided into two main parts - theoretical and practical. The theoretical section deals mainly with a summary of our current understanding of coatings, material growth, and application of coatings for use at high temperatures. Included therein is a description of technologies for the deposition of protective coatings, with a focus on magnetron sputtering. The discussion about magnetron sputtering technology emphasizes the differences between sputtering in the laboratory and under industrial conditions. Emphasis is also placed on the industrial pre-treatment of the individual tools and materials prior to coating, so that the pre-treatment meets the desired purpose of the coating. The practical part is divided into two chapters. The first chapter deals with coatings used for modern high-speed machining without the use of a cooling liquid. This chapter details the optimization of the commonly used TiAlN coating by doping it with chromium. A sputtering model is presented, which predicts a multilayer coating structure. For the TiAlN coating and the three variants of TiAlCrN, each of which has a different chromium content - oxidation resistance, temperature resistance, wear resistance, mechanical and tribological properties are analyzed. Subsequently, these coatings are tested by machining under severe conditions. The second chapter deals with the design and testing of coatings for the protection of tools used for high-pressure aluminum casting. The mechanical and thermal stresses of these tools are analyzed. Based on this analysis, a two-layer coating architecture is designed. Within this two-layer coating the base layer has the purpose of increasing the adhesion of the coating and reducing the effect of internal stress in the steel caused by thermal cycling on the cracking of the steel substrate. The top layer protects the tool and the base layer from abrasion and adhesion of the molten aluminum. The best nitride and oxide coating candidates are selected for each of the layers. The lower layer is predominantly tested by thermal cycling, and the top layer is mechanically and chemically stressed. In the summary of the thesis, the results of the practical tests are presented, and contextualized in terms of application-specific coatings.
Zobrazit/ otevřít
Kolekce
- Disertační práce - 13000 [706]