PVD povlaky
Fyzikální napařování tvrdé vrstvy ve vakuu při teplotě kolem 200–500 °C.
- Účel
- Vysoká tvrdost, nízké tření a delší životnost nástrojů.
- Typické použití
- Řezné nástroje, formy, střižné a lisovací nástroje.
- Vhodné materiály
- Rychlořezné a nástrojové oceli, tvrdokov.
- Kategorie
- Moderní tenké povlaky
Jak proces funguje
PVD (Physical Vapour Deposition) je skupina vakuových procesů, kterými se na nástroje a přesné komponenty nanášejí velmi tenké, tvrdé a pevně přilnavé vrstvy — například TiN, TiAlN, AlTiN, CrN, AlCrN, ZrN, DLC mezivrstvy či vícevrstvé a nanokompozitní systémy. PVD tedy není jeden konkrétní povlak, ale technologie jeho vytvoření.
Pevný povlakový materiál se ve vakuu převede do plynné nebo plazmové fáze a následně kondenzuje na povrchu obrobku. Zdrojem jsou vysoce čisté kovové terče (titan, chrom, hliník), které se odpařují elektrickým obloukem nebo se z nich atomy uvolňují bombardováním ionty při naprašování (sputtering). Současným přiváděním reaktivního plynu, typicky dusíku, vznikají nitridy jako TiN nebo CrN.
Klíčové procesní parametry
- Procesní teplota typicky 150–500 °C, u moderních nízkoteplotních procesů i pod 100 °C
- Metoda depozice: katodové obloukové odpařování (vysoká ionizace, hustá vrstva, riziko makročástic/kapiček) nebo magnetronové naprašování (hladké vrstvy, méně defektů)
- Moderní HiPIMS a pulzní technologie — vysoká ionizace, hustota a adheze při hladkém povrchu
- Tloušťka tvrdých povlaků pro řezné nástroje typicky 2–5 µm
- Tvrdost nitridových PVD povlaků přibližně 2 000–3 500 HV, u speciálních systémů i vyšší
- Odčerpání komory, zahřívání, iontové leptání argonem a rotace obrobků kolem jedné nebo více os
Typické aplikace
- Vrtáky, frézy, závitníky, výstružníky a protahovací nástroje
- Střižné, lisovací a tvářecí nástroje
- Formy a přesné mechanické komponenty
- Automobilové a zdravotnické díly
Výhody
- Nízká procesní teplota — lze povlakovat tepelně zpracované HSS a nástrojové oceli bez výrazné ztráty tvrdosti
- Velmi tenká vrstva, malý rozměrový nárůst, vhodné i pro přesné nástroje
- Vysoká tvrdost, hustota a adheze vrstvy
Omezení a rizika
- Charakter přímé viditelnosti (line-of-sight) — hluboké slepé otvory a zastíněné oblasti se povlakují hůře
- Vysoká citlivost na čistotu a kvalitu podkladu; vrstva kopíruje topografii základního povrchu
- Vyžaduje dostatečně tvrdý a houževnatý substrát — na měkkém podkladu se povlak proboří, praskne nebo odloupne
- U obloukových povlaků zvýšená drsnost vlivem makročástic; při nevhodné architektuře vysoká vnitřní napětí a odlupování
Kontrola kvality
- Tvrdost tenkých vrstev instrumentovanou indentací nebo nanoindentací podle ISO 14577
- Adheze scratch testem — ISO 20502 (keramické povlaky diamantovým hrotem), ASTM C1624 (tvrdé keramické povlaky včetně nitridů, karbidů a DLC, PVD i CVD)
- Kontrola drsnosti, makročástic a rovnoměrnosti tloušťky
Typický technologický postup
Kvalitní PVD povlak začíná před samotnou depozicí: povrch musí být dokonale odmaštěný, zbavený oxidů a nečistot a často jemně leštěný, protože tenká vrstva kopíruje topografii podkladu. Díly se vloží do vakuové komory, komora se odčerpá, díly se zahřejí a povrch se aktivuje iontovým leptáním argonem. Během depozice se obrobky otáčejí, čímž se zlepšuje rovnoměrnost vrstvy.
Jak tenká vrstva funguje
Tenký PVD povlak nefunguje jako silná mechanická bariéra. Nástrojový systém je kombinací velmi tvrdého povlaku a nosného, houževnatého substrátu. Pokud je základní materiál příliš měkký, extrémně tvrdý povlak se při vysokém kontaktním tlaku proboří, praskne nebo odloupne.
Související normy
- ISO 14577-1:2026 — instrumentovaná indentační zkouška tvrdosti
- ISO 20502 — stanovení adheze keramických povlaků scratch testem
- ASTM C1624-22 — pevnost adheze a mechanické porušení keramických povlaků