Guia da máquina de revestimento DLC: rotas de deposição, especificações principais e critérios de compra

Máquina de revestimento DLC: o que ela deposita e como especificar uma

O carbono semelhante ao diamante não é um revestimento que você encomenda por quilograma. É um processo de depoimento que você encomenda, e a câmara é apenas uma variável nessa equação.

Uma ferramentaria que executa 40.000 punções endurecidas por mês observa o mesmo padrão a cada trimestre: as arestas de corte são polidas, as rebarbas crescem e o operador da prensa começa a calçar. Quando alguém finalmente coloca o registro de manutenção ao lado da fatura do ferramental, raramente se conclui que o aço da ferramenta estava errado. A superfície era. Um Máquina de revestimento DLC existe para fixar essa superfície com um filme de carbono de alguns micrômetros de espessura, e especificar um tem menos a ver com o tamanho da câmara do que com qual rota de deposição suas peças, suas tolerâncias e seu ritmo de produção podem realmente sobreviver.

O que uma máquina de revestimento DLC coloca na peça

DLC significa carbono semelhante ao diamante, mas o nome exagera na simplicidade. O que a câmara deposita é uma película de carbono amorfa cujo comportamento provém da proporção de ligações sp2, que são semelhantes a grafite, e ligações sp3, que são semelhantes a diamante, mais qualquer hidrogénio ou metal que esteja deliberadamente ligado. Duas máquinas executando "DLC" podem produzir filmes que não se comportam de maneira semelhante em um contato deslizante.

O DLC hidrogenado, geralmente escrito a-C:H, é depositado a partir de um gás hidrocarboneto e normalmente atinge entre 15 e 30 GPa. O carbono tetraédrico livre de hidrogênio, ta-C, sai de um cátodo de grafite e corre mais alto, geralmente 40 GPa e acima. Para efeito de comparação, o cromo duro fica próximo de 8 a 10 GPa, e o coeficiente de atrito de deslizamento a seco do DLC fica entre aproximadamente 0,05 e 0,2 contra cerca de 0,5 para o cromo. Esses dois números explicam o motivo pelo qual um punção revestido dura mais que um não revestido por uma margem que o cliente observa no calendário de manutenção.

A espessura é onde o otimismo fica caro. Abaixo de cerca de 0,5 micrômetros, a vida útil entra em colapso. Acima de aproximadamente 5 micrômetros, a tensão de compressão interna começa a vencer e o filme delamina em flocos que parecem um defeito de fabricação, mas na verdade são uma decisão do processo tomada meses antes. O DLC de produção normalmente fica entre 1 e 4 micrômetros, e é por isso que a uniformidade da espessura em todo o lote merece mais atenção do que o valor de dureza máxima impresso em um folheto.

As rotas de deposição e quanto custa cada uma

A maioria das máquinas de revestimento DLC no mercado segue uma das quatro rotas. As diferenças aparecem na dureza alcançável, na temperatura do substrato e na tolerância do processo quando uma peça tem uma geometria difícil ou uma tolerância dimensional restrita.

A escolha do caminho geralmente é determinada por duas restrições: a temperatura máxima que seu substrato pode tolerar e se você precisa de um filme mais liso ou mais duro. Uma pista de rolamento endurecida a 60 HRC e um suporte fino de alumínio não compartilham o mesmo orçamento térmico. A mesma química cinematográfica pode ser adaptada substratos de aço, metal duro e alumínio ajustando a tensão de polarização e adicionando uma camada metálica, razão pela qual o design da interface é discutido com tanto cuidado quanto a própria camada de carbono.

Os números que decidem se a máquina terá retorno

Uma folha de especificações é um documento de negociação. Esses são os valores que vale a pena registrar por escrito, porque cada um corresponde ao dinheiro no chão de fábrica.

• Classe de adesão: Os resultados de indentação Rockwell de HF1 ou HF2 são de nível de produção. HF3 e HF4 significam que a camada intermediária ou a etapa de limpeza não está fazendo seu trabalho.
• Uniformidade de espessura: mais ou menos 5% na zona utilizável do rack é bom, 10% é aceitável. Qualquer coisa mais solta aparece como desgaste prematuro nas partes externas de um lote.
• Tempo de ciclo: bombeamento, gravação iônica, deposição e resfriamento combinados. Um ciclo de 90 minutos com 400 peças supera um ciclo de 40 minutos com 120 peças de cada vez.
• Capacidade de carga: medida em área útil revestida, não em volume da câmara. Uma câmara grande com acessórios fracos comporta menos que uma câmara compacta.
• Teto de temperatura do substrato: o que a máquina faz no topo da faixa permitida, não no meio dela.
• Vida útil da fonte e do alvo: quantos lotes antes de um cátodo ou alvo mudar e por quanto tempo essa mudança interrompe a produção.
• Repetibilidade lote a lote: a mesma peça revestida com seis semanas de intervalo deve ficar dentro de alguns GPa e alguns décimos de micrômetro.

Um revestimento que passa no teste de dureza, mas falha no teste de arranhões, não é um revestimento duro. É uma reclamação de garantia atrasada sobre uma peça que já foi enviada.

A dureza é o valor mais fácil de citar e o menos informativo por si só. Um filme de 45 GPa que se estilhaça após 2.000 golpes é pior do que um filme de 20 GPa que dura 200.000. Os testes de aceitação devem, portanto, combinar a dureza com um teste de arranhões, uma verificação de adesão Rockwell e um teste de desgaste real na geometria real da peça.

O que muda no chão de fábrica

A câmara em si ocupa menos espaço do que a infraestrutura ao seu redor. Um sistema DLC de tamanho médio ocupa talvez de 15 a 30 metros quadrados, incluindo o pacote de bombeamento, fontes de alimentação e resfriador, mas o espaço prático também inclui uma área de carga e descarga, uma parede de armazenamento de acessórios e estações de limpeza. Essas estações de limpeza geralmente são o verdadeiro gargalo, não o aplicador.

A preparação de peças é a causa mais comum de reclamações sobre DLC. Impressões digitais, resíduos de fluidos de corte e camadas de óxido sobrevivem à gravação de plasma com mais frequência do que se espera. Se o seu processo não tiver uma linha de limpeza controlada à frente do revestidor, faça um orçamento para uma. Custa uma fração do preço da máquina e evita a maioria das falhas de adesão que são atribuídas à máquina.

Combinando a máquina com as peças que você opera

O substrato decide mais sobre a configuração do que o revestimento. Três grandes grupos abrangem a maioria dos compradores, e um fabricante como um fabricante de equipamentos de revestimento a vácuo PVD e DLC normalmente perguntará qual deles representa o seu volume de produção antes de cotar uma câmara.

Ferramentas de corte e matrizes de conformação

Fresas de topo, brocas, machos, punções e matrizes de conformação se beneficiam de uma camada de carbono dura e de baixo atrito, mas exigem alta adesão e, no metal duro, uma camada intermediária cuidadosa para limitar a difusão do cobalto. As máquinas de arco catódico dominam este segmento porque a dureza ta-C sobrevive às cargas de corte interrompidas que quebram filmes mais macios. A preparação do raio da borda é tão importante quanto o revestimento: uma borda afiada e não polida concentra a tensão e falha precocemente.

Instrumentação médica e cirúrgica

Lâminas cirúrgicas, raspas e componentes endoscópicos necessitam de uma película que permaneça dura, lubrificada e quimicamente estável através de esterilização repetida. As rotas PECVD de baixa temperatura geralmente são adequadas, porque muitas ligas de instrumentos não podem tolerar as temperaturas de superfície criadas por um processo de arco.

Transmissão automotiva e mecânica

Os componentes do injetor de combustível, tuchos, anéis de pistão, engrenagens e rolamentos usam DLC dopado para reduzir o atrito sem alterar a dureza do metal base. Essas peças geralmente têm alto volume e geometria consistente, portanto, a capacidade de carga e o tempo de ciclo têm mais peso do que a flexibilidade do processo.

Perguntas a serem resolvidas antes de assinar

Faça-as por escrito e guarde as respostas anexadas ao pedido de compra. As respostas lhe dirão mais sobre um fornecedor do que qualquer visita à fábrica.

1. Quais substratos, em que condições de superfície, representarão 80% dos seus lotes?
2. Qual é a temperatura máxima do substrato que suas peças toleram e como a máquina se comporta nesse limite?
3. Como é medida a espessura do filme, em que amostra e com que frequência durante a produção?
4. Qual padrão de adesão se aplica: classe Rockwell HF, carga de teste de risco ou ambos?
5. Qual é o tempo de ciclo garantido na carga declarada e quem projeta e possui os acessórios?
6. O que acontece durante uma mudança de cátodo ou alvo e por quanto tempo a produção é interrompida?
7. Quais peças são consumíveis, quanto custam por lote e qual o prazo de entrega da sua região?
8. Como será a aceitação se o primeiro teste de revestimento não atingir os números acordados?

Comissionamento e os primeiros três meses

Uma máquina de revestimento DLC raramente atinge a produção nominal na primeira semana. O primeiro mês normalmente é dedicado ao estabelecimento de parâmetros de limpeza, à confirmação da etapa de gravação e à descoberta da tensão de polarização que proporciona uma adesão aceitável em cada uma das geometrias das peças principais. Espere revestir amostras que nunca saem do prédio e espere que o engenheiro de processo gaste mais tempo na preparação da superfície do que nas configurações de deposição.

A coisa mais útil que você pode fazer antes da entrega é enviar peças de produção em vez de cupons de teste polidos. Um cupom polido passará em quase todos os testes de adesão. Um punção desgastado com seu tratamento térmico original e um raio de borda real informa o que a máquina pode realmente fazer nas peças que pagam por ela.

A escolha de uma máquina de revestimento DLC se resume a três questões: qual filme suas peças precisam, a que temperatura elas podem sobreviver e que repetibilidade seus clientes aceitarão. Responda e a configuração ocorrerá quase automaticamente. Ignore-os e a câmara se tornará uma forma muito cara de produzir rejeitos com acabamento brilhante. Os fabricantes que acertam não compram o maior sistema do catálogo. Eles compram aquele cuja janela de processo corresponde às peças que eles já sabem fazer bem.