Měření jednotlivých vlastností vrstev

Tvrdost

Tvrdost je definována jako odpor materiálu proti pronikání cizího tělesa. Klasická tvrdost materiálu je měřena různými tvary vnikajících tělísek - pak je označována tvrdost HB, HRC,HV apod. Měření probíhá tak, že se po určitou dobu zvyšuje zátěž až do maximální hodnoty, pak následuje odtížení a odečet hodnoty, která koresponduje s hloubkou respektive s velikostí stopy. Z těchto údajů se zjišťuje výsledná tvrdost.

Mikrotvrdost

Je určována zejména pro tenké vrstvy, definice je stejná jako u „klasické“ tvrdosti, ale hlavní rozdíl spočívá ve volbě velikosti maximální zátěže. V tomto případě je maximální zátěž v řádu desítek mN (milinewtonů což odpovídá gramům). Důvodem použití tak nízkých zátěžných sil spočívá v nutnosti měření tvrdosti samotné vrstvy bez vlivu materiálu na kterém je vrstva nanesena.Tyto přístroje jsou vhodné pro měření tvrdostí tenkých vrstev jako otěruvzdorných vrstev, galvanických povlaků, laků apod. Hlavní výhodou těchto typů přístrojů je měření tvrdosti v průběhu zatěžování i během odtěžování. Výsledkem měření je pak nejen výsledné číslo odpovídající tvrdosti materiálu, ale i tvar zatěžovací a odtěžovací křivky. Na ní je možné rozpoznat nejen nehomogenity, vměstky v různých hloubkách apod., ale mezi hlavní výhody patří rozpoznání podílu elastické a plastické deformace. Přístroje tohoto typu jsou prakticky jedinými široce využívanými nástroji pro zjišťování tvrdostí vrstev tenkých několik tisícin milimetru.

mikrotvrdoměr Fischerscope H100	měření mikrotvrdosti

Drsnost

Je souhrn nerovností povrchu s relativně malou vzdáleností, které nevyhnutelně vznikají při výrobě nebo jejím vlivem. V případě nanášení PVD vrstev je drsnost způsobená jak vlastním opracováním nástroje, tak i odprašovaným materiálem, který je deponován na nástroj. Při měření drsnosti se nepočítají vady povrchu, tj. náhodné nepravidelné nerovnosti, které se vyskytují jen ojediněle (rysky, trhlinky, důlky apod.) a které vznikají vadami materiálu, poškozením aj.
Z důvodu eliminace vlivu předchozího opracování nástroje se provádí měření drsnosti na speciálně leštěných etalonech jejichž výchozí drsnost Ra je 0,01 - 0,02 μm. Měřená výsledná drsnost není pak ovlivněná opracováním původního nástroje, ale jen vznikající vrstvou.

drsnoměr Mitutoyo SJ 20	měření drsnosti

Adheze

Jedná se vyhodnocování přilnavosti vrstvy k povlakovanému nástroji. V naší laboratoři využíváme dvě metody pro měření adheze povlaků k substrátu.

Scratch test - při vyhodnocování se využívá principu postupně se zvyšující zátěžné síly na diamantový Rockwellův hrot při současném posouvání špičky hrotu po měřené vrstvě. S ohledem na běžné velikosti přilnavosti se prakticky používá zátěžná síla v rozsahu 20 - 120N. Při měření vrstvy je detekována akustická emise, která se mění při odtržení vrstvy což koresponduje s určitou hodnotou v N. Tato kritická hodnota při které dochází k odtržení vrstvy se označuje jako adheze vrstvy. Navíc je možné provést závěrečnou kontrolu pomocí optického mikroskopu. Pomocí mikroskopu se určí na vzniklé dráze místo, kde došlo k odtržení vrstvy a je odečtena přesná hodnota kritické zátěže.

scratch tester	princip měřění

Rockwell - provozní metoda měření adheze, která se měří pomocí Rockwellova tvrdoměru. Hodnotí se vtisk Rockwellova hrotu na pomocném vzorku. K hodnocení slouží empirická stupnice HF0 až HF8, kdy vyhovující adheze je HF0 až HF3.

Rockwell	hodnocení vtisku

Tloušťka

Pro měření tloušťky vrstvy se využívá zařízení kalotest. Princip měření je následující: pomocí otáčející se leštěné kuličky na kterou se nanese diamantová pasta dochází k proleštění jak nanesené vrstvy, tak i tenké podpovrchové vrstvy. Ze znalosti průměru kuličky a mikroskopem změřených průměrů kulových vrchlíků je možné jednoduchým výpočtem stanovit tloušťku nanesené vrstvy. Toto měření je z důvodů vyšší přesnosti vhodné provádět na vyleštěných etalonech.

princip měření tloušťky	schema zařízení

Doplňkové diagnostické metody

SEM je další přístroj a metoda dosažitelná v dceřinné společnosti PIVOT. Pomocí SEM je možné provádět velmi operativně hodnocení povrchů povlaků, struktury vrstev na lomech či výbrusech a vyhodnocení geometrie břitů nástrojů včetně způsobu opotřebení atd. Skenovací elektronový mikroskop TESCAN VEGA TS5130 je v našich laboratořích k dispozici od června 2006.

SEM - TESCAN	SEM-reliéf povrchu	SEM-detail frézy

EDX analýza
Jedná se o analytickou metodu výrazně rozšiřující možnosti elektronového mikroskopu. Při ní jsou speciálním detektorem zaznamenávány kvanta rentgenového záření. Na základě měření jejich energií je pak možné zjistit složení analyzovaného předmětu. Takovým způsobem je možné stanovit nejen kvalitativní, ale i kvantitativní složení měřených vzorků. Další možností této metody je i tzv. mapping, při kterém je možné vytvořit mapu výskytu zvolených prvků.

Od roku 2011 naše laboratoř využívá bezdotykové optické měření zaoblení břitů. Tato metoda je využívána jak při vývoji a optimalizaci mechanických úprav nástrojů před povlakem, tak i pro běžnou výrobní kontrolu.

MikroCAD Lite	Zobrazení břitů řezného nástroje

Metalografické hodnocení vzorků je možné v naší laboratoři provádět s pomocí přístrojového vybavení od firmy Struers. Provádíme vyhodnocení metalografických výbrusů vzorků se zaměřením na tloušťku vrstev a jejich strukturu. Současně jsme schopni vyhodnotit i kvalitu substrátů, především slinutých karbidů.

Leštička	Leštička-detail	Metalograf. výbrus - vrstva-substrát

Melografický výbrus - vadný tvrdokov