EU-Flexicoat: a guideto exploitationof PVD

1

C. Schrauwen, A. de Bruin

Dr. Cor Schrauwen, Dr. Arjan Hovestad, TNO I&T,

Ing. Arjan de Bruin, Van der Meer & van Tilburg

EU-Flexicoat:

a guide to exploitation of PVD

Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure2

Agenda

• Falen en presteren van deklagen• Bedrijven verzilveren investering in kennis en innovatie

• EU project Flexicoat• PVD in een notendop• PVD voor de traditionele OT-industrie?• Obstakels voor PVD: schijn of werkelijkheid?

• Best practises uit EU Flexicoat: • PVD start layer, • Powder Topcoat, • Color on demand, • Electroplated base, • Polymer base for PVD,• PVD prototype

• Van Collective Researchproject naar kennistransfer

• Aanbod voor kennistransfer

2


Deklagen presteren, producten kunnen falen

Eigenschappen toevoegen aan de

ondergrond (die die nog niet heeft)

Corrosiebescherming, decoratief, reflectie, verminderde wrijving, uiterlijk, kleur (inclusief “groen”), slijtagebescherming, inslagbescherming, chemische resistentie, antikleef, optische eigenschappen, geleiding, waterminnend, waterafstotend, gevoel, prijs, levensduur, indicator, antiaanslag, zelfherstellend, gecontroleerde afgifte, barrière, oppervlaktestructuur, vergladden, verruwing, antigraffiti, levensmiddeltoelating, ….

Combinaties maken

Meerdere oplossingsroutes


Deklagen voor toegevoegde waarde

• Producten kunnen toch falen:

• Specificatie

• Prijs

• Ondergrond

• Technologiebeheersing

• Als er ergens in de mix iets niet klopt:

• De hoogste kwaliteit voor de laagste prijs

• De toegevoegde waarde mag niks kosten

• Alles onder controle, behalve de ondergrond

3


Ken de ondergrond!

kunststof

product

polymeer


Kennisopbouw, -transfer en valorisatie

research businessproductieproducttechnologieBusiness

idee

Kernvragen waar kennis nodig is

• research: principiële mogelijkheden?

• technologie: eigenschappen en procesvensters?

• product: specificaties?

• productie: economisch aantal producten per jaar?

• Bedrijven verzilveren investering in kennis en innovatie

• Demonstrator � innovatief product

4


EU COLL Flexicoat

• PVD voor traditionele

coatingindustrie

• Kennisopbouw

• Kennisverspreiding

• 2007 - 2010

IAGs:

• KP.OT/KCBI (NL), UITS (F),

Ecometal (I), Herramax (ES)

SMEs:

• Dekracoat (NL), Grip-on (ES),

Embega (ES)

RTDs:

• Tekniker (ES), TNO (NL),

LSBU (UK)


idee


PVD in een notendop

• PVD: d.m.v. fysische processen (verhitten, bombardement) onder

gecontroleerde omstandigheden damp genereren en laten

condenseren (atoom voor atoom) op het halffabricaat

materiaal damp

Reactief gas

5


Waarom PVD en vacuüm?

1. Atoom voor atoom laag opbouwen

2. Verlagen verdampingstemperatuur

3. Ongestoorde dampflux (geen verstrooiing)

4. Geen (ongewilde) oxidatie van metaal

5. Geen ongewenste condensatie (stofvorming, nevenreacties)

6. Geen procesmedium

7. Thermische scheiding (warmteoverdracht alleen door straling)

materiaal damp

Reactief gas


Waar wordt zoal PVD ingezet?

• Optische coatings op glazen ruiten, glas en kunststoffen

• Harde, slijtvaste lagen op metalen gereedschappen en

componenten

• Coatings met lage wrijving op metaal en rubber

• Gas- en waterbarrières voor verpakkingen

• Reflectoren en spiegels op metaal, kunststof en glas

• Geleidende lagen voor elektromagnetische afscherming op

kunststof

• Solar (PV, thermisch, condensator)

• Flexibele elektronica

• Verfraaien; luxe uiterlijk op metaal, kunststof, glas, textiel en

papier

• …….

6


Toepassen van PVD

• PVD voor traditionele coatingindustrie

• Goed idee, maar waarom gebeurt het eigenlijk niet?

• Technische redenen (eigenschappen, laagdikte)

• Economische redenen (duur)

• Culturele redenen

• Resultaten EU Flexicoat

• Redenen zijn geen obstakels

• Verstandig gebruik maken van (traditionele) voor- en

nabehandelingen

• Kennis is aanwezig

• Eigen sommen tellen, voor de hele keten

• Onbekend maakt ombemind


EU Flexicoat: Bekend maakt bemind?

• Guide to exploitation of PVD

• Demonstrators:

• PVD start layer,

• Powder Topcoat,

• Color on demand,

• Electroplated base,

• Polymer base for PVD,

• PVD prototype

• Kennisaanbod voor bedrijven

7


Onderwerpen


Demo 1: PVD start voor galvanische finish

• Combineer:• PVD start op niet-geleidend en heterogeen oppervlak

• Galvanische dikke / glanzende metaallaag

• Vermijd:• Uitgebreide en gevoelige voorbehandelchemie (etsen,

activeren, stroomloze depositie)

• Thermische schade door dikke PVD-laag (meer dan 1 – 5 µm)

• Productdemo’s:

• Spuitdoppen (plastic)

• Ovenhendels (aluminium en plastic)

8


PVD Startlaagdikte

Dikte kritisch voor snelle PVD depositie• Tijd • Thermische belasting

ABS test plaatjes• 5 – 50 nm koper PVD

• 10 µm galvanisch koper zuur

5 nm 10 nm 25 nm


Vergelijking van hechting

• ABS test plaatjes

• 80 nm koper PVD

• 10 µm koper zuur galvanisch

0

100

200

300

400

0 1 2 3 4 5

Displacement (mm)

Input energy (J/m2)

• Met PVD startlaag

• 1: 298 ± 2 J/m²

• 2: 339 ± 5 J/m²

• Volledig natchemisch

• 1: 309 ± 3 J/m²

• 2: 299 ± 2 J/m²

Peel tester

9


Demonstrator: Plastic Spuitdoppen

• PE en PP spuitgietdelen

• PVD Start laag

• 200 nm Cu

• DC Magnetron

• Vacuümboog verdampen

• 10 µm galvanisch glans Cu

• 3 µm primercoating op PP voor hechting

• Goede hechting

• Mooi uiterlijk


Demonstrator Ovenhendels

• PVD start laag

• Meloplas spuitgietdeel:

• 200nm DC Magnetron Cu


• Aluminium 6063-T6 buis



• Zelfde uiterlijk kunststof en aluminium deel !

10


Demo 2: (Beschermende en) Powder topcoat

• Mechanische bescherming van een dunne PVD laag

• Optimalisatie:

• Beschermen dunne PVD coating

• Uiterlijk PVD coating onveranderd laten


Plastic Spuitdoppen en ovenhendels

• Spuitdoppen: gevuld (PE) and

ongevuld (PP)

• Ovenhendels: Meloplas

• UV lak eindlaag

• (3 µm primer voor PP)

• 200 nm DC Magnetron Cu

• 10 µm UV Lak eindlaag

• Kras- / vingervast uiterlijk

11


Verbeteren begrip

• 70 – 80 µm poeder top coatings (polyester, acrylaat)

• Voor hoge glans en lage ruwheid

• PVD titaan met topcoating onbeschermd

20

60

100

140

AP01 AP04 AC02 AC03

Powder type

Vicker's hardness /MPa

0.01

0.06

0.11

0.16

0.21

0.26

Surface roughness / um

Hv o Ra


Demo 3: Color on demand

• Onderscheidende kleuren op medisch gereedschap

• Bestand tegen gebruikelijke reiniging en sterilisatie

• Bijkomende voordelen:

• biocompatibel

• Lagere wrijving

• Verminderde slijtage

• Barrièrelaag (bv nikkel gevoeligheid)

• Corrosiebescherming

• Fraai uiterlijk

12


Demo 4: Electrochemical base

• Combineer:

• Hechting en corrosiewering door (dikke) galvanische

onderlaag

• Lage slijtage / wrijving door (dunne) keramische PVD

coatings

• Vermijd:

• Corrosie en adhesieproblemen

• Dikke PVD lagen

• Productdemo:

• Handgereedschap


Demonstrator: Handgereedschap

• 38MnB5 / QST500o staal

• 10 µm stroomloos Ni, 7-9 gew% P coating

• As-plated

• Warmtebehandeld (1h @ 370oC)

• PVD ZrCN harde topcoating

13


Demo 5 Poeder basis voor PVD

• Vraag: hoogglans messing look

• Maken gietdeel

• poederlakken

• PVD-laag

• Uitruil polijst – coatingkosten

• Corrosiebescherming door poeder

base

• Dunne PVD laag

• Eventueel beschermlaag

poederlak

Aluminium

PVD Titaannitride

Beschermlaag


Poedercoating als basis voor PVD

• Combineer:

• Levelling en corrosiebescherming door poedercoating

• Metallisch uiterlijk door PVD film

• Vermijd

• Polijsten van (giet)metaal onderdelen

• Substraat gerelateerde defecten

14


Demonstrator: Aluminium ovenhendels

• Aluminium 6063-T6 geëxtrudeerde buis

• 90 µm poedercoating (Alesta)


• 10 µm UV-lak eindlaag

• Ook getest op:

• Al5%Cu gietaluminium

• Magnesium ZM21


Verbeteren begrip (Spanningsprofiel)

• Berekenen van de spanningen tussen de lagen

• Controle van spanningen voorkomt scheurvorming

-800

-600

-400

-200

0

200

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Distance to film surface /mm

Calculated stress /MPa

200oC

170oC

140oC

EpoxyTi filmAluminium 70 µm epoxy

Aluminium

0,5 µm PVD Titaan

15


Demo 6: PVD prototype

• Compacte machine, snelle cyclus

• Procesvolume Ø 200x300 mm

• Centrale PVD kamer

met 2 belading/ontladingskamers

• Cyclus:• Afpompen 60 s

• Verwarmen 40 s

• Transport 5 s

• PVD coating 90 s

• Beluchten 10 s

• 6 ronde vacuümboogverdampers (arc evaporators)


Kennisopbouw, -transfer en valorisatie


idee

Kennis voor zaken

• research: LSBU, TNO

• technologie: TNO, Tekniker, LSBU

• product demonstrators: EU Flexicoat partners

• productie: Tekniker, TNO

• Welke bedrijven verzilveren deze investering in kennis?

• Demonstrator� innovatief product

16


Aanbod voor Kennistransfer naar bedrijven

• Guide to the exploitation of PVD aanvragen bij

• Advies van kennisdragers

• Financiële ondersteuning bij kennistransfer

aan bedrijvencluster


Kennistransfer naar bedrijvencluster

• Project voor minimaal 5 MKB

• Kennistransfer van kennispartner naar bedrijven

• Duur 6 – 9 maanden

• Minimale clusterbijdrage 10% project kosten (in cash)

• Eigen bedrijfsinspanning noodzakelijk

• Cluster:

• Producteigenaren

• Traditionele coatingindustrie

• PVD coaters

• Toeleveranciers Innovatie is topsport!

Trainen en team?


idee

17


Met dank aan:

• Bedrijven en organisaties

• U allen voor uw aandacht

EU-Flexicoat: a guideto exploitationof PVD

Documents

Transcript of EU-Flexicoat: a guideto exploitationof PVD