FEL ČVUT otevírá špičkovou laboratoř pro vývoj pokročilých materiálů. Cílem jsou „neopotřebitelné“ díly

Skupina pokročilých materiálů působící v rámci katedry řídicí techniky FEL ČVUT, uvádí do provozu novou špičkově vybavenou laboratoř. Dominuje jí přístroj k přípravě tenkých povlaků metodou vysokovýkonového pulzního magnetronového naprašování.

Tým profesora Tomáše Polcara zde bude hledat ideální materiály k úpravě strojírenských dílů. „Svatým grálem“ je najít povlak, díky němuž se mechanické součástky v různých aplikacích stanou prakticky neopotřebitelnými. Nová laboratoř Skupiny pokročilých materiálů se nachází v budově Fakulty elektrotechnické FEL ČVUT v Praze 6 – Dejvicích a právě v těchto dnech se otevírá její testovací provoz.

Ve výbavě laboratoře jsou dvě povlakovací zařízení, 3D optický interferometrický profiloměr pro měření tloušťky povlaků a jejich vnitřního pnutí a zařízení k analýzám přilnavosti. Právě na výzkum speciálních materiálových povlaků o tloušťce typicky 1–5 mikrometru se skupina prof. Polcara zaměřuje dlouhodobě a má už za sebou několik českých i mezinárodních projektů podpořených prestižními granty. Pražská laboratoř se nyní zaměří především na řešení, která lze co nejrychleji přivést do výroby.

Vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování jako game changer

Dominantou nové laboratoře je unikátní povlakovací zařízení střední velikosti určené k průmyslovým aplikacím. Zařízení je vybaveno čtyřmi katodami, z nichž se rozprašuje požadovaný materiál. Unikátnost spočívá v tom, že každá katoda je napájená svým vlastním vysokovýkonovým pulzním zdrojem HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering).

Výkon v pulzu je až jeden megawatt, což vytvoří vysoce ionizované plazma slibující zcela nové vlastnosti připravených povlaků. Oproti standardním technologiím mají povlaky připravené metodou HIPIMS vyšší hustotu, a tím i odolnost vůči korozi či vyšší tvrdost.

Zároveň tato metoda umožnuje povlakovat komplikované tvary či díry, což je zatím stále jednou z limitací stávajících depozičních technik. Experti nyní připravují povlaky z neželezných slitin (takzvané High Entropy Alloys), keramické vrstvy či vrstvy snižující tření.

Vakuová komora má objem 470 litrů, což je dostatečné například pro povlakování až 1000 vrtáků během jediné depozice nebo jedné velké formy pro automobilový průmysl. Vzhledem k velikosti aparatury je tak možné spojit vývoj vrstev s jejich přímým aplikováním na reálné součástky dodané průmyslovými partnery. Výrazně se tím uspíší cesta nových povlaků na trh.

Cíl: odolná řešení vhodná k sériové výrobě

„Akademický výzkum se často zaměřuje na vylepšení jedné vlastnosti, jako je například tvrdost, ale opomíjí další parametry, které jsou mnohdy důležitější. Naším hlavním cílem je dodat průmyslu komplexní řešení,“ říká Dan Karpinski ze Skupiny pokročilých materiálů. Nová laboratoř a možnost vývoje v průmyslových podmínkách je tím velmi atraktivní pro firmy, které chtějí povlaky nově aplikovat či vylepšit.

Zájem o zařízení ze strany firem je už nyní vysoký. Prof. Polcar nedávno získal jako koordinátor EU projekt Lubricoat v celkové výši 52 mil Kč, který je plně založen na možnostech nové laboratoře a kde průmysloví partneři z Německa a Španělska přispějí částkou převyšující 17 milionů Kč.