eu-flexicoat: a guideto exploitationof pvd
TRANSCRIPT
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure3
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure4
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure5
Ken de ondergrond!
kunststof
product
polymeer
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure6
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure7
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)
research businessproductieproducttechnologieBusiness
idee
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure8
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure9
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure10
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure11
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure12
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure13
Onderwerpen
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure14
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure15
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure16
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure17
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure18
Demonstrator Ovenhendels
• PVD start laag
• Meloplas spuitgietdeel:
• 200nm DC Magnetron Cu
• 10 µm galvanisch glans Cu
• Aluminium 6063-T6 buis
• 200nm DC Magnetron Cu
• 10 µm galvanisch glans Cu
• Zelfde uiterlijk kunststof en aluminium deel !
10
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure19
Demo 2: (Beschermende en) Powder topcoat
• Mechanische bescherming van een dunne PVD laag
• Optimalisatie:
• Beschermen dunne PVD coating
• Uiterlijk PVD coating onveranderd laten
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure20
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure21
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure22
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure23
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure24
Demonstrator: Handgereedschap
• 38MnB5 / QST500o staal
• 10 µm stroomloos Ni, 7-9 gew% P coating
• As-plated
• Warmtebehandeld (1h @ 370oC)
• PVD ZrCN harde topcoating
13
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure25
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure26
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure27
Demonstrator: Aluminium ovenhendels
• Aluminium 6063-T6 geëxtrudeerde buis
• 90 µm poedercoating (Alesta)
• 200nm DC Magnetron Cu
• 10 µm UV-lak eindlaag
• Ook getest op:
• Al5%Cu gietaluminium
• Magnesium ZM21
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure28
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure29
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)
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure30
Kennisopbouw, -transfer en valorisatie
research businessproductieproducttechnologieBusiness
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
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure31
Aanbod voor Kennistransfer naar bedrijven
• Guide to the exploitation of PVD aanvragen bij
• Advies van kennisdragers
• Financiële ondersteuning bij kennistransfer
aan bedrijvencluster
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010PVD brochure32
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?
research businessproductieproducttechnologieBusiness
idee