V týchto prípadoch ide o kontaktné (klzné) trenie bez alebo s lubrikačnou látkou. Tenké vrstvy sú využívané aj v optike, ako ukazuje predmet experimentu, predstavený v tomto článku – vrstva deponovaná na ploche paraboly svetlometu vyrobeného z plastu. Príkladom je aj [3], kde autori naparili Al vrstvu elektrickým odparovaním na plast. Výsledky meraných vlastností boli blízke predstaveným výsledkom v tomto článku.
Vákuovými metódami deponovania tenkých vrstiev z pár sa zaoberajú mnohí autori, ako napríklad [4, 5]. Vývoj technológií deponovania TV a zariadení na tento účel prebieha dodnes [6 – 8].
Cieľom experimentu bola analýza mechanických vlastností komerčne vyrábaného povlaku na báze Al, deponovaného na funkčnom povrchu paraboly osobného automobilu Citroen Xsara (obr. 1).

Obr. 1: Parabola svetlometu osobného automobilu Citroen Xsara

Príprava experimentu
Tenká vrstva bola deponovaná na plastovom substráte vyrezanom z paraboly svetlometu osobného automobilu Citroen Xsara (obr. 1). Hodnotená vzorka bola oddelená z telesa povlakovanej plochy ručne, pomocou pílky na kov. Rozmery vzorky sú 50x20x1 mm (obr. 2).

Obr. 2: Vzorka pre experiment z hodnoteného svetlometu

Hrúbka vrstvy bola hodnotená pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu (SEM) Jeol 7000F pozorovaním miesta porušenia vrstvy. Pred hodnotením hrúbky bola vzorka pozlátená. Chemické zloženie vrstvy bolo hodnotené pomocou EDX detektora, ktorý je súčasťou SEM. Bola hodnotená bodová chemická analýza WC/C vrstvy. Adhézia bola hodnotená pomocou Mercedes testu, vpichnutím guľôčky do povlakovaného povrchu silou 150 kp. Bola použitá guľôčka, pretože podklad (substrát) je plast, čiže mäkký materiál.
Drsnosť povrchu Ra bola určená pomocou dotykového profilometra Miruroyo Surftest SJ 301. Hodnotená bola dĺžka povrchu 1,25 mm.

Diskusia
Bola hodnotená tenká vrstva deponovaná na plastovú plochu paraboly svetlometu osobného automobilu Citroen Xsara. Bola nameraná hrúbka vrstvy 1,5 μm (obr. 3).

Obr. 3: Hrúbka hodnoteného povlaku 1,5 μm, SEM

Chemické zloženie vrstvy ukázalo, že ide o vrstvu na báze Al. ďalšími prvkami sú C, O2 a Ti (obr. 4). Prítomnosť C ukazuje, že ide o karbid Al. Prítomnosť O2 ukazuje na možnú zlúčeninu Al2O3, čo v obidvoch prípadoch hovorí o tvrdom povlaku.. Nízke množstvo Ti môže byť spôsobené prítomnosťou Ti „pilín“ v plaste.
Adhézia určená Mercedes testom je stupňa HF 2, čo je dostatočné vzhľadom na to, že vrstva nie je v prevádzke mechanicky zaťažovaná.
Drsnosť povrchu Ra rovná 0,02 μm je dostatočne nízka pre účely odrazu svetelného lúča.

Obr. 4: Chemické zloženie hodnoteného povlaku, EDX

Obr. 5: Drsnosť Ra = 0,02 μm, dotykový profilometer

Obr. 6: Adhézia hodnoteného povlaku stupeň HF 2, optický mikroskop

Záver
Po vykonaní experimentov možno konštatovať, že:
• boli hodnotené: hrúbka, chemické zloženie, drsnosť a adhézia tenkej vrstvy;
• hrúbka Al tenkej vrstvy je 1,5 μm, čo je na optické účely vyhovujúce;
• chemické zloženie potvrdilo, že ide o naparenú tenkú vrstvu na báze Al, ktorá obsahuje vysoké množstvo C a menšie množstvo O2 a Ti;
• drsnosť Al tenkej vrstvy je Ra = 0,02 μm, čo je pre využívanie v oblasti optiky vyhovujúce;
• adhézia vrstvy, stupeň HF 2, meraná Mercedes testom ukázala, že je vyhovujúca pre uvedené použitie;
• možno konštatovať, že hodnotená tenká vrstva je vhodná pre použitie na povlakovanie funkčných plôch plastových výrobkov pre optickú oblasť.

TEXT/FOTO: Daniel Kottfer, Jozef Trebuňa, SjF, TU Košice, Piotr Kurylo, Uniwersytet Zielonogórski

Poďakovanie
Táto práca bola finančne podporená Slovenskou grantovou agentúrou z projektu VEGA 1/0432/17 a Agentúrou na podporu vedy a výskumu z projektu APVV-16-0359.

Literatúra:
[1] D. Kottfer, M. Ferdinandy, L. Kaczmarek, I. Maňková, J. Beňo: Applied Surface Science 282 (2013)
pp. 770 – 776
[2] D. Kottfer, M. Marton, M. Ferdinandy, P. Trebuňa, L. Kaczmarek: Physica Status Solidi A: Applications and Materials Science 212 10 (2015) pp. 2 271 – 2 277
[3] D. Kottfer, Ľ. Kaščák, I. Gajdoš, F. Rehák: Transfer inovácií. 35 (2017) pp. 79-81
[4] B. Bhushan, K. Gupta S.: Handbook of Tribology – Materials, Technology and Surface Treatments, McGraw-Hill, United States of America (1991)
ISBN 0-07-444-005249-2
[5] D. Kottfer, M. Ferdinandy: Tenké vrstvy (2010) TU Košice
[6] M. Ferdinandy, J. Dusza, F. Lofaj, D. Kottfer, L. Hegedűsová: patent č. 288155
[7] D. Kottfer, M. Ferdinandy, J. Dusza, F. Lofaj: patent č. 288254
[8] P. E. Sathrum, B. F. Coll: EU Patent 92610029.8, 1992-04-21.