EU-Flexicoat: a guide to exploitation of PVD
Dr. Cor Schrauwen, Dr. Arjan Hovestad, TNO I&T, Ing. Arjan de Bruin, Van der Meer & van Tilburg
C. Schrauwen, A. de Bruin
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
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
1
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 3
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
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
4
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
2
Ken de ondergrond!
kunststof
polymeer
product 5
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
Kennisopbouw, -transfer en valorisatie Business idee
research
technologie
product
productie
business
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
6
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
3
EU COLL Flexicoat Business idee
research
technologie
• PVD voor traditionele coatingindustrie
productie
business
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)
• Kennisopbouw • Kennisverspreiding
• 2007 - 2010
7
product
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
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
8
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
4
Waarom PVD en vacuüm? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Atoom voor atoom laag opbouwen Verlagen verdampingstemperatuur Ongestoorde dampflux (geen verstrooiing) Geen (ongewilde) oxidatie van metaal Geen ongewenste condensatie (stofvorming, nevenreacties) Geen procesmedium Thermische scheiding (warmteoverdracht alleen door straling)
materiaal
damp
Reactief gas
9
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
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 • …….
10
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
5
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
11
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
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
12
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
6
Onderwerpen
13
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
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)
14
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
7
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
15
10 nm
25 nm
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
Vergelijking van hechting • ABS test plaatjes • 80 nm koper PVD • 10 µm koper zuur galvanisch
Input en erg y ( J/m2)
400
• Met PVD startlaag • 1: 298 ± 2 J/m² • 2: 339 ± 5 J/m²
300
200
100
Peel tester
0 0
1
2
3
Displacement (mm)
16
PVD brochure
4
5
• Volledig natchemisch • 1: 309 ± 3 J/m² • 2: 299 ± 2 J/m²
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
8
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
17
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
Demonstrator Ovenhendels •
18
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 !
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
9
Demo 2: (Beschermende en) Powder topcoat • Mechanische bescherming van een dunne PVD laag • Optimalisatie: • Beschermen dunne PVD coating • Uiterlijk PVD coating onveranderd laten
19
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
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
20
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
10
Verbeteren begrip
Hv
o
Ra
0.21 0.16
100
0.11 60 0.06 20
Surface roughness / um
Vicker's hardness /MPa
0.26 140
0.01 AP01
AP04
AC02
AC03
Powder type
• 70 – 80 µm poeder top coatings (polyester, acrylaat) • Voor hoge glans en lage ruwheid
• PVD titaan met topcoating
21
onbeschermd
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
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
22
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
11
Demo 4: Electrochemical base
23
•
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
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
Demonstrator: Handgereedschap •
24
38MnB5 / QST500o staal • 10 µm stroomloos Ni, 7-9 gew% P coating • As-plated • Warmtebehandeld (1h @ 370oC) • PVD ZrCN harde topcoating
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
12
Demo 5 Poeder basis voor PVD • Vraag: hoogglans messing look • Maken gietdeel • poederlakken • PVD-laag
Beschermlaag PVD Titaannitride poederlak
• Uitruil polijst – coatingkosten • Corrosiebescherming door poeder base • Dunne PVD laag
Aluminium
• Eventueel beschermlaag
25
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
Poedercoating als basis voor PVD
26
•
Combineer: • Levelling en corrosiebescherming door poedercoating • Metallisch uiterlijk door PVD film
•
Vermijd • Polijsten van (giet)metaal onderdelen • Substraat gerelateerde defecten
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
13
Demonstrator: Aluminium ovenhendels •
Aluminium 6063-T6 geëxtrudeerde buis • • •
•
27
90 µm poedercoating (Alesta) 200nm DC Magnetron Cu 10 µm UV-lak eindlaag
Ook getest op: • Al5%Cu gietaluminium • Magnesium ZM21
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
Verbeteren begrip (Spanningsprofiel) • Berekenen van de spanningen tussen de lagen • Controle van spanningen voorkomt scheurvorming
Calculated stress /MPa
200 0
0,5 µm PVD Titaan Ti film
Epoxy
70 µm epoxy
Aluminium
-200 -400
Aluminium 140oC 170oC
-600
200oC
-800 0.0001
0.001
0.01
0.1
1
Distance to film surface /mm
28
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
14
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)
29
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
Kennisopbouw, -transfer en valorisatie Business idee
research
technologie
product
productie
business
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
30
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
15
Aanbod voor Kennistransfer naar bedrijven • Guide to the exploitation of PVD aanvragen bij
• Advies van kennisdragers
• Financiële ondersteuning bij kennistransfer aan bedrijvencluster
31
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
Kennistransfer naar bedrijvencluster Business idee
• • • • •
research
technologie
productie
business
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
32
product
PVD brochure
tie
i
o st
va inen o n Tra In
en
p
or sp
m tea
t!
?
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
16
Met dank aan: • Bedrijven en organisaties
• U allen voor uw aandacht
33
PVD brochure
Eindhoven, dinsdag 9 maart 2010
17
