Bachelor's Thesis

Deposition and analysis of AlCrN coatings

Final Thesis 3.06 MB

Author of thesis: Ing. Kateřina Drásalová

Acad. year: 2020/2021

Supervisor: Ing. Lenka Klakurková, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Juliš, Ph.D.

Abstract:

The topic of this thesis is the deposition process and methods of quality assessment of AlCrN surface coatings produced by methods of (i) magnetron sputtering, (ii) magnetron sputtering with arc enhanced glow discharge, and (iii) high power magnetron sputtering with the movable magnetic field. The main focus is placed on categorizing properties of the produced coatings based on the production method (which vary in the ionization level). Qualities of the surface coatings are assessed by adhesion and cohesion parameters testing of coarseness using AFM (Atomic Force Microscopy), depth measuring using a calotest, measuring internal tension using the Bent Strip Method and Instrumented indentation test for hardness.

Keywords:

PVD; Magnetron sputtering; AlCrN; Cohesion Tests; Adhesion Tests; AFM; Calotest; Internal Voltage According to Bent-strip; Plastic Hardness

Date of defence

10.06.2021

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1) Vlastní obhajoba závěrečné práce 2) Posudek vedoucího bakalářské práce 3) Posudek oponenta bakalářské práce 4) Odpovědi na dotazy oponenta 5) Jak se přepočítá průhyb na GPa? Odpověděla ke spokojenosti tazatele. 6) Čím je omezena velikost nanášené vrstvy na substrát? Odpověděla ke spokojenosti tazatele. 7) Čím byla způsobena kondenzace ve Vašem případě? Odpověděla ke spokojenosti tazatele.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

Field of study

Materials Engineering (B-MTI)

Composition of Committee

prof. Ing. Libor Pantělejev, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Bohumil Pacal, CSc. (místopředseda)
Ing. Lenka Klakurková, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Juliš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Klára Částková, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lenka Klakurková, Ph.D.

Předložená bakalářská slečny Kateřiny Drásalové vznikla ve spolupráci s firmou Platit a. s., Šumperk, která se zabývá výrobou široké škály PVD povlaků pro nástroje a strojní součásti.
Vzhledem k potencionálnímu zájmu o budoucí profesní uplatnění právě v této firmě, se studentka v rámci své bakalářské práce aktivně podílela na výzkumném firemním programu, který byl zaměřen na výrobu a následné testování vlastností povlaku AlCrN vytvořeného za různých procesních parametrů třemi PVD metodami (i) magnetronovým naprašováním (Magnetron sputtering), (ii) magnetronovým naprašováním kombinovaným s obloukovým výbojem zesíleným doutnavým výbojem (Magnetron sputtering with arc enhanced glow discharge) a (iii) vysokovýkonným magnetronovým naprašováním s pohyblivým magnetickým polem.
V rámci práce se studentka aktivně seznámila s metodikami používanými pro depozici a následně pro vyhodnocení kvalitativních parametrů povlaků, které popsala v rámci teoretické části práce. V praktické části následně zdokumentovala a pečlivě vyhodnotila výsledky jednotlivých parametrů získaných u jednotlivých povlaků.
Experimentální část práce prováděla studentka samostatně ve fy Platit a. s. pod odborným vedením pana Mgr. Mojmíra Jílka.
Bakalářskou práci zpracovávala studentka zcela samostatně a velmi pečlivě a pravidelně byla v kontaktu s vedoucí bakalářské práce.
Je třeba vyzdvihnout, že předkládaná bakalářská práce je na velmi vysoké odborné úrovni a přináší velmi cenná data pro další optimalizaci povlaků na bázi AlCrN vyráběných PVD technologiemi.
Závěrem lze konstatovat, že práce slečny Kateřiny Drásalové splňuje požadavky kladené na práci bakalářského typu. Hodnotím ji známkou výborně / A a doporučuji ji komisi k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Juliš, Ph.D.

Předložená bakalářská práce studentky Kateřiny Drásalové je zaměřena na problematiku depozice a analýzy AlCrN povlaků. Vzhledem k významnému pozitivnímu vlivu aplikace povrchových úprav na užitné vlastnosti např. obráběcích nástrojů a nutný další rozvoj metodiky hodnocení vlastností daných typů povlaků je zvolené téma velmi aktuální a potřebné.
Práce je rozčleněna do sedmi logických celků, ve kterých jsou postupně popsány základní povlakovací metody, druhy PVD povlaků, způsoby depozice PVD povlaků, metody charakterizace povlaků a další.
V experimentální části práce autorka kromě definice experimentálního materiálu a návrhu experimentu podrobně popisuje jednotlivé použité analytické metody pro charakterizaci zkušebních vzorků s AlCrN povlakem. Následuje část, ve které jsou uvedeny dosažené výsledky doplněné odpovídající grafickou a obrazovou dokumentací. Závěrečnou částí práce je pak zhodnocení dosažených výsledků a vyvození logických závěrů.
Práce obsahuje jen několik málo formálních a formulačních nepřesností, které však nepřekračují běžnou míru u tohoto typu prací a jako celek působí předložená bakalářská práce uceleným dojmem.
Bakalářská práce studentky Kateřiny Drásalové zcela splňuje předpokládané cíle a odborné, obsahové i formální náležitosti v souladu s příslušnými směrnicemi rektora VUT a děkana FSI. Práci proto doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. 2) V práci uvádíte jako jednu z metod pro měření tloušťky povlaků tzv. kalotest. Můžete u této metody blíže rozvést další možnosti jejího použití a omezení při analýze povlakových systémů?
  2. 1) V obecné části práce uvádíte na str. 11, že při použití metody PVD se teplota při depozici pohybuje mezi 150 až 500 °C a že proto nedochází k tepelnému ovlivnění základního materiálu. Pokud uvážíme použití pro slitiny hliníku, plasty či textilie, mohly by takovéto teploty při době povlakování 5 až 12 hod. mít významný vliv na výsledné vlastnosti daných materiálů. Je možné při depozici tuto teplotu nějak řídit, nebo je závislá na konkrétním materiálu povlaku, který se pak musí vhodně zvolit pro daný základní materiál?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová