MMC Magazine

Dział Folii i Powłok Cienkowarstwowych Centralnego Instytutu Badawczego Mitsubishi Materials prowadzi prace badawczo-rozwojowe nad materiałami i powłokami radykalnie zwiększającymi skrawność narzędzi skrawających. W tym artykule informujemy o tym niezwykle nowoczesnym ośrodku i prowadzonych tam pracach badawczo-rozwojowych. 

Pionierskie prace badawczo-rozwojowe obejmujące najnowocześniejsze metody analizy i oceny

Instytut Badawczy Górnictwa Mitsubishi Materials Corporation, pierwszy w Japonii prywatny instytut badawczy, został utworzony w Shinagawa w 1917 r. Po przeniesieniu do miasta Omiya (aktualnie dzielnica Saitama) w prefekturze Saitama, rozpoczął działalność pod nazwą Centralnego Instytutu Badawczego. W 2007 roku powiększył się o oddział badawczy w mieście Naka w prefekturze Ibaraki i obecnie posiada trzy filie: w Omiya, Onahama i Kitamoto. W tym roku instytut obchodzi stulecie istnienia. Dział Folii i Powłok Cienkowarstwowych ma największą liczbę pracowników naukowych w całym instytucie.  Dział koncentruje się na badaniach składu, struktury i powierzchni międzyfazowej spieków i nanopowłok funkcjonalnych, celem opracowania nowych materiałów o całkowicie nowych własnościach.  Dyrektor działu, Takatoshi Oshika, opowiada o atutach instytutu. "Posiadamy najbardziej zaawansowane technicznie wyposażenie i urządzenia, które posiada niewiele innych instytutów w Japonii, zatrudniamy także wielu wybitnych naukowców o wysokich kwalifikacjach. Instytut obejmuje dziewięć innych wydziałów zajmujących się wieloma tematami badawczymi, m.in. analizą materiałów i materiałami elektronicznymi. Wydziały te, współpracując między sobą, są w stanie szybko zastosować różne technologie, co wg mnie jest głównym atutem Mitsubishi Materials.  Dzięki integracji technologii w ramach różnych projektów badawczych, opracowaliśmy jeden po drugim szereg produktów. Jednym z nich jest najcieńszy na świecie elastyczny czujnik termistorowy".

W Dziale Folii i Powłok Cienkowarstwowych opracowano technologie stosowane 
w produkcji innowacyjnych wyrobów, m.in. węglików w gatunkach UC5105/ UC5115. Powłoka Al2O3 nanoszona metodą CVD, opracowana specjalnie do gatunków UC ma znacznie wyższą trwałość i odporność na ścieranie. "Aktualnie pracujemy nad technologią dla wierteł PCD stosowanych do obróbki kompozytów CFRP, dla której ukończyliśmy projektowanie materiału. Prowadzimy badania nad materiałami powłok CVD do obróbki kompozytów CFRP z nadzieją, że niedługo technologia ta będzie mogła być zastosowana do nowych produktów". Dodaje: "Pracujemy także nad innowacyjnymi osiągnięciami technologicznymi. Przykładowo, jeśli stwierdzimy, że poprzez zmniejszenie cząstek materiału uzyskamy dwukrotnie większą wytrzymałość materiału powłoki,  przeprojektowujemy urządzenie wytwarzające te cząstki. W ten sposób jako jedyni na świecie dysponujemy takim urządzeniem. Moim zdaniem, taka metoda prowadzenia prac i wykorzystywania najnowocześniejszego wyposażenia pozwala  nam tworzyć innowacyjne materiały. Przypomina mi to magiczną kulę w komiksie o baseballu. Zamiast doskonalić technikę rzucania piłki, pragniemy stworzyć magiczną piłkę, której nikt nie będzie w stanie odbić. Naszą misją jest tworzenie innowacyjnych produktów".

Development of CVD diamond coating materials for CFRP machining

Opracowanie materiałów powłoki diamentowej CVD do obróbki kompozytów CFRP

Kazutaka Fujiwara pracuje w Mitsubishi Materials od 20 lat, a od 10 lat w Centralnym Instytucie Badawczym. Od 5 lat prowadzi prace badawczo-rozwojowe nad materiałami powłok diamentowych CVD. Fujiwara stwierdza, "W porównaniu z działami rozwojowymi w zakładach produkcyjnych, Instytut jest bardziej oddalony od klientów. Dlatego zawsze pamiętam o konieczności utrzymywania bliskich relacji z pracownikami działu badawczo-rozwojowego w zakładach produkcyjnych, ponieważ te osoby mają częste kontakty z klientami, 
a więc najlepiej znają ich potrzeby. Rozumiejąc potrzeby klienta, staram się ustalić podstawowe zasady prowadzące do nowych hipotez.  Wyniki prowadzą do radykalnej poprawy parametrów produktu. Bardzo się cieszę gdy słyszę, że produkty wykonane za pomocą opracowanej przez nas nowej technologii znajdują uznanie na rynku". Fujiwara aktualnie bierze udział w pracach badawczo-rozwojowych materiałów powłok diamentowych CVD do narzędzi do obróbki kompozytów CFRP stosowanych w kadłubach samolotów. "Mitsubishi Materials już oferuje na rynku wiertła i frezy trzpieniowe z materiałami opracowanymi przez nas. Aktualnie pracujemy nad nowymi materiałami powłok, o jeszcze lepszych parametrach".

Dążenie do opracowania unikatowej technologii, która może być zastosowana w produkcji nowych wyrobów

Oprócz kompozytów CFRP, w częściach samolotowych stosowane są materiały różnowarstwowe: CFRP/aluminium lub CFRP/tytan. Obróbka różnych materiałów jednym narzędziem wymaga znacznie lepszych parametrów eksploatacyjnych. Jakość materiałów powłok diamentowych CVD do obróbki takich materiałów kompozytowych musi być wysoka. Fujiwara mówi: "W przypadku obróbki samego kompozytu CFRP, im większa zawartość diamentu, a więc im większa twardość materiału, tym lepsze są parametry materiału powłoki. Z drugiej strony, jeśli zwiększymy zawartość diamentu przy obróbce metali takich, jak aluminium lub tytan, materiały powłok mają tendencję do reagowania z materiałami obrabianymi, powodującej adhezję, co obniża precyzję obróbki i skraca trwałość narzędzia. Opracowując materiały na powłoki diamentowe CVD, musimy jednocześnie rozwiązać problemy trudne do pogodzenia i uzyskać jak najlepsze parametry dla szerokiej gamy materiałów obrabianych z użyciem tego samego materiału powłoki, który znacznie wydłuży trwałość narzędzia". Fujiwara prowadzi prace nad opracowaniem materiałów powłok diamentowych CVD, które w porównaniu z dotychczasowymi trzykrotnie zwiększą trwałość narzędzia. Aby możliwe było wprowadzenie tych produktów na rynek w 2018 roku, każdy członek zespołu dokłada ze swej strony wszelkich starań. "Misją Centralnego Instytutu Badawczego jest tworzenie najbardziej zaawansowanych technologii. Cieszymy się, że możemy opracowywać takie technologie, które oferuje tylko Mitsubishi Materials i które zapewniają satysfakcję naszych klientów dzięki produktom wytwarzanym przy użyciu naszych narzędzi."