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PACVD-Beschichtung von Druckgußwerkzeugen unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten

机译:从经济和生态角度看压铸工具的PACVD涂层

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摘要

Der heutige Stand der Technik im Aluminiumdruckguß erfordert den Einsatz von Formtrennmitteln. Zu deren Nebenwirkungen gehört aber eine Verschlechterung der Oberflächenqualität des Gußteils. Formtrennmittel beeinträchtigen die Arbeitsplatzqualität und sind unter ökologischen Gesichtspunkten als bedenklich zu betrachten. Um den Einsatz von Trennmitteln zu vermeiden und gleichzeitig die Standzeit der Druckgußwerkzeuge zu erhöhen, wurden nitridische, karbidische und boridische Schichten auf Titanbasis mittels DC-Puls-PACVD abgeschieden und im Hinblick auf ihren Einsatz im Aluminiumdruckguß optimiert. Durch die Be-schichtung konnte bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität der abgegossenen Teile die notwendige Trennmittelmenge um 97 % reduziert werden. Die Standzeit der beschichteten Druckgußkerne im Vergleich zu unbeschichteten erhöhte sich durch die Beschich-tung um über das 300-fache.%Aluminium pressure diecasting is a frequently applied manufac-turing process for the near netshape production of precision parts. State of the art production techniques still demand considerable amounts of die lubricants. But the side effects of these lubricants include a decrease in surface quality of the cast part as well as a prolongation of the casting cycle time. The job quality decreases and the waste and exhaust disposal during production and application of lubricants is ecologically risky. In this study different wear resistant coating systems have been developed in order to minimize the use of die lubricants in the casting process while at the same time increasing the service life of the diecasting tools. Nitrides, carbides and borides of titanium were synthesized by means of DC-pulse-PACVD. The influence of the process parameters gas composition, pressure, voltage and pulse/pulse repetition ratio was investigated. Compositional analysis was performed by analytical methods such as XRD, EDS, WDS and SIMS. Hardness, adhesion and friction behaviour of the layers were determined in order to describe their mechanical properties. The wetting angle was determined and the corrosion resistance was evaluated in dip tests in aluminium melt. A selection of the best coatings was then compared in diecasting praxis tests under tightened-up conditions reducing the amount of lubricants. TiN, Ti(B,N), TiC and multilayers of the system Ti-C-N were deposited exhibiting a wide range of stoichiometry. The coatings reached hardness values of up to 4400 HK0.005 and the friction coefficient μ was in the range of 0.3. In the diecasting praxis test the amount of die lubricant could be reduced by 97 %. Under most severe conditions all layer types led to a minimum increase in the lifetime of the tool of factor 60 compared to an untreated dummy. A strong dependence on the layer type and on its stoichiometry could be observed. Ti(B,N) as the most successful coating in this study has not yet shown any sign of failure and already achieved an increase in lifetime of 300 times.
机译:铝压铸的最新技术要求使用脱模剂。但是,它们的副作用包括铸件表面质量的下降。脱模剂会对工作场所的质量产生不利影响,从生态角度来看,应将其视为危险。为了避免使用脱模剂,同时增加压铸工具的使用寿命,使用直流脉冲PACVD沉积了基于钛的氮化物,碳化物和硼化物层,并对其在铝压铸中的使用进行了优化。该涂层使得可以将所需的脱模剂的量减少97%,同时提高铸件的质量。与未涂覆的压铸铁心相比,涂覆的压铸铁心的使用寿命增加了300倍以上。%铝压铸是近净成形精密零件生产中经常使用的制造工艺。最先进的生产技术仍然需要大量的润滑剂。但是,这些润滑剂的副作用包括铸件表面质量的下降以及铸造周期时间的延长。工作质量下降,并且在润滑剂的生产和应用过程中的废物和废气处理具有生态风险。在这项研究中,已经开发了不同的耐磨涂层系统,以最大程度地减少铸造过程中模具润滑剂的使用,同时增加压铸工具的使用寿命。钛的氮化物,碳化物和硼化物通过直流脉冲-PACVD合成。研究了工艺参数对气体成分,压力,电压和脉冲/脉冲重复比的影响。组成分析通过分析方法如XRD,EDS,WDS和SIMS进行。确定层的硬度,粘附性和摩擦行为,以描述其机械性能。在铝熔体中的浸润试验中确定润湿角并评估耐腐蚀性。然后,在严格的条件下通过压铸实践测试对最佳涂层的选择进行了比较,以减少润滑剂的用量。沉积的TiN,Ti(B,N),TiC和Ti-C-N系统多层膜具有广泛的化学计量比。涂层的硬度值高达4400 HK0.005,摩擦系数μ在0.3的范围内。在压铸实践测试中,模具润滑剂的量可以减少97%。与未经处理的假人相比,在最严酷的条件下,所有类型的层都导致刀具寿命的增加幅度最小为60倍。可以观察到对层类型及其化学计量的强烈依赖性。作为这项研究中最成功的涂层,Ti(B,N)尚未显示出任何失效迹象,并且已经实现了300倍的使用寿命增长。

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