Aplikace PVD na o�et�en� forem pro vst�ikov�n� plast� a lit� Al

Mezi nejpou�ívan�jší technologie nanášení tenkých povlak� pat�í obloukové napa�ování a
magnetronové naprašování. Ní�e uvedené p�íklady aplikací vyu�ívají práv� metodu magnetronového naprašování, která poskytuje velmi kompaktní a adhezní vrstvy s vysokou hustotou nanesených �ástic a pracuje p�i nízké teplot�, �ím� je šetrná k povlakovanému substrátu. V dalším textu se zam��íme na n�které speciální aplikace, které mají své ji� reference, ale nejsou zdaleka tak rozší�ené jako nap�.: povlakování vrstvami na bázi TiN. Jedná se o povlakování nástroj� pou�ívaných p�i vst�ikování plast�, tlakovém lití a tvá�ení hliníku a jeho slitin.

Mechanismy a problémy spojené s lisováním a litím

P�i vst�ikování plast�, tlakovém lití nebo tvá�ení hliníku a jeho slitin se setkáváme s n�kterými spole�nými problematickými jevy:
a) zadírání a koroze t�ením n�kterých pohyblivých sou�ástí forem (vyhazova�e, pohyblivé �epy, ta�né �ásti, vodící lišty, atd.)
b) únava, abrazivní ot�r (nap�.: díky sklen�ným vlákn�m), koroze (nap�.: p�sobením rozkladných nebo kondenza�ních produkt� chloridových polymer�), dieselový efekt (vlivem kombinace tepla a tlaku plynu p�sobícího v uzav�ených oblastech)
Krom� uvedených aspekt�, které sni�ují �ivotnost forem zmi�me ješt� další dva kritické parametry:
c) koeficient t�ení materiálu (plastu, hliníku) na povrchu formy je ve v�tšin� p�ípad� nep�ímo úm�rný k plnící rychlosti formy. To p�ímo ovliv�uje délku lisovacího/licího cyklu a tím i náklady na jeden cyklus.
d) velmi d�le�itým a známým jevem je interakce mezi povrchem formy a tvá�eným materiálem. Tato interakce, která �asto vede k p�ilepování materiálu na formu, se vyskytuje krom� plast� i u tlakového lití hliníku �i tvá�ení pry�ových dílc�. V odborné literatu�e se pro tento jev zavedl pojem „sticking“.
Bez ohledu na tvá�ený materiál se musí �asto forma �istit agresivními chemikáliemi nebo mechanicky, pop�ípad� kombinací obou zp�sob�.

D�vodem pro povrchovou úpravu forem je proto vytvo�ení takové povrchové vrstvy, která bude co mo�ná nejvíce inertní k tvá�enému materiálu, bude mít vysokou ot�ruvzdornost a nízký koeficient t�ení. Krom� toho musí vzhledem k výše pospanému efektu p�ilepování spl�ovat dv� podmínky:
 povrchová vrstva by nem�la reagovat s �istícím chemickým médiem
 povrchová vrstva by m�la mít vysokou tvrdost, aby byla odolná v��i mechanickému �išt�ní
(pískování, otryskávání, atd.)

Pou�ití povrchových úprav

Z ji� zmín�ného je patrné, �e povrchová vrstva by m�la �ešit problémy s ot�rem a p�ilepováním tak, aby bylo pln�ní formy kvalitn�jší a vyjmutí dílce z formy snazší, krátce �e�eno: aby se zvýšila kvalita a sní�ily se náklady na výrobu dílce.
A�koliv nitridace, elektrolytické pokovování chrómem nebo niklem je stále široce rozší�ené,
povlaky na bázi PVD a PACVD se stávají efektivní náhradou t�chto povrchových úprav. Klí�em k jejich úsp�chu je velmi vysoká tvrdost, velmi vysoká chemická nete�nost a schopnost nemodifikovat po�áte�ní drsnost povlakovaného povrchu.
P�íklady

Vst�ikování polymer�

V tomto p�íklad� se jedná o výrobu PE ví�ek pro léka�ské pou�ití. P�vodním �ešením byla forma z materiálu 34NiCrMo16 s vnit�ním chlazením vodou. Proto�e docházelo k �astému
p�ilepování a výskytu dieselového efektu, bylo nutné sadu �istit (broušení + lešt�ní) v intervalu milion cykl�. To odpovídalo pr�m�rné délce cyklu 17 vte�in.
Kompletní sada byla povlakována vrstvou CERTESS X o síle 3 μm a sou�asn� byl nahrazen
materiál formy slitinou Cu-Be. Tím bylo mo�né eliminovat vnit�ní chlazení vodou.
Toto �ešení potla�ilo výskyt dieselového jevu a p�ilepování bylo významn� zredukováno. �išt�ní bylo provád�no v intervalu 6 milionu cykl�. Krom� toho se díky velmi slabé reakci mezi plastem a povrchem formy sní�ila délka cyklu ze 17 na 10 vte�in.
V druhé p�íklad� se jedná o vst�ikování PE l�i�ek. Forma byla vyrobena z materiálu X38CrMoV 5-1. Problémem bylo špatné pln�ní dutin a p�ilepování na formu.
Pro zlepšení plnící rychlosti byla forma povlakována vrstvou CERTESS DLC o síle 1 μm.
Výsledkem bylo sní�ení doby cyklu o 30%. Došlo ke sní�ení t�ení mezi plastem a formou,
snadn�jšímu pln�ní formy a sní�ení pot�ebné výtla�né síly. Krom� toho bylo mo�né zmenšit hloubku popisovacích rytin pro jejich lepší �itelnost.
To vše samoz�ejm� vedlo v d�sledku ke sní�ení náklad�.

Vst�ikování elastomer�

Tento p�íklad ukazuje srovnání mezi povlakem tvrdého chrómu povlakem CERTESS na bázi Cr. Jedná se o výrobu „O“ krou�k� z pry�e.
P�i p�vodní povrchové úprav� bylo nutné �istit formu (kartá�ování, pop�ípad� �istící roztok) v intervalu 20 000 cykl� a to díky významnému výskytu p�ilepování materiálu na formu.
Aby bylo mo�né tento interval zvýšit, byl tvrdochrom nahrazen vrstvou CERTESS o síle 4 μm.
Výsledek hovo�í sám za sebe: interval �išt�ní formy se zvýšil na 100 000 cykl�.

Vysokotlaké lití hliníku

Nyní uká�eme p�íklad výroby odlitk� pomocí vysokotlakého lití z hliníku, kde jsou �asto sou�ástí forem jádra ur�ené k vytvo�ení otvoru (slepého, otev�eného) do st�ny odlitku.
V tomto p�ípad� se jedná o Al-Si slitinu, licí teplota je 750 °C, materiál formy je op�t vysoce legovaná Ni-Cr-Mo ocel. Hlavním problémem bylo p�ilepování hliníku na jádra p�i vyhazování formy.
Jádra byly povlakovány vrstvou CERTESS SD o síle 3 μm. Tento povlak poskytuje velmi vysokou teplotní odolnost, abrazivní odolnost a nízkou schopnost k p�ilepování.
Výsledkem bylo zvýšení intervalu vým�ny jader z 15 000 cykl� na 100 000 cykl�.

Ta�ení dílc� z Al slitin

Hlavním problémem, s kterým nás zákazník oslovil, bylo p�ilepování a zadírání materiálu b�hem tvá�ení na formu, co� vedlo k tvorb� trhlin na tvá�eném dílci.
D�vodem jsou velmi špatné t�ecí vlastnosti slitiny, v tomto p�ípad� Al-Mg slitiny.
P�vodní �ešení úpravy povrchu vy�adovalo broušení/lešt�ní nástroje (razidlo a forma) v intervalu 10 000 cykl�. Díky povlakování vrstvou CERTESS DLC se interval zvýšil na 60 000 cykl�.
Tento výsledek byl dán velmi nízkým koeficientem t�ení povlaku DLC, vynikající odolnosti proti p�ilepování a velmi vysokou odolností proti ot�ru, díky vysoké tvrdosti povlaku.

Shrnutí

Uvedené p�íklady názorn� ukázaly p�ednosti povlak� CERTESS aplikované na formy a nástroje pro vst�ikování, lití a tvá�ení plast�, gumy a hliníku:
 snadn�jší napln�ní forem
 sní�ení interval� �išt�ní forem a tím
 sní�ení po�tu odstávek stroje
 zlepšení kvality povrchu tvá�eného dílce/odlitku
Posledním praktickým p�íkladem budi� povlakování forem z hliníku na výrobu plast�. Pou�ití
hliníkových forem na výrobu plast� je stále rozší�en�jší. V tomto p�ípad� budou muset procesy povrchových úprav splnit po�adavek na nízkou teplotu, která by nem�la p�ekro�it 150 - 200 °C, kdy dochází ke zm�nám mechanických vlastností forem.
Jako slibné se ukazují práv� PVD povlaky CERTESS X a CERTESS DLC, nanášené technikou PEMS® p�i nízkých teplotách. N�které aplikace jsou ji� v praktickém pou�ití.