Itin plona, ​​kieta ir tvari nelipni danga keičia formavimo procesus liejant įpurškiant

Brėmenas, Vokietija – Fraunhofer mokslininkų sukurta nauja UltraPLAS danga pasirodė esąs novatoriškas sprendimas pirminio formavimo procesų iššūkiams. Ši pažangi atpalaidavimo ir lengvai valoma danga padengiama kaip gradientinis sluoksnis naudojant šalto plazmos procesą ir tinka tokioms medžiagoms kaip įrankių plienas, nerūdijantis plienas ir aliuminis. Unikalios fizinės UltraPLAS savybės leidžia puikiai išlieti net nano mastelį turinčius ir atspindinčius paviršius. Sumažinus papildomo apdorojimo etapų skaičių ir atsisakius išorinių atpalaiduojančių medžiagų, programa priskiriama labai ekonomiškai.

Kaip kokybiškai ir įmantrius įrankių paviršius padengti taip, kad pagerėtų gamyba, o valymo procesai ženkliai vilkėtų ar supaprastėtų? Fraunhoferio gamybos technologijų ir pažangių medžiagų instituto IFAM mokslininkai ištyrė šį klausimą kartu su partneriais projektuose „GlossyCast“ ir „UltraTrenn“, finansuojamuose IGF IGF. Tyrimų projektų tikslas buvo sumažinti išardymo jėgas ir nuosėdų susidarymą, nuolat atlaikant specifinius cinko aukšto slėgio liejimo ir plastiko liejimo įpurškimus įtempius.

Konkrečiai, liejant technines plastikines dalis, reikalingi sprendimai, mažinantys išardymo jėgas ir nuosėdų susidarymą. Tai taikoma gaminant komponentus su labai blizgiais paviršiais arba labai apibrėžtomis mikrostruktūromis, pavyzdžiui, plastikinius lęšius, dekoratyvines apdailą ar didelio tikslumo jungtis. Panašiai, liejant cinku aukšto slėgio slėgiu, nuosėdos ant pelėsių paviršiaus, taip pat atpalaiduojančių medžiagų ir tepalų nuosėdos neleidžia gaminti aukštos kokybės, blizgaus cinko liejinių. Dėl to atsiranda didelių išlaidų, susijusių su lietų dalių tolesniu apdorojimu. Nepriklausomai nuo to, vien atpalaiduojančios medžiagos naudojimas gali sudaryti iki 20 procentų ciklo laiko, o tai reiškia, kad yra daug galimybių sutaupyti, jei nebereikės atpalaiduojančių medžiagų.

Kad atitiktų aukščiau minėtą reikalavimą – itin lygių, optinių paviršių (Ra < 25 nm) profilį projektuose, pati danga turi būti lygi ir be struktūros. Tam buvo naudojamas šaltosios plazmos procesas, vadinamasis PE-CVD procesas (plazma sustiprintas cheminis garų nusodinimas). Sukuriant gradientinį sluoksnį, šis procesas užtikrina puikų sluoksnio sukibimą su gaminio korpusu ir išskirtines nelipnius savybes bei puikias fizines savybes gaminio pusėje.

Tokiu būdu pagaminta danga pasižymi, pavyzdžiui, dideliu elastingumo moduliu (28 – 32 GPa) ir dideliu tankiu (1,5 g/cm³). Dėl to Moso kietumo diapazonas yra 5,5, o tai prilygsta stiklui ar emaliui. Būdinga tai, kad kaip nelipni danga, ji taip pat turi mažą paviršiaus energiją (< 28 mN/m) with low polarity (< 1.5 mN/m).

Šį elgesį patvirtina faktas, kad Fraunhoferio tyrėjams pavyko pagaminti UltraPLAS dangą, kurios sluoksnio storis yra ypač plonas, mažesnis nei 100 nm. Tai netgi buvo būtina „GlossyCast“ projekte, kad būtų užtikrintas geras nelipnus efektas. Be to, ploni bestruktūriniai sluoksniai leidžia puikiai atkurti ir nanoskalės paviršiaus struktūras, pvz., nanoimprinto procesui, ir veidrodinius blizgius paviršius.

Išsamūs praktiniai bandymai, atlikti įgyvendinant projektus įvairiose pramonės įmonėse, parodė, kad liejimo liejimo srityje sumažėja išardymo jėgos ir nuosėdų susidarymas. Taip pat buvo įrodyta, kad sukibimo jėgų sumažinimas sumažina bendrąsias išardymo jėgas. Dėl to galima padidinti išardymo temperatūrą ir sumažinti trinties kiekį.

Skirtingai nuo šiuolaikinių technologijų, dangos gali būti pašalintos tiek efektyviai, tiek švelniai naudojant plazmos technologiją, kad prireikus būtų galima kelis kartus padengti naują dangą neprarandant kokybės. Tai ypač įdomu blizgiems įrankių paviršiams, nes nebereikia daug laiko atimančio poliravimo ar itin tikslaus apdirbimo.

Taip pat buvo įrodyta, kad tiesioginė aukštos kokybės cinko liejimo paviršių gamyba naudojant liejimo technologiją gali žymiai padidinti ekonominį efektyvumą. Ženkliai pagerinus liejamų dalių paviršiaus kokybę, galima supaprastinti brangius ir daug laiko reikalaujančius mechaninio papildomo apdorojimo etapus, tokius kaip valymas pūtimu, šlifavimas ir poliravimas, arba jų visai išvengti. Be to, atskiri galvanizavimo proceso etapai gali būti sutrumpinti arba sumažinti. Šios patvarios UltraPLAS atpalaiduojančios dangos, skirtos cinko liejimui, sukūrimas reiškia didelę pažangą liejyklų technologijoje. Galimybė pjaustyti atpalaiduojančias medžiagas atveria naujas galimybes gerinti liejimo kokybę, sumažinti gamybos sąnaudas ir padaryti gamybą ekologiškesnę.

Kadangi liejiniai gaminiai gaminami be atpalaiduojančių medžiagų, sutrumpėja išankstinio galvanizavimo laikas ir sumažėja medžiagų sąnaudos. Pagaminti komponentai turi norimą šiurkštumą. Dėl lygesnio paviršiaus galima atsisakyti šviesaus vario dengimo, o tai leidžia sutaupyti medžiagų, laiko ir nuotekų. Sumažinus vario (cianido) ir šviesaus nikelio sluoksnio storį po 50 procentų, buvo sutaupoma medžiagų ir laiko.

Pagrindinė informacija apie kūrimo procesą: Prieš UltraPLAS kūrimą buvo sukurta PLASLON neprideganti danga, kuri pasižymi dideliu kietumu (Mohso kietumas 4,5 – 5,5) ir puikiu atsparumu temperatūrai iki 230 laipsnių. Dėl šios savybės PLASLON tapo populiaria virtuvės reikmenų danga be PFAS. Nuolat diegdamas naujoves ir kurdamas tokius produktus kaip UltraPLAS ir PLASLON, mūsų institutas labai prisideda gerinant gamybos procesus ir skatinant tvarumą pramonėje.