Brémy, Nemecko – Nový povlak UltraPLAS vyvinutý výskumníkmi spoločnosti Fraunhofer sa ukázal ako prelomové riešenie problémov procesov primárneho tvárnenia. Tento povlak s pokročilým uvoľňovaním a ľahko sa čistí sa nanáša ako gradientná vrstva pomocou procesu studenej plazmy a je vhodný pre materiály ako nástrojová oceľ, nehrdzavejúca oceľ a hliník. Jedinečné fyzikálne vlastnosti UltraPLAS umožňujú dokonalé tvarovanie dokonca aj nanorozmerných a reflexných povrchov. Znížením počtu krokov po spracovaní a zrieknutím sa externých separačných činidiel je aplikácia klasifikovaná ako vysoko ekonomická.
Ako sa dajú potiahnuť vysokokvalitné a sofistikované povrchy nástrojov tak, aby sa zlepšila výroba a čistiace procesy sa výrazne oneskorili alebo zjednodušili? Výskumníci z Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM skúmali túto otázku spolu s partnermi v projektoch „GlossyCast“ a „UltraTrenn“ financovaných Industrielle Gemeinschaftsforschung IGF. Cieľom výskumných projektov bolo znížiť sily pri vyberaní z formy a tvorbu usadenín a zároveň trvalo odolávať špecifickým namáhaniam pri vysokotlakovom liatí zinku a vstrekovaní plastov.
Konkrétne vstrekovanie dielov z technických plastov vyžaduje riešenia na zníženie síl pri vyberaní z formy a tvorby usadenín. Týka sa to výroby komponentov s vysoko lesklým povrchom alebo vysoko definovaných mikroštruktúr, ako sú plastové šošovky, ozdobné lišty alebo konektory s vysokou rozmerovou presnosťou. Podobne pri vysokotlakovom odlievaní zinku usadeniny na povrchu formy, ako aj usadeniny separačných činidiel a mazív bránia výrobe vysokokvalitných, lesklých zinkových odliatkov. To má za následok značné náklady na následné spracovanie odliatkov. Bez ohľadu na to môže samotná aplikácia separačného prostriedku predstavovať až 20 percent času cyklu, čo znamená, že existuje značný potenciál úspor, ak separačné prostriedky už nie sú potrebné.
Na splnenie vyššie uvedeného profilu požiadavky na ultra hladké optické povrchy (Ra < 25 nm) v rámci projektov musí byť samotný povlak hladký a bez štruktúr. Aby sa to dosiahlo, bol použitý proces studenej plazmy, takzvaný proces PE-CVD (plazmou posilnená chemická depozícia z plynnej fázy). Vybudovaním spádovej vrstvy umožňuje tento proces na jednej strane vynikajúcu priľnavosť vrstvy k telu produktu a na strane druhej výnimočnú nepriľnavosť s vynikajúcimi fyzikálnymi vlastnosťami na strane produktu.
Takto vyrobený povlak sa vyznačuje napríklad vysokým modulom pružnosti (28 – 32 GPa) a vysokou hustotou (1,5 g/cm³). Výsledkom je rozsah tvrdosti podľa Mohsa 5,5, ktorý je teda na rovnakej úrovni ako sklo alebo smalt. Je charakteristické, že ako nepriľnavý povlak má tiež nízku povrchovú energiu (< 28 mN/m) with low polarity (< 1.5 mN/m).
Toto správanie podporuje skutočnosť, že výskumníkom spoločnosti Fraunhofer sa podarilo vyrobiť povlak UltraPLAS s obzvlášť tenkou hrúbkou vrstvy menšou ako 100 nm. To sa dokonca ukázalo ako nevyhnutné v projekte GlossyCast na zabezpečenie dobrého nepriľnavého efektu. Okrem toho tenké, bezštruktúrne vrstvy umožňujú dokonalú reprodukciu povrchových štruktúr v nanoúrovni, napr. pre proces nanotlače, ako aj zrkadlovo lesklých povrchov.
Rozsiahle praktické testy uskutočnené v rámci projektov v rôznych priemyselných podnikoch ukázali, že v oblasti vstrekovania sa znižujú sily pri vyberaní z formy a tvorba usadenín. Ukázalo sa tiež, že zníženie adhéznych síl znižuje celkové sily pri demontáži. V dôsledku toho sa môže zvýšiť teplota pri vyberaní z formy a znížiť množstvo trenia.
Na rozdiel od doterajšieho stavu techniky je možné povlaky odstraňovať efektívne a šetrne pomocou plazmovej technológie, takže v prípade potreby je možné naniesť nový povlak niekoľkokrát bez straty kvality. To je obzvlášť zaujímavé pre povrchy nástrojov s vysokým leskom, pretože to eliminuje potrebu časovo náročného leštenia alebo ultra presného obrábania.
Ukázalo sa tiež, že priama výroba vysokokvalitných zinkových tlakovo liatych povrchov technológiou odlievania môže výrazne zvýšiť ekonomickú efektivitu. Výrazným zlepšením kvality povrchu odliatkov je možné zjednodušiť alebo dokonca úplne vylúčiť nákladné a časovo náročné kroky mechanického dodatočného spracovania, ako je tryskanie, brúsenie a leštenie. Okrem toho je možné jednotlivé procesné kroky galvanického pokovovania skrátiť alebo zredukovať. Vývoj tohto odolného separačného povlaku UltraPLAS pre tlakové liatie zinku predstavuje významný pokrok v zlievárenskej technológii. Možnosť rezania separačných prostriedkov otvára nový potenciál na zlepšenie kvality odliatkov, zníženie výrobných nákladov a ekologickejšiu výrobu.
Keďže sa odlievané výrobky vyrábajú bez separačných činidiel, skracuje sa čas predbežnej úpravy pre galvanické pokovovanie a znižuje sa spotreba materiálu. Vyrábané komponenty majú požadovanú drsnosť. Vďaka hladšiemu povrchu je možné upustiť od lesklého medeného pokovovania, čo vedie k úspore materiálu, času a odpadovej vody. Zníženie hrúbky vrstvy medi (kyanid) a lesklého niklu o 50 percent viedlo k ďalšej úspore materiálov a času.
Základné informácie o procese vývoja: Vývoju UltraPLAS predchádzal nepriľnavý povlak PLASLON, ktorý sa vyznačuje vysokou tvrdosťou (tvrdosť podľa Mohsa 4,5 – 5,5) a výbornou teplotnou odolnosťou až do 230 stupňov. Tento profil vlastností urobil z PLASLON obľúbený ľahko čistiteľný náter bez PFAS na riad. Prostredníctvom neustálej inovácie a vývoja produktov, ako sú UltraPLAS a PLASLON, náš inštitút významne prispieva k zlepšovaniu výrobných procesov a podpore udržateľnosti v tomto odvetví.