Durificarea elementelor active ale stantelor si matritelor prin depunerea vaporilor chimici ( CVD) si depunerea de vapori fizici (PVD)

Durificarea elementelor active ale stantelor si matritelor prin depunerea vaporilor chimici ( CVD) si depunerea de vapori fizici (PVD).

Pentru ca elementele active ale stantelor si matritelor, care sunt cele mai expuse uzurii

sa poata fi folosite la capacitate mare, ele se pot fi durificate prin anumite metode. Dintre aceste procese de acoperire sunt: depunerea vaporilor chimici ( CVD ) cât si depunerea de vapori fizici ( PVD ).

Sunt doua tratamente eficiente ale c 15215y2419p 59;ror principale acoperiri sunt carbura de titan

( TiC ) si nitrura de titan (TiN). CVD a fost aplicata cu succes elementelor active ale stantelor si matritelor realizate din otel iar PVD celor din otel rapid.

Acoperirile cu TiN si TiC maresc durabilitatea elementelor active ale stantelor si matritelor sporind rezistenta la coroziune si actioneaza ca o bariera chimica si termica contra difuziei si fuziunii. Acoperirile sunt, de asemenea, foarte lubrifiante, lucru care serveste pentru un coeficient de frecare mai redus între placa si poanson. Acoperirile sunt foarte dure si sunt aplicate în straturi foarte subtiri .

Aplicarea proceselor CVD si PVD prezinta o serie de avantaje:

Asigura prelucrarea optima a elementelor active ale stantelor si matritelor pentru ca procesul de acoperire CVD este un proces de înalta temperatura, necesitând tratamentul termic al elementelor active dupa acoperire.

Faptul ca PVD nu cere durificare dupa acoperire este un avantaj, dar acesta nu-l face potrivit pentru orice aplicatie;

Stratul de acoperire prezinta proprietati lubrifiante;

Acoperirile pot fi folosite si pentru design.

4.1Depunerea vaporilor chimici (CVD)

CVD este un proces de reactie chimica în gaz care are loc la temperaturi între 950° si 1100°C. Elementele active a stantelor si matritelor care trebuie acoperite cu un strat dur trebuie bine pregatite si curatate. La acoperire trebuie acordata o mare atentie muchiilor placilor active si a poansoanelor.

Dupa curatarea elementelor, acestea sunt încarcate în reactorul CVD pe rafturi. Se utilizeaza armaturi de grafit pentru ca sunt mai ieftine în comparatie cu cele confectionate din otel. Ciclul de acoperire începe prin introducerea vaporilor de tetraclorura de titan (CH ) si metan( CH , ori N în reactor. Vaporii de TiCl sunt transportati în reactor printr-un gaz portant cum ar fi hidrogenul.

Gazul derivat HCl rezultat din reactia chimica este scos din reactor într-un epurator unde este neutralizat. La înlocuirea metanului cu azotul se formeaza azotul de titan (TiN). Acoperirea în mai multe straturi cu TiC/TiN se face în acelasi ciclu, depunându-se întâi TiC prin utilizarea CH4 dupa care se depune TiN, azotul fiind reactat.

Depuse prin CVD, TiC si TiN cresc pe atomii de carburi prezente în otelurile rapide.

Durificarea trebuie facuta într-o incinta astfel ca acoperirile CVD sa nu se oxideze. Pentru ca tratamentul termic al elementelor active ale stantelor si matritelor pot atrage deformatii, ele trebuie prelucrate astfel încât sa suporte dilatarile sau contractarile ce pot aparea.

4.2 Depunerea vaporilor fizici (PVD)

PVD este cea mai noua metoda pentru durificarea sculelor. Exista trei tehnici PVD diferite: pulverizarea, implantarea ionica si evaporarea în arc. Toate se petrec într-o incinta. Reactia atomilor de Ti, a ionilor generati prin pulverizare sau sursa e evaporare, atmosfera partiala de azot care este introdusa în incinta, formeaza o acoperire de TiN pe suprafata elementelor active ale stantelor si matritelor aflate în incinta. Diferenta dintre cele trei procese consta în metoda prin care materialul de acoperire se transforma dintr-o stare solida în una atomica.

În timpul procesului de acoperire PVD placile active sau poansoanele trebuie încalzite. Temperatura maxima depinde de marimea lor si de grosimea acoperirii. Aceasta temperatura trebuie controlata pentru a se evita modificari dimensionale nedorite. Pentru obtinerea unei acoperiri uniforme, una sau mai multe surse ale materialului de acoperire pot fi puse în incinta, iar încarcatura rotita în timpul procesului.

Procesul de evaporare în arc este metoda cea mai noua de acoperire PVD. Sursele de evaporare produc un procent mai mare de ioni decât celelalte tehnici ( 60% sau 80% ioni pe lânga 1% sau 5%), iar ionii au un nivel energetic mult mai înalt decât cei produsi prin pulverizare sau alte tehnici de evaporare. Beneficiul acestei energii mai mari este un control sporit asupra structurii cristalografice a acoperirii si o adeziune mai mare.

La procesele PVD, operatiile de pregatire si curatire a elementelor active ale stantelor si matritelor sunt similare cu cele de la CVD.

4.3 Instalatia pentru acoperiri CVD si PVD

Bazata pe pulverizarea catodica tip magnetron în atmosfera reactiva, instalatiile de depunere se remarca prin uniformitatea depunerii, cicluri rapide de lucru si usurinta în exploatare.

Instalatiile sunt utilizate pentru acoperirea în flux tehnologic a elementelor active

ale stantelor si matritelor cu nitrura de titan, carbura de titan, nitrura de aluminiu, aliaje stelite - CoCrAl(M).

Figura 15

O instalatie pentru acoperiri CVD si PVD se compune din:

a. camera tehnologica cu urmatoarele dotari:

Magnetroane;

Ferestre de vizitare;

Suport port-piese rotativ cu viteza variabila;

Alimentarea electrica a suportului port-piesa ( 0-3 KV );

Control în infrarosu a sarjei;

Contro automat al debitului pentru trei gaze de lucru;

Viteza variabila automata a grupului de vid;

Bucla de reglaj automat a presiunii;

b. alimentarea electrica:

O sursa de înalta tensiune ( 0-3 KV, 300 mA)

Surse individuale de alimentare cu curent continuu a magnetroanelor ( 0- 600V minim, 10 KW fiecare);

c. sistem de vidare:

Agregat de vid cu pompa de difuziune si capcana cu azot lichid;

Viteza de pompaj de cca 1500 - 2000 l/sec;

Control automat centralizat al ciclului de vidare - admisie aer cu presiunea finala de minimum

Camera tehnologica a instalatiei este o incinta cilindrica verticala din otel inoxidabil austenitic cu pereti dubli raciti cu apa si cu trei electrozi de pulverizare de tipul magnetron rectangular, montati de-a lungul peretilor incintei. Un suport port-scula rotativ este montat în axul camerei. Aceasta simetrie cilindrica face ca elementele active ale stantelor si matritelor supuse acoperirii, aflate în sarja sa se afle în conditii identice de depunere pentru asigurarea unor grosimi uniforme si de calitate foarte buna.

Cele trei magnetroane lucrând la putere mare într-un spatiu restrâns creeaza efectul de ionizare conducând la un grad ridicat de densitate a plasmei si o stabilitate crescuta la presiuni scazute de lucru.

Duritatea obtinuta este de 2400-2500 HV (pentru TiN

4.4 Tehnologia acoperirii placilor active si poansoanelor cu nitrura de titan prin procedeul PVD

Procesul de depunere cu vapori fizici are urmatoarele etape:

1. Curatirea prin pulverizare. Elementele active care au fost curatate în prealabil sunt introduse într-o incinta care este apoi vidata. Se introduce un flux controlat de ioni pozitivi care se ciocnesc cu elementele active ale stantei si acest lucru duce la curatarea suprafetelor care trebuie durificate.

Placa activa si poansonul trebuie încalzite la aproximativ 350 C iar aceasta duce la un grad înalt de curatare si o adeziune buna.

2. Depunerea . Titanul este asezat în partea inferioara a incintei, si se evapora cu ajutorul unui bombardament de electroni produsi de un tun electronic.

Se introduce un flux controlat de azot, iar vaporii de titan si azot sunt ionizati.

În general cele mai utilizate materiale ale placilor active si poansoanelor sunt OSC8 ;OSC 10 a caror durabilitate creste cu 300-800% dupa acoperirea cu TiN.

Daca elementele active ale stantelor si matritelor esueaza prin deformare plastica superficiala atunci adaugarea unei depuneri nu îi vor îmbunatati durata de functionare, iar în acest caz se sugereaza examinarea prealabila a tipurilor de material si a formei placilor si poansoanelor.

Otelul folosit la realizarea elementelor active este OSC 8 ( S235 ) prezinta urmatoarele caracteristici:

- duritatea maxima este de : 207 HB

- compozitia chimica : 0,75...0,84% C; 0,10...0,35% Mn; 0,15..0,35% Si;

maxim 0,030% P; 0,025% S; iar continutul maxim de Cr, Ni este de 0,25%.

Grosimea stratului aplicat este de 5 pâna la 10 si poate fi marit pâna la 15. Stratul trebuie sa fie bine fixat pe materialul de baza pentru a fi eficient în practica. În caz contrar startul aplicat se fisureaza dupa o durata scurta de folosire, fara ca rezistenta sa la uzura sa poata fi folosita.

Astfel duritatea stratului este de 2400-2500 HV si astfel elementele active pot fi utilizate în regimuri intensive de lucru.