Bremen, Nemčija – Nova prevleka UltraPLAS, ki so jo razvili Fraunhoferjevi raziskovalci, se je izkazala za revolucionarno rešitev za izzive procesov primarnega oblikovanja. Ta napredna prevleka za odstranjevanje in enostavno čiščenje se nanese kot gradientna plast s postopkom hladne plazme in je primerna za materiale, kot so orodno jeklo, nerjavno jeklo in aluminij. Edinstvene fizikalne lastnosti UltraPLAS-a omogočajo popolno oblikovanje celo nanorazmernih in odsevnih površin. Z zmanjšanjem števila korakov naknadne obdelave in opustitvijo zunanjih ločilnih sredstev se aplikacija uvršča med zelo ekonomične.
Kako lahko kakovostne in sofisticirane površine orodij premažemo tako, da izboljšamo proizvodnjo, postopke čiščenja pa bistveno zamaknemo ali poenostavimo? Raziskovalci na Fraunhoferjevem inštitutu za proizvodno tehnologijo in napredne materiale IFAM so to vprašanje raziskovali skupaj s partnerji v projektih "GlossyCast" in "UltraTrenn", ki jih financira Industrielle Gemeinschaftsforschung IGF. Cilj raziskovalnih projektov je bil zmanjšati sile odstranjevanja iz kalupa in nastajanje usedlin, hkrati pa trajno vzdržati specifične obremenitve visokotlačnega litja cinka in brizganja plastike.
Natančneje, brizganje tehničnih plastičnih delov zahteva rešitve za zmanjšanje sil razkalupljanja in nastajanja usedlin. To velja za proizvodnjo komponent z visokosijajnimi površinami ali visoko definiranimi mikrostrukturami, kot so plastične leče, okrasne obloge ali priključki z visoko dimenzijsko natančnostjo. Podobno pri visokotlačnem litju cinka usedline na površini kalupa ter usedline ločilnih sredstev in maziv preprečujejo proizvodnjo visokokakovostnih sijajnih cinkovih ulitkov. Posledica tega so precejšnji stroški za naknadno obdelavo ulitih delov. Ne glede na to lahko samo nanašanje ločilnega sredstva predstavlja do 20 odstotkov časa cikla, kar pomeni, da obstaja velik potencial za prihranke, če ločilna sredstva niso več potrebna.
Za izpolnitev zgoraj omenjenega profila zahtev glede ultra gladkih optičnih površin (Ra < 25 nm) v projektih mora biti sam premaz gladek in brez strukture. Da bi to dosegli, je bil uporabljen postopek hladne plazme, tako imenovani PE-CVD proces (plasma enhanced chemical vapor deposition). Z izgradnjo gradientne plasti ta postopek omogoča odličen oprijem plasti na telo izdelka na eni strani in izjemne lastnosti proti sprijemanju z odličnimi fizikalnimi lastnostmi na strani izdelka na drugi strani.
Za tako izdelan premaz sta značilna na primer visok modul elastičnosti (28 – 32 GPa) in visoka gostota (1,5 g/cm³). Posledica tega je razpon trdote po Mohsu 5,5, kar je torej na ravni stekla ali emajla. Značilno je, da ima kot premaz proti prijemanju tudi nizko površinsko energijo (< 28 mN/m) with low polarity (< 1.5 mN/m).
To vedenje podpira dejstvo, da je Fraunhoferjevim raziskovalcem uspelo izdelati premaz UltraPLAS s posebej tanko plastjo debeline manj kot 100 nm. To se je celo izkazalo za potrebno pri projektu GlossyCast za zagotavljanje dobrega učinka proti sprijemanju. Poleg tega tanke plasti brez strukture omogočajo popolno reprodukcijo površinskih struktur nanometrskega merila, npr. za postopek nanoodtisa, in površin z zrcalnim sijajem.
Obsežni praktični testi, izvedeni v okviru projektov v različnih industrijskih podjetjih, so pokazali, da se pri brizganju zmanjšajo sile odstranjevanja iz kalupa in nastajanje oblog. Pokazalo se je tudi, da zmanjšanje adhezijskih sil zmanjša skupne sile odstranjevanja iz kalupa. Posledično se lahko poveča temperatura razkalupljanja in zmanjša trenje.
V nasprotju z najsodobnejšimi dosežki je mogoče premaze učinkovito in nežno odstraniti s pomočjo plazemske tehnologije, tako da je po potrebi mogoče večkrat nanesti nov premaz brez izgube kakovosti. To je še posebej zanimivo za površine orodij z visokim sijajem, saj odpravlja potrebo po dolgotrajnem poliranju ali ultra-natančni obdelavi.
Izkazalo se je tudi, da lahko neposredna proizvodnja visokokakovostnih cinkovih tlačno ulitih površin s tehnologijo litja znatno poveča ekonomsko učinkovitost. Z znatnim izboljšanjem kakovosti površine litih delov je mogoče drage in dolgotrajne mehanske korake naknadne obdelave, kot so peskanje, brušenje in poliranje, poenostaviti ali pa se jim v celoti izogniti. Poleg tega je mogoče skrajšati ali zmanjšati posamezne procesne korake galvanizacije. Razvoj tega vzdržljivega UltraPLAS ločilnega premaza za tlačno litje cinka pomeni pomemben napredek v livarski tehnologiji. Možnost rezalnih ločilnih sredstev odpira nov potencial za izboljšanje kakovosti ulitkov, zmanjšanje proizvodnih stroškov in okolju prijaznejšo proizvodnjo.
Ker so liti izdelki izdelani brez ločilnih sredstev, se čas predhodne obdelave za galvanizacijo skrajša in poraba materiala zmanjša. Izdelane komponente imajo želeno hrapavost. Zaradi bolj gladke površine se je mogoče odpovedati svetlečemu bakrenju, kar vodi do prihranka materiala, časa in odpadne vode. Zmanjšanje debeline plasti bakra (cianida) in svetlega niklja za 50 odstotkov je privedlo do dodatnih prihrankov pri materialih in času.
Osnovne informacije o razvojnem procesu: Pred razvojem UltraPLAS je bil PLASLON premaz proti sprijemanju, ki ga odlikuje visoka trdota (trdota po Mohsu 4,5 – 5,5) in odlična temperaturna obstojnost do 230 stopinj. Zaradi tega profila lastnosti je PLASLON postal priljubljen premaz za kuhinjsko posodo brez PFAS, ki ga je enostavno čistiti. Z nenehnimi inovacijami in razvojem izdelkov, kot sta UltraPLAS in PLASLON, naš inštitut pomembno prispeva k izboljšanju proizvodnih procesov in spodbujanju trajnosti v industriji.