Фото: Messe Stuttgart
Введение
Переработка пластмасс, особенно наполненных, всегда связана с износом ФОД из-за абразивного воздействия частиц наполнителя, твердость которых в ряде случаев может быть даже выше, чем, например, у азотированной поверхности стали, не говоря об алюминиевых сплавах. Так, твердость по Виккерсу (HV) у стекла составляет в среднем около 1000 HV, у кварца и диоксида титана– 1200 HV, у оксида хрома – 2300 HV. При этом абразивный износ может усугубляться химическим воздействием на поверхность ФОД некоторых агрессивных добавок, например, хлор- или фторсодержащих. Эти проблемы и некоторые другие, представленные на рис. 1, сказываются на качестве изготавливаемой продукции, негативно влияя на ее размерную точность, и снижают экономическую эффективность производства вследствие сокращения срока службы оснастки, увеличения ее межремонтных циклов и обслуживания (очистка, полирование и др.), вызывая незапланированные простои, дополнительные расходы и другие виды потерь. Существенно повысить твердость поверхности ФОД, вплоть до 3000 HV, и тем самым нивелировать указанные проблемы позволяют PVD-покрытия, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с альтернативными.
Технология нанесения PVD-покрытий
Технология PVD (physical vapor deposition) представляет собой, как известно, проходящий при высокой температуре процесс физического осаждения на поверхности обрабатываемой детали молекул ряда металлов, таких как титан, алюминий или хром. Для этого деталь помещают в газовую камеру, в которой из специального контейнера испаряется металл, равномерно осаждающийся из газовой фазы по всей площади поверхности и соединяющийся с ней на молекулярном уровне. В результате возникает тонкий и прочный однородный поверхностный слой толщиной всего 2–8 мкм с высокой абразивной, коррозионной и температурной стойкостью. О коррозионной стойкости PVD-покрытий говорит тот факт, что они выдерживают без изменений до 190 ч воздействия соляного тумана.
Применение PVD-покрытий, их свойства, преимущества и ограничения
Многолетний опыт применения PVD-покрытий убедительно доказал их эффективность, о чем свидетельствуют также три примера, взятые из отечественной практики (табл. 1 и рис. 3). Речь идет о трех различных ФОД, поверхность которых была упрочнена PVD-покрытиями типа «Си» (С), «Хрома Плюс» (Croma Plus) и «Прайформ» (Primeform) (табл. 2), выбор которых зависит от условий эксплуатации ФОД, вида перерабатываемого пластика, требований к поверхности готовых изделий и др.
Таблица 1. Характеристика ФОД и эффективности нанесения на них PVD-покрытий (см. также рис. 2)
Таблица 2. Показатели некоторых свойств PVD-покрытий «Си», «Хрома плюс» и «Праймтайм»
Основные технико-экономические преимущества PVD-покрытий ФОД в сравнении с альтернативными заключаются в следующем:
- повышенная твердость поверхности;
- повышенная износостойкость при абразивном воздействии за счет высокой твердости и низкого коэффициента трения, в том числе в условиях высоких температур и механических нагрузок;
- улучшенная коррозионная стойкость. Покрытия защищают ФОД от окисления и химического разрушения, продлевая срок их службы;
- равномерность нанесения. PVD-технология обеспечивает постоянную и равномерную толщину покрытия даже для ФОД сложной геометрической формы;
- сохранение микроструктуры и размерной точности ФОД благодаря минимальной толщине покрытия (2 – 8 мкм);
- сильная адгезия к подложке, способствующая более длительному сроку службы ФОД;
- увеличение срока службы ФОД (в среднем от 3 до 5 раз) благодаря надежной защите от износа, коррозии и теплового удара;
- значительное увеличение межремонтных циклов и сокращение объема технического обслуживания благодаря долговечности ФОД с PVD-покрытием;
- повышение качества продукции за счет высокого качества поверхности ФОД;
- некоторое повышение производительности литья под давлением за счет лучшего заполнения формы.
Вместе с тем необходимо учитывать, что применение износостойких PVD-покрытий, помимо значительных инвестиций, имеет свои ограничения. Так, поскольку температура процесса может достигать 400 °С и выше (см. табл. 2), не каждый материал ФОД может подойти для PVD-покрытия. Кроме того, имеет значение и предварительная термообработка ФОД. Например, если она была произведена с низкотемпературным отпуском, могут произойти даже некоторое снижение твердости поверхности ФОД, а также незначительные изменения размеров,
Особое место занимают требования по шероховатости поверхности ФОД, параметр Rz которой не должен превышать 1,0 мкм, а параметр Ra – 0,2 мкм. При этом чем меньше значения параметров шероховатости, тем выше будет адгезия покрытия к подложке. В некоторых случаях предварительная подготовка рабочих поверхностей перед нанесением покрытия может составлять до 40 ч. Следует отметить также, что с увеличением глубины отверстий в ФОД наблюдается некоторое снижение толщины покрытия.
Не допускается обработка покрытия грубым абразивом, опескоструиванием, кислотой или щелочью. Имеются лимитированные оборудованием ограничения по габаритам и весу обрабатываемой ФОД, которые не должны превышать 600´600´800 мм и 250 кг соответственно. Так что реализация указанных выше технико-экономических преимуществ PVD-покрытий будет успешной при соблюдении данных ограничений.
Application of PVD Coatings for Moulds and Tools
A. A. Kormushkin
In the production of plastic products by injection molding or extrusion, the determining factor is the quality of the moulds and tools, which must not only ensure the required dimensional accuracy of the products, but also have high wear resistance and a long service life. The most preferred for these purposes is the so-called PVD technology of surface hardening of the moulds and tools.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 6 (313) 2025 г., с. 18-20.
