金型材料への先進セラミックコーティングの応用

- May 06, 2019-

金型材料における先進セラミックコーティングの応用

 

ダイは、外力の作用下でブランクを特定の形状およびサイズにするためのツールです。 金型がない、現代産業がない、金型産業の発展レベルが全国の製造業のレベルを測定するための重要な指標であると言えるので、それは「産業の母」としても知られています。 エレクトロニクス、自動車、モーター、電気製品、計器、家電製品、通信製品では、部品の60〜80パーセントが金型成形に依存しています。 金型の高精度、高複雑性、高一貫性、高生産性および低消費量は、他の製造方法とは比較にならない。 例えば、最も一般的な自動車において、スタンピングダイによって形成される自動車カバー部品、射出成形によって形成される自動車内装部品、および精密鍛造によって形成される様々なエンジントランスミッション部品はすべて、金型産業の精度および効率を示す。

 

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図1プジョー3008に適用された新しい銀os山の型(写真出典:銀in山の新しい型)

 

しかしながら、伝統的な金型加工は一般的に過酷な環境、交互の温度、応力条件で行われ、金型は様々な疲労損傷を受けやすい。 さらに、金属塑性流動と金型キャビティとの間の激しい摩擦が金型の摩耗を重要な破損形態の一つにしている。 そのため、新たな高硬度、高耐摩耗性、高強度のモールド材料の開発が懸念されている。

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図2様々な複雑な形状の部品を加工することができるが、高い変形温度と成形力を持ち、金型材料に大きな課題を投げかけているブロック押出成形プロセスによって製造された江蘇省銭魏精密鍛造自動車部品
(写真:センウェイ精密精密鍛造)

 

1990年代には早くも、炭化ホウ素セラミックが中国の金型材料に使用されてきました。 mudanjiang炭化ホウ素研究所によって開発された炭化ホウ素延伸ダイは、高温高圧下でプレスされる高純度および超微粒子サイズの炭化ホウ素粉末でできています。 それは高い硬度と良好な耐摩耗性を有しそしてケーブル産業における延伸装置の主要な耐摩耗性成分として使用することができる。

 

しかし、セラミック材料は同時に高い硬度、高温耐性、焦げ付き防止金型および他の利点を有し、最大の困難の適用は脆い材料としてセラミックの脆性であり、その破壊靭性は低く、ほとんど不可能ではない。引張応力に耐えるため、この欠陥は金型全体としての用途を制限します。 この問題を解決するために、セラミック材料を金属材料と組み合わせて、高い硬度および耐摩耗性、ならびに金属材料の良好な可塑性および靭性を確実にすることができる。 それはまた、表面被覆材料としても使用することができ、それは「堅い外側だが堅い」型を形成するために伝統的な型材料の表面に取り付けられる。 これら2つの「互いに学ぶ」方法は広く使用されています。

 

サーメット型

2017年に、江西省機械科学研究所のxiong wei氏と彼の同僚は、熱間押出しプロセスを使用した金属セラミック金型を発表しました。 この研究では、W、Tiおよび他の金属炭化物を金属 - セラミック材料の混合物に添加する。 乾式プレス、冷間静水圧プレス、無加圧焼結、機械加工およびその他のプロセスの後、新世代のw-ti金属 - セラミック熱間押出ダイが開発され、それは高合金鋼で熱間押出ダイを製造する伝統的技術を突破する。 試験結果は、w ‐ ti熱間押出ダイの寿命は伝統的合金鋼のそれの7.5倍であることを示した。

 

 

(ヒント:押出プロセスは非常に高い金型を必要とし、一般的な押出圧力は2000MPa以上です。そのため、新しい金型材料に関する研究では、関連する文献はしばしば新しい押出金型材料の開発にあてがわれます。そのような大きな押出圧力に耐えるには超高強度の型材料がなければならないため、達成が困難と考えられてきた、冷間押出が初めての鋼部品の大量生産は第二次世界大戦であり、ドイツは新しい合金工具鋼を使用した伝統的な押出は室温で行われている近年、いくつかの高強度材料は高温で絞り込まれなければならず、それは金型材料に対するより高い要求を提唱する。

 

 

加えて、初期の研究は一般的にサーメットを製造するためにホットプレス焼結法を使用し、それはセラミック材料の脆さを克服するためにアルミナセラミック鋳型を強化するために金属粒子を使用した。 アルミナセラミックの強化技術に加えて、中南大学は、中国のアルミニウム企業と共に、窒化ケイ素セラミックを強化するために金属Tiを使用する新しい鋳型材料を開発し、窒化ケイ素はより優れた赤色硬度、耐摩耗性および包括性を有すると考えている酸化アルミニウムよりも機械的性質があり、熱間押出成形金型を製造するための最も理想的な材料の1つです。

 

外側は硬いが内側は硬いセラミックコーティング

 

サーメットの新しい鋳型材料の研究開発と比較して、セラミック被覆の理論はより単純であり、そして実際の運用コストはより低い。 現在の方法は化学蒸着(CVD)および物理蒸着(PVD)を含み、後者がより広く使用されている。 PVD技術は、ターゲット材料を蒸発させ、蒸発した物質とガスの両方をイオン化するためにガス放電を利用し、蒸発させたものを堆積させるために電場の加速効果を使用する真空条件下で低電圧と大電流のアーク放電技術です。ワーク上の物質とその反応生成物。

 

表1. PVDコーティングダイの簡単な分析

型の名前

コーティングの種類

モールド素材

加工品

使用効果

切削工具

窒化チタン

SKD11

0.5 mmステンレス

平均余命は9倍以上増加しました

粉末冶金ダイ

窒化クロム

DC53

WC + Coパウダー

平均余命は12倍以上増加しました

深絞り金型

窒化チタンカーボン

SKD11

低炭素鋼

ダイス歪み問題を解決する

ダイカスト金型

窒化クロムアルミニウム

H13

6063アルミニウム合金

粘着物問題を解決する

 


スイスのHatebur社は、世界有数の金型機器サプライヤです。 冷間押出ダイスのパンチにPVDを介して窒化チタンコーティングを施すのは最初の会社です。 (小さな先端:押出プロセスでは、窒化チタンの一般的なPVDコーティング方法は450 以下で使用することができます、温度は冷間押出摩擦であり、材料と金型界面の温度を達成することができています。コーティングの損失を防ぐために、多くの場合CVD法による温間押出を使用するので、作業温度は800 以上に達することができます また、炭化チタンコーティングのCVD法の使用は、作業温度が950 から1100 ℃に 達することができます

 

2017年11月、全国第3回大学生の革新的な事業の「インターネット+」コンテスト、xi '交通大学の "オリジナリティクラウドtu"プロジェクトが金メダルを獲得し、組織委員会によって検討され、最も貴重なプロジェクトです現時点では、着手して、同社は資金調達のラウンド前に始まった、主にプロのチームの構築と建設の契約に使用される株式を10%を譲渡する予定です。 それは報告されている、85の後にxi 'Jiaotong大学の博士Qian Danによって開始された "オリジナリティクラウドtu"プロジェクトは現在コーティング技術の独立した研究開発、大学や大学の専門家チーム、そしてチタンを含む研究開発プラットフォームに依存している窒化物、窒化チタンカーボン、クロム、窒化クロム - 窒化アルミニウム - セラミックのPVDコーティング技術のシリーズは、 "ソフト"ハリネズミの装甲に置くための伝統的な金属または合金メッキのコーティング方法を置き換えます。

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イチジク。 PVD法を使用した職人技クラウドコーティングの4つのサンプル(写真出典:職人技クラウドコーティング)

 

一般に、伝統的な鋼または超合金のダイ材料の用途は非常に成熟していますが、いくつかのより厳しい作業条件では、性能と寿命が大きな課題に直面しています。 先に述べたように、伝統的な冷間押出し技術は温間押出しプロセスでは温間押出し方向であり、温度が高いため、伝統的な材料の赤い硬度差の問題はますます露出します。頻繁な取り替え型はよりよい経済的な利点を達成しました。 これとは対照的に、主にモノリシックセラミック金型の価格が依然として非常に高価であり、耐用年数の予測が実験室で制限されているだけなので、産業における金属粒子で強化されたセラミック材料の適用はめったに報告されない。 しかし、金型部品の高温と高圧に直面する必要性のために金型がより柔軟な形状を有するように、結合凹型金型の開発は、セラミック材料を強化するために使用することができ、残りの部品の残りの部分、まだ比較的安い伝統的な材料を使用してください。 また、ステンレス鋼、耐熱合金鋼の需要は、高い変形抵抗、高温加工環境に直面して、熱間成形技術の開発を推進している、金属セラミック金型はまだ楽しみに価値があります。

 

IKS PVD moudle PVDコーティング機の製造 機械の詳細が必要な場合は、お問い合わせください:iks.pvd@foxmail.com
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