DE102013109706A1

DE102013109706A1 - Verfahren und System zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung mittels HVOF-Spritzens

Info

Publication number: DE102013109706A1
Application number: DE102013109706.5A
Authority: DE
Inventors: Chul Ho Kang; Sang Hwan Jun; Deuk Yong Kim; Ka Young PARK; Kyu Yeol BAE; Chang Hee Lee
Original assignee: Kia Motors Corp; Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Current assignee: Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU; Kia Corp
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-09-11
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: US20170327956A1; US20140251501A1; KR20140110174A; CN104032258A; US10407776B2; KR101519709B1; DE102013109706B4; JP6291693B2; JP2014173187A; US9714470B2

Abstract

Ein Verfahren und ein System zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung verwenden ein HVOF-Spritzen und ein Ionen-Plasmanitrieren zum Kompensieren eines bestimmten Teils (beschädigter Teil) einer Pressform, der die Bildung von feinen Biegungen an einer Tür eines Fahrzeugs verursacht, um den Teil bzw. die Form wieder in den ursprünglichen Zustand zu bringen. Eine Beschichtungsdicke-Quantifizierungstechnik kann den beschädigten Teil der Form, der die Bildung von feinen Biegungen an der Tür des Fahrzeugs verursacht, innerhalb einer Kreisform bzw. eines kreisförmigen Bereichs mittels HVOF-Spritzens präzise kompensieren. Eine Oberfläche der Form kann nitriert werden mittels Ionen-Plasmanitrierens nachdem das HVOF-Spritzen ausgeführt wurde, um so die Oberfläche der Form zu härten, so dass die Verschleißwiderstandsfähigkeit und die Ermüdungswiderstandsfähigkeit der Form stark verbessert werden können und die Aufpanzer- oder Auftrags-Effizienz der Form erhöht werden können.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung mittels HVOF-Spritzens (Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen bzw. thermisches Spritzbeschichten; „HVOF” abgeleitet von „High-Velocity-Oxy-Fuel”) und Ionen-Plasmanitrierens, und betrifft insbesondere ein Verfahren und System zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung mittels HVOF-Spritzens und Ionen-Plasmanitrierens, wobei (z. B. wodurch) ein bestimmter Teil/Abschnitt (beschädigter Teil) einer Pressform (z. B. Press-Matrize), der die Bildung von feinen Krümmungen/Wölbungen/Biegungen (z. B. Herstellungsfehlern) an einer Tür eines Fahrzeugs verursacht, kompensiert werden kann und sein Originalzustand wiederhergestellt werden kann.
Beschreibung der bezogenen Technik
Fahrzeugdesign wird als genauso wichtig erachtet wie die Fahrzeugleistung, um den Kundenwünschen zu entsprechen. Es gibt daher den Bedarf für die Entwicklung von Produktionstechniken für schwierig zu formende Teile, um kompliziert gekrümmtes Flächendesign für Fahrzeuge zu implementieren.
Ein Beispiel dafür ist ein Fahrzeug-Abdeckpaneel, das unter Benutzung einer Pressform, z. B. Press-Matrize, hergestellt ist/wird.
Wenn jedoch das Abdeckpaneel bzw. Außenpaneel des Fahrzeugs mittels der Pressform/Press-Matrize hergestellt wird, kann ein Defekt, wie zum Beispiel eine feine Biegung/Krümmung (siehe 1), in dem Abdeckpaneel des Fahrzeugs auftreten wegen eines Spannungsgleichgewicht-Unterschiedes, der durch einen beschädigten Teil der Fläche der Matrize an/in dem Abdeckpaneel des Fahrzeugs verursacht wird.
Als ein Beispiel aus der bezogenen Technik zum Kompensieren einer feinen Biegung, die an dem/in dem Abdeckpaneel gebildet ist, wurde ein Kompensations(Reparatur)-Verfahren implementiert, bei dem ein beschädigter Teil der Matrize mittels Aufpanzerns oder Auftragsschweißens, zum Beispiel Bogenschweißen, unter Benutzung eines Schweißstabs an dem beschädigten Teil der Matrize wieder in seine originale Form zurückgebracht wird.
Wenn jedoch ein Schweißen an dem beschädigten Teil der Matrize durchgeführt wird, ist es schwierig, die Schweißdicke zu steuern, tritt eine Wärmeverformung eines Substrats auf, ist eine Zeitdauer für das Aufpanzern oder Auftragsschweißen lang, und wird eine Vielzahl von Kompensationsdurchgängen benötigt, um die präzise Dimensionierung (z. B. der Reparaturstelle) an dem beschädigten Teil der Matrize durchzuführen.
Zusätzlich wird/ist die Fläche der Matrize, die mittels Aufpanzerns oder Auftragsschweißens, zum Beispiel Bogenschweißen, wiederhergestellt wird, mit Chrom plattiert. Jedoch ist es nicht einfach, die Dicke der Chrom-Plattierungsschicht zu steuern, und wegen eines Härteunterschiedes der Oberfläche, der durch die Dicke der Plattierungsschicht verursacht wird, wird die Plattierungsschicht unweigerlich abgelöst, wenn die Matrize erwärmt wird und mehrere 1000-mal wiederholt mit einem hohen Druck während der Pressarbeit vertikal betätigt wird, und die Matrize sollte periodisch neu-plattiert werden.
Es ist schwierig, ein solches Chrom-Plattieren-Verfahren bei 400°C oder mehr zu benutzen, und es können Umweltprobleme während der Herstellung/Durchführung auftreten, aufgrund eines kanzerogenen Materials, das eine höhere Toxizität als Arsen (As) oder Kadmium (Cd) hat, wie zum Beispiel Cr⁶⁺.
Um die oben-genannten Nachteile des Matrizen-Kompensations-Verfahrens mittels Aufpanzerns oder Auftragsschweißens zu lösen, wird in der koreanischen Patentanmeldungspublikation mit der Nummer 10-2001-0057981 (veröffentlicht am 22. Juni 2011) eine Reparaturtechnik offenbart zum Legieren des beschädigten Teils der Matrize mit großer Festigkeit mittels wiederholtem Ausführens der folgenden Tätigkeiten: Zuführen von Metallpulver zu dem beschädigten Teil der Matrize mit einer vorbestimmten (Zuführ-)Höhe, Einstrahlen von Laserstrahlen mit einem geringen Wärmeeintrag auf den beschädigten Teil der Matrize mit hoher Geschwindigkeit, um so einen geschmolzenen Teil zu bilden, und gleichzeitig schnelles Kühlen des geschmolzenen Teils mittels gekühlter Luft.
Die Technik zum Reparieren eines lokalen Teils der Matrize mittels Laserstrahlen mit geringem Wärmeeintrag hat einige der Nachteile von dem Aufpanzern oder Auftragsschweißen, wie zum Beispiel Bogenschweißen, gelöst; da jedoch eine einmalige Schichthöhe bzw. Stapelhöhe des Metallpulvers im Bereich von 0,8 bis 1,2 mm ist, ist diese Technik nicht als eine Technik zum Kompensieren einer feinen Krümmung der Matrize geeignet, welche Technik eine Kompensation im Bereich von Mikrometern benötigt, und wegen einem Anstieg der Herstellungskosten und der Aufpanzer- oder Auftragsschweißen-Dauer, die durch den zusätzlichen schnellen Kühlprozess zum Legieren mit großer Festigkeit verursacht werden, wird die Effizienz verringert.
Als ein anderes Matrize-Wiederherstellung-Verfahren gemäß der bezogenen Technik ist ein Matrize-Wiederherstellung-Verfahren, das eine Ionen-nitrierte Fläche aufweist/bildet, in der koreanischen Patentanmeldungspublikation der Nummer 10-2007-0107955 (veröffentlicht am 8. November 2007) veröffentlicht.
Jedoch ist dieses Verfahren nur dazu eingerichtet, die Ionennitrierte Fläche zu erzeugen, die mittels Ionen-Nitrierens geformt wird, das eine umweltfreundliche Technik ist, durch das Ersetzen eines Matrize-Wiederherstellung-Verfahrens, das Chrom-Plattieren gemäß der bezogenen Technik verwendet. In der oben genannten Quelle werden keine detaillierten Materialien für eine Aufpanzer- oder Auftragsschweißschicht, keine Arten von Matrizen und keine detaillierten Bedingungen für ein Ionen-Nitrieren-Verfahren sowie Vorgehensweisen dafür offenbart, weswegen der Effekt der Matrize-Wiederherstellung geringfügig ist bzw. das offenbarte Verfahren zur Matrizen-Wiederherstellung ungeeignet ist.
In anderer bezogener Technik wird ein Wolfram-Inertgas(TIG)-Schweißen oder ein Pulvergemisch-Beschichtungsverfahren benutzt, um eine Matrize, die unter Benutzung von thermisch-spritzgeformtem Stahl hergestellt ist, zu reparieren, oder es wird eine Technik verwendet zum partiellen Durchführen von einem Aufpanzern oder Auftragsschweißen mittels des Bildens einer Niedrigtemperatur-Spritzbeschichtung-Schicht auf einem zu reparierendem Teil der Matrize, die unter Benutzung von thermisch spritzgeformten Stahl hergestellt ist, und des darauf folgenden Elektroschweißens oder Verwendens eines Niedrigtemperatur-Spritzstapel-Vorgangs.
Es gibt jedoch kein Beispiel, bei dem eine partielle Kompensationstechnik unter Benutzung von einem Spritzbeschichtungs-Stapeln/Aufschichten auf einer Pressform, die unter Benutzung von Gusseisen mit Kugelgraphit (ein Material, das eine geringe Menge Magnesium (Mg) enthält und in dem Graphit in einer sphäroiden Form (im Folgenden: Kugelgraphit) existiert, und welches im Vergleich zu normalem Graugusseisen eine verbesserte Festigkeit und Flexibilität aufweist) hergestellt ist, als ein Substrat angewendet wird. Die Schaffung eines partiellen Kompensationsverfahrens für eine Matrize, die unter Benutzung von Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt ist, wird daher dringend benötigt.
Die Informationen, die in diesem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung” offenbart sind, dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung, und sie sollten nicht als eine Bestätigung oder irgendeine Form von Andeutung verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, bilden.
Kurze Beschreibung
Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und Systeme zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung mittels HVOF-Spritzens und Ionen-Plasmanitrierens, wobei ein bestimmter Teil (z. B. Abschnitt) einer Form (z. B. Matrize oder Gesenk (z. B. Obergesenk, z. B. Untergesenk)) mit einer Aufpanzerung oder einem Überzug/Auftrag versehen wird durch Stapeln (z. B. Aufbringen, z. B. Aufschichten) eines Ferrolegierung-Pulvers auf einen bestimmten Teil (beschädigten Teil), der die Bildung von feinen Biegungen (z. B. Press-Fehlern) an einer Tür eines Fahrzeugs verursacht, von einer Press-Matrize, die hergestellt ist unter Benutzung von Gusseisen mit Kugelgraphit, mittels HVOF-Spritzens, wobei der aufgepanzerte oder aufgetragene Teil Ionen-nitriert wird, um eine Nitrierschicht auf der Fläche (z. B. Oberfläche) der Matrize zu bilden und um gleichzeitig eine Stickstoff-Diffusionsschicht bis zu einer (z. B. bestimmten) Tiefe einer Beschichtungsschicht zu bilden, welche mittels Ferrolegierung-Pulver gebildet ist, so dass die Verschleißwiderstandsfähigkeit und die Dauerfestigkeit/Ermüdungswiderstandsfähigkeit der Matrize/Form stark verbessert werden können, und so dass die Aufpanzer- oder Auftrags-Effizienz der Matrize/Form, die aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt ist (z. B. daraus besteht), erhöht werden können.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung unter Benutzung von einem HVOF-Spritzbeschichten und einem Ionen-Plasmanitrieren bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Bilden einer Ferrolegierung (z. B. Eisenbasislegierung) Pulver-Beschichtungsschicht/Spritzschicht auf einem beschädigten Teil (z. B. Abschnitt) einer Pressform (z. B. Matrize zum Pressen bzw. für eine Presse), bei/in der Gusseisen mit Kugelgraphit als ein Substrat verwendet wird (die z. B. aus Gusseisen mit Kugelgraphit besteht), mittels HVOF-Spritzbeschichtens, und Bilden einer Nitrierschicht auf/an der Beschichtungsschicht mittels Nitrierens (z. B. Nitridierens) einer Oberfläche der Beschichtungsschicht der Pressform mittels Ionen-Plasmanitrierens (z. B. Plasma-Ionennitirierens).
Da die Matrize ein Substrat aus Gusseisen mit Kugelgraphit benutzt (z. B. aus einem solchen besteht), kann ein Beschichtungsmaterial, das beim HVOF-Spritzbeschichten verwendet wird, ein (z. B. einziges) Material sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus den (z. B. allgemein verwendeten bzw. Industriestandard-)Ferrolegierungen FE-101 Pulver, FE-206 Pulver, und FE-108 Pulver besteht.
Das Ferrolegierung-Pulver (z. B. Spritzwerkstoff-Ausgangspulver) kann so eingerichtet (z. B. ausgewählt, hergestellt) sein, dass es einen Durchschnitts-Durchmesser (mittlerer Partikeldurchmesser) hat, der in einem Bereich von 25 bis 35 μm liegt. Der Durchschnitts-Durchmesser kann dabei gemäß Industriestandard bestimmt sein und/oder kann ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser bezogen auf die Anzahl der Partikel („zahlenmittlerer Partikeldurchmesser”), das Volumen der Partikel oder die Masse der Partikel sein.
Das Verfahren kann ferner aufweisen ein Steuern (z. B. Einstellen) der Oberflächenrauheit einer Oberfläche des beschädigten Teils der Matrize/Form, während ein Vorbehandlungsprozesses vor dem HVOF-Spritzbeschichten ausgeführt wird.
Das Steuern/Einstellen der Oberflächenrauheit kann mittels Sandstrahlens ausgeführt werden, und die Oberflächenrauheit kann so gesteuert/eingestellt werden, dass die Gleichung „Ra = 5,63 ± 0,41 μm oder mehr bzw. höher” erfüllt ist.
Das HVOF-thermische-Spritzbeschichten kann ausgeführt werden in einem Zustand, in dem eine (Schmelz)Temperatur der Pulverpartikel optimiert ist mittels Steuerns bzw. Einstellens einer Zunahme/Verringerung eines Sauerstoffstroms und/oder eines Brennstoffstroms (z. B. eines jeweiligen Volumenstroms).
Insbesondere kann eine Nitrierschicht, die eine Dicke von 17 bis 50 μm hat, mittels Ionen-Plasmanitrierens an der Ferrolegierung-Pulver-Beschichtungsschicht gebildet werden.
Die Nitrierschicht kann eine Stickstoff-Diffusionsschicht, die in einem Tiefe-Abschnitt der Beschichtungsschicht gebildet ist, und eine Stickstoff-Verbindungschicht aufweisen, die CrN, Fe₄N und Fe_2-3N enthält (z. B. daraus besteht), die an einem oberen Teil bzw. oberhalb der Stickstoff-Diffusionsschicht eine Oberfläche (z. B. einen Teil der Oberfläche) der Matrize/Form bilden.
Das Verfahren kann vor (z. B. unmittelbar vor) dem Ionen-Plasmanitrieren ferner aufweisen ein Schleifen einer Oberfläche der Beschichtungsschicht, z. B. mit einer Körnung von oder bis zu 1000 oder bis 2000 (z. B. von oder bis zu #1000 bis #2000), und Entfernen von Verschmutzungen (z. B. Unreinheiten) von der Beschichtungsschicht mittels Alkohol-Ultraschall-Reinigens (z. B. mittels Reinigens im Ultraschallbad mit Alkohol).
Das Ionen-Plasmanitrieren kann ausgeführt werden mittels Einstellens von Zeitdauer, Temperatur, Spannung und Gasverhältnis (z. B. Gaszusammensetzung), die eine Struktur (z. B. Gefüge) und eine Tiefe der Nitrierschicht gemäß einer Nutzungsumgebung und einer Anforderungsbedingung der Matrize/Form bestimmen bzw. einstellen bzw. erzeugen.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, die in den Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden ausführlichen Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erklären, detaillierter beschrieben sind oder aus diesen deutlich werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die 1 ist ein Bild, das ein Beispiel zeigt, in dem feine Biegungen/Krümmungen an einem Abdeckpaneel einer Tür eines Fahrzeugs gebildet sind, das unter Benutzung einer Press-Matrize hergestellt ist/wurde.
Die 2 zeigt eine schematische Ansicht einer exemplarischen Stapelstruktur einer Beschichtungsschicht einer Matrize, die mittels HVOF-Spritzens und Ionen-Plasmanitrierens gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist/wurde.
Die 3 zeigt eine Ansicht, die die Oberflächenrauheit von Gusseisen mit Kugelgraphit zum Bilden einer dichten Verbindung/Grenzfläche/Schnittstelle zwischen einer Form/Matrize und einer Beschichtungsschicht veranschaulicht.
Die 4 zeigt Bilder eines Stapel-Beispiels eines Ferrolegierung-Pulvers, mit dem die Form/Matrize (Gusseisen mit Kugelgraphit) beschichtet ist, zusammen mit einer Haftkraft zwischen der Beschichtungsschicht und der Matrize/Form sowie einer Bindungsstärke davon gemäß der Oberflächenrauheit.
Die 5A, 5B und 5C zeigen Graphen, die Beispiele der Quantifizierung/Messung von Beschichtungsdicken von Ferrolegierung-Pulver gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Die 6 zeigt eine Ansicht, die einen exemplarischen Ionen-Plasmanitrierung-Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die 7 zeigt Querschnittsansichten von Stickstoff-Diffusionsschichten einer exemplarischen Matrize/Form, die repariert werden soll, nachdem der Ionen-Plasmanitrierung-Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurde.
Die 8 zeigt einen Graph eines exemplarischen Profils der Mikrohärte eines Querschnitts der Beschichtung der Matrize/Form, die repariert werden soll, nachdem der Ionen-Plasmanitrierung-Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurde.
Die 9 zeigt eine schematische Ansicht einer exemplarischen Struktur einer Spritzpistole, die beim HVOF-thermischen-Spritzbeschichten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Ausführliche Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug genommen auf zahlreiche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den begleitenden Figuren dargestellt sind und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wird, wird deutlich werden, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese exemplarischen Ausführungsformen einzuschränken. Im Gegenteil, die Erfindung ist dazu gedacht, nicht nur die exemplarischen Ausführungsformen abzudecken, sondern auch zahlreiche Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüche definiert ist, enthalten sind.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Beschichtungsdicke-Quantifizierungs-Technik bzw. Beschichtungstechnik, mittels der ein beschädigter Teil, der die Bildung von feinen Krümmungen bei einer Tür eines Fahrzeugs verursacht, einer Press-Matrize/Form, die aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt ist, präzise kompensiert werden kann mittels HVOF-thermischem-Spritzbeschichtens, z. B. innerhalb eines Kreisbereichs. Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren und ein System zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung mittels HVOF-Spritzbeschichtens und Ionen-Plasmanitrierens bereit, wodurch eine Fläche (zum Beispiel Oberfläche) der Form/Matrize nitriert (nitridiert) wird mittels Ionen-Plasmanitrierung nachdem das HVOF-thermische-Spritzbeschichten durchgeführt wurde, um die Fläche der Matrize/Form zu härten, so dass die Verschleißwiderstandsfähigkeit und die Ermüdungs-Widerstandsfähigkeit der Matrize stark verbessert werden können und so dass die Aufpanzer- oder Auftrags-Effizienz der Matrize/Form erhöht werden kann.
Dazu wird zuerst ein Beschichtungspulver ausgewählt, das für Gusseisen mit Kugelgraphit als ein Substrat für eine Press-Matrize/Form geeignet ist.
Es kann eine Ferrolegierung aus der verbreitet-verwendeten Ferrolegierung(Rostfreier Stahl)-Gruppe ausgewählt werden. Beispiele sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Das Beschichtungsmaterial, das beim HVOF-thermischen-Spritzbeschichten verwendet wird, hat bevorzugt eine hohe gegenseitige Eignung (z. B. Komptabilität) mit Kugelgraphit-Gusseisen als das Substrat für die Press-Matrize/Form und hat hohe bzw. gute mechanische Eigenschaften (Härte, Verschleißfestigkeit und Bindungsfestigkeit) im Vergleich zu dem Substrat unter Berücksichtigung der Oberflächennitrierung, die nach der Beschichtung durchgeführt wird. Tabelle 1

Nr. Modell Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Bemerkung

1 FE-101 Fe-17Cr-12Ni-2.5Mo 316 SS

2 FE-206 Fe-16.1Cr-4.1Ni-3.2Cu-0.3Nb 17-4 PH [Duplex]

3 FE-108 Fe-12.5Cr 410 SS
Aus der Gruppe der gemeinhin benutzten Ferrolegierungen ist das in der Tab. 1 gezeigte FE-101-Pulver ein austenitisches Rostfreier-Stahl-Material, hat eine hohe Niedrigtemperatur-Spritzbeschichtung-Effizienz und realisiert durch eine Prozesssteuerung eine Verformungshärtung und Kornstärkung mittels einer Kornfeinung, wodurch die Beschichtungsfestigkeit-Eigenschaften verbessert werden.
Das FE-206-Pulver in der Tab. 1 ist ein ausscheidungshärtendes Rostfreier-Stahl-Material vom Martensit-typ und hat den Effekt des Härtens bzw. Aushärtens mittels einer diffusen/diffundierten Cu-Ausscheidung, und das FE-108-Pulver ist ein martensitisches Rostfreier-Stahl-Material, das eine hohe Härteeigenschaft hat.
Wenn ein Pulvermaterial für das HVOF-thermische-Spritzbeschichten zum Kompensieren und Wiederherstellen der Press-Matrize/Form, das heißt ein Eisenbasis-Legierungspulver, ausgewählt wurde, sollte der Durchmesser (zum Beispiel der Partikel) des Ferrolegierung-Pulvers bestimmt werden, da dieser ein signifikanter Faktor für die Beschichtungseigenschaft ist.
Wenn der Durchmesser der Partikel des Ferrolegierung-Pulvers zu klein ist und weniger als 15 μm beträgt, wird das Pulver vollständig geschmolzen, und eine Laval-Düse zum HVOF-thermischen-Spritzbeschichten verstopft, so dass das Beschichten nicht durchgeführt werden kann.
Andererseits, wenn der Durchmesser der Partikel des Ferrolegierung-Pulvers zu groß ist und größer als 35 μm ist, beschleunigt das Gas zum HVOF-thermischen-Spritzbeschichten die Pulverpartikel nicht ausreichend, so dass das Partikelbeschichten nicht gut durchgeführt werden kann, und die aufgebrachten/beschichteten Partikel bilden eine schwache Verbindung zwischen den Partikeln wegen eines Nicht-Schmelzens und wegen Poren, so dass Risse auftreten und eine Beschichtungsschicht sich ablösen werden kann (siehe 2), Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Durchschnittsdurchmesser des Ferrolegierung-Pulvers, das zur Feinkrümmungs-Kompensation der Matrize/Form benutzt wird, auf den Bereich von (zum Beispiel etwa, zum Beispiel genau) 25 bis (z. B. etwa, z. B. genau) 35 μm eingestellt werden bzw. kann Pulver mit einem solchen Durchmesser benutzt werden.
Wenn ein Pulvermaterial zur Verwendung beim HVOF-thermischen-Spritzbeschichten zum Kompensieren und Wiederherstellen einer Pressform ausgewählt wurde und der Durchmesser des Pulvermaterials bestimmt bzw. festgelegt wurde, wird ein Prozess zum Steuern (z. B. Einstellen) der Oberflächenrauheit als ein Vorbehandlungsprozess an einer Beschichtungsfläche bzw. zu beschichtenden Fläche der Matrize/Form ausgeführt.
Der Grund, weswegen die Oberflächenrauheit einer Oberfläche (Fläche eines beschädigten Teils), auf der die Beschichtungsschicht der Matrize/Form gebildet werden soll, gesteuert bzw. eingestellt wird, ist die Sicherstellung der Verbindungsstärke/Bindefestigkeit der Beschichtungsschicht.
Zu diesem Zweck wird ein Sandstrahl-Prozess als ein Vorbehandlungsprozess durchgeführt, vor der Durchführung des HVOF-thermischen-Spritzbeschichtens, so dass die Oberflächenrauheit zum Beschichteten der Matrize/Form gesteuert/eingestellt werden kann.
Insbesondere wird ein Sandstrahl-Prozess als ein notwendiger Vorbehandlungsprozess zum Sicherstellen der Haftung zwischen einem Substrat und der Beschichtungsschicht der Matrize/Form, einer hohen Bindungsstärke und einer ausreichenden Haltbarkeit durchgeführt, so dass eine vorbestimmte Bindungsstärke zwischen dem Substrat und der Beschichtungsschicht der Matrize mit der vorbestimmten Oberflächenrauheit erhalten werden kann und gleichzeitig eine dichte Verbindung zwischen diesen gebildet werden kann.
Die Oberflächenrauheit des Substrats (Gusseisen mit Kugelgraphit) unter Benutzung des Sandstrahl-Prozesses kann die Gleichung Ra = 5,63 ± 0,41 μm oder mehr erfüllen, da, wenn Ra weniger als 5,63 ± 0,41 μm beträgt, eine relativ geringe Bindungsstärke erhalten wird und Risse zwischen dem Substrat und der Beschichtungsschicht auftreten können.
Folglich, indem/während gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Beschichteten mittels HVOF-thermischem-Spritzens ein Vorbehandlungsprozess durchgeführt wird (mittels Sandstrahlens), wird die Oberflächenrauheit der Fläche des beschädigten Teils der Matrize/Form mittels einer Oberflächenrauheit-Steuerung gesteuert/eingestellt.
Als ein experimentelles Beispiel zum Einstellen der Oberflächenrauheit des Matrize/Form-Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen Ergebnis in der 4 gezeigt ist, wurde der Sandstrahl-Prozess auf dem Form-Substrat so durchgeführt, dass die Oberflächenrauheiten die Gleichungen R1 = 3,81 ± 0,47 μm, R2 = 5,63 ± 0,41 μm bzw. R3 = 9,54 ± 0,55 μm, wie es in der 3 gezeigt ist, erfüllen, und es wurde eine Beschichtungsschicht auf dem Matrize/Form-Substrat unter Benutzung Von HVOF-thermischem-Spritzbeschichten gebildet.
Wie es in der 4 gezeigt ist, wenn eine Oberflächenrauheit des Substrats (Gusseisen mit Kugelgraphit) unter Benutzung des Sandstrahl-Prozesses die Gleichung R1 = 3,81 ± 0,47 μm erfüllt, können Risse in der Verbindung (z. B. Grenzfläche) zwischen der Beschichtungsschicht und dem Substrat auftreten, und andererseits kann eine dichte Verbindung zwischen dem Substrat und der Beschichtungsschicht gebildet werden, wenn die Oberflächenrauheit des Substrats (Gusseisen mit Kugelgraphit) unter Benutzung des Sandstrahl-Prozesses die Gleichung R2 = 5,63 ± 0,41 μm oder mehr/größer erfüllt.
Daher wird der Sandstrahl-Prozess durchgeführt, so dass die Oberflächenrauheit des Matrize/Form-Substrats (Gusseisen mit Kugelgraphit) die Gleichung R2 = 5,63 ± 0,41 μm oder mehr erfüllt bzw. erfüllen kann.
Als nächstes wird ein Prozess des Bildens der Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des beschädigten Teils des Matrize/Form-Substrats, der eine vorbestimmte Oberflächenrauheit hat, mittels HVOF-Spritzens durchgeführt.
Das bedeutet, ein Vorgang des Bindens einer Ferrolegierung-Pulver-Beschichtungsschicht auf dem beschädigten Teil der Presse-Matrize/Form, in der Gusseisen mit Kugelgraphit als Substrat benutzt wird, wird von einer HVOF-Spritzeinheit unter Benutzung eines HVOF-thermisches-Spritzbeschichtung-Verfahrens durchgeführt.
Dazu sollte eine optimale Beschichtungsprozess-Bedingung zum Reparieren der Press-Matrize/Form eingerichtet bzw. eingestellt werden.
Das bedeutet, in dem HVOF-thermischem-Spritzbeschichten-Verfahren werden die Fluggeschwindigkeit und die Temperatur des Pulvers gesteuert mittels des Steuerns des Drucks und des Stroms (z. B. Volumenstroms) von dem Brennstoff und von dem Gas, so dass die Aufschicht/Stapel-Effizienz der Beschichtung eingestellt/festgelegt werden kann und die Beschichtung-Feinstruktur-Eigenschaften, wie zum Beispiel die Haftung zwischen der Beschichtungsschicht und dem Substrat und die Luft-Porosität davon (z. B. der Beschichtungsschicht), eingestellt/festgelegt werden können. Daher sollte eine Prozessoptimierung bezüglich des Typs, des Drucks und des Stroms des Brennstoffs und des Gases durchgeführt werden, um eine Form/Matrize-Kompensation-Beschichtungsschicht, die exzellente Eigenschaften hat, zu bilden, und gleichzeitig sollten optimierte Prozessbedingungen, die zur Massenherstellung bzw. Massendurchführung der Bildung der Beschichtungsschicht geeignet sind, eingestellt werden.

Im vorliegenden Fall wurde die Ausrüstung „ JP-500015 , die von der Firma TAFA hergestellt wird, für das/in dem HVOF-thermischen-Spritzbeschichten-Verfahren verwendet, und um optimale Prozessparameter zu erhalten, wurde das Beschichten basierend auf den Prozessparametern der Bedingung C2 des Beschichtungspulvers durchgeführt, wobei ein Sauerstoffstrom und ein Brennstoffstrom erhöht bzw. verringert werden/wurden, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Parameter	C1	C2	C3
Pistolenlauf	4''	4''	4''
Spritzdistanz	14'' [355 mm]	14'' [355 mm]	14'' [355 mm]
Spritzgeschwindigkeit	300 mm/s	300 mm/s	300 mm/s
Spritzabstand	5 mm	5 mm	5 mm
Spritzrate	76 g/min	76 g/min	76 g/min
Sauerstoffstrom	1700 scfh (Normal-Kubikfuß pro Stunde)	1800 scfh	2000 scfh
Brennstoffstrom	5.1 gph (z. B. US Gallonen pro Stunde)	5.1 gph	6 gph
Trägergas [N₂]	20 ± 2 scfh	20 ± 2 scfh	20 ± 2 scfh

Beim HVOF-thermischen-Spritzbeschichten-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird Kerosin als Brennstoff benutzt, wird das Pulver erwärmt und beschleunigt unter Benutzung von einem Gas mit hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit, das erzeugt wird, wenn Kerosin mit Sauerstoff gemischt und verbrannt wird, und kollidiert das Pulver mit der Matrize/Form, wodurch die Beschichtung gebildet wird bzw. das Beschichten durchgeführt wird.
Mit Bezug auf die 9 wird das HVOF-thermisches-Spritzbeschichten-Verfahren durchgeführt unter Benutzung einer oder mehrerer Spritzpistolen, wobei in der jeweiligen Pistole ein Pfad/Kanal, entlang/in dem Brennstoff und Sauerstoff transportiert werden, und ein Pfad/Kanal, entlang/in dem Metallpulver (siehe Tabelle 1) zusammen mit Stickstoff als Trägergas transportiert wird, gebildet sind.
Somit wird das Pulver, nachdem es erwärmt und beschleunigt wurde durch das Gas von hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit, das erzeugt wird, wenn/indem Kerosin mit Sauerstoff gemischt und verbrannt wird, durch die Laval-Düse der Spritzpistole gespritzt und kollidiert gleichzeitig bzw. kurz darauf mit der Matrize/Form, wodurch eine Beschichtungsschicht gebildet wird.
Ferner wird für das HVOF-thermisches-Spritzbeschichten-Verfahren Stickstoff als Trägergas benutzt, und ein Kühlen des Substrats der Matrize/findet erfolgt mittels Luftkühlung ohne eine externe Kühlvorrichtung.
Daher wird, wie es in der 2 gezeigt ist, eine Ferrolegierung-Pulverbeschichtungsschicht in Form einer Beschichtungsschicht, die unter Benutzung des HVOF-thermischen-Spritzbeschichten-Verfahrens gebildet ist, auf der Fläche/Oberfläche des Substrats der Matrize/Form, die aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt ist, gebildet.
In diesem Fall weist eine Mikrostruktur/Feingewebe der Beschichtungsschicht nach der Durchführung des HVOF-thermisches-Spritzbeschichten-Verfahrens auf: sog. „Splat(s)” (z. B. ausgelängte Spritzpartikel), in denen gut geschmolzene Partikel wieder zusammenhaften/koagulieren, sich entlang einer gekrümmten Form erstrecken und eine schichtförmige Struktur bilden, nichtgeschmolzene Partikel, Partikel, deren Oberfläche teilweise geschmolzen ist, Poren und Bruchteile mit einer feinen Kornform, die wegen der Kollision, die beim Durchführen des Spritzbeschichtens auftritt, in viele Teile unterteilt bzw. aufgeteilt sind.
Wenn die Temperatur der Pulverpartikel in einem optimalen Zustand ist (Prozessbedingung C2 in der Tabelle 2), können die Pulverpartikel mit dem Substrat mit hoher Geschwindigkeit kollidieren und können gleichzeitig angemessen verteilt/diffundiert werden, um eine Lamellenstruktur oder „Splat(s)” zu bilden.
Andererseits, wenn die Temperatur der Pulverpartikel höher als der optimale Zustand (Prozessbedingung C2 in der Tabelle 2) ist, d. h. im Falle der Prozessbedingung C1 in der Tabelle 2, oder wenn die Temperatur der Pulverpartikel niedriger als der optimale Zustand (Prozessbedingung C2 in der Tabelle 2) ist, d. h. im Falle der Prozessbedingung C3 in der Tabelle 2, haben/bilden die Pulverpartikel eine Mikrostruktur mit internen/inneren Defekten.
Wenn die Temperatur der Pulverpartikel höher ist als der optimale Zustand (Prozessbedingung C2 in der Tabelle 2), d. h. in dem Fall der Prozessbedingung C1 in der Tabelle 2, tritt eine Phasentransformation auf wegen einer unerwünschten Reaktion, wie zum Beispiel Oxidation, in einem Strömungsbereich des Gases, der eine hohe Temperatur hat, so dass hauptsächlich an bzw. auf der Beschichtungsschicht ein Oxid, wie zum Beispiel Fe₃O₄, gebildet wird.
Da Oxide, die hauptsächlich auf/an der Beschichtungssicht gebildet sind, wegen eines Unterschiedes des thermischen Expansionskoeffizienten während des Kühlens schwache Verbindungen zwischen den Oxiden und den Pulverpartikeln darstellen bzw. sind, werden in der Beschichtungsschicht ungleiche und schwache mechanische Eigenschaften (Mikrohärte und Verbindungsstärke) erzeugt. Ferner, da die sofort vollständig geschmolzenen Partikel mit dem Substrat kollidieren und die vollständig geschmolzen Partikel weit bzw. schnell diffundieren bzw. verbreitet werden, ist die Stapeleffizienz der Beschichtungsschicht (Schichtdicke im Vergleich zur Anzahl der Sprühvorgänge) nicht gut, wie es durch „C1” in den 5A bis 5C angezeigt ist.
Andererseits, wenn die Temperatur der Pulverpartikel niedriger ist als der optimale Zustand (Prozessbedingung C2 in der Tabelle 2), d. h. in dem Fall der Prozessbedingung C3 in der Tabelle 2, wird nicht genug Wärme auf die Pulverpartikel aufgebracht und die nicht geschmolzenen Partikel kollidieren mit der Fläche des Form-Substrats und werden gestapelt. Daher ist eine Haftkraft zwischen den Partikeln schwach, und es werden Risse zwischen den schwachen Verbindungen der Partikel erzeugt, so dass die Beschichtungsschicht abgelöst werden kann (siehe 4).
Daher wird in der vorliegenden Erfindung das HVOF-thermische-Spritzbeschichten-Verfahren gemäß der Prozessbedingung C2 (Bedingung/Zustand, in der/dem die Temperatur der Pulverpartikel optimiert ist), die in der obenstehenden Tabelle 2 gezeigt ist, durchgeführt, so dass die Mikrostruktur/Feinstruktur der Beschichtungsschicht, die mittels des HVOF-thermischen-Spritzbeschichten-Verfahrens hergestellt ist, und die Stapeleffizienz des Pulvers optimiert sind.
Noch spezifischer wird das HVOF-thermisches-Spritzbeschichten-Verfahren gemäß der Prozessbedingung C2 (Bedingung/Zustand, in der/dem die Temperatur der Pulverpartikel optimiert ist) durchgeführt, wobei der Lauf der Spritzpistole 4 Inch/Zoll hat (z. B. einen Durchmesser von 4 Inch/Zoll), die Spritzdistanz in Bezug auf das Form/Matrize-Substrat 14 Inch/Zoll beträgt (z. B. die Distanz zwischen Spritzpistole und Substrat, insb. zwischen dem Laufende bzw. der Austrittsöffnung der Spritzpistole und dem Substrat), die Spritzgeschwindigkeit 300 mm/s beträgt, der Spritzabstand 5 mm beträgt (z. B. ein Abstand zwischen zwei benachbart (nebeneinander) angeordneten Spritzpistolen, d. h. ein Abstand in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht ist zu der Spritzdistanz; z. B. ein Abstand zwischen den Austrittsöffnungen zweier benachbarter Spritzpistolen), die Spritzrate 76 g/min beträgt, der Sauerstoffstrom 1800 Normal-Kubikfuß pro Stunde (scfh) beträgt, der Brennstoffstrom 5,1 Gallonen (z. B. US-Gallone; alternativ britische/imperiale Gallone) pro Stunde beträgt, und der Trägergasstrom (N₂) 20 ± 2 scfh beträgt.
Als nächstes wird ein Oberflächenhärtungsprozess der Beschichtungsschicht, die auf dem beschädigten Teil der Form/Matrize mittels Beschichtens aufgebracht ist/wurde, unter Verwendung von Ionen-Plasmanitrieren durchgeführt.
Das bedeutet, die Fläche der Beschichtungsschicht der Matrize/Form wird nitriert unter Verwendung von Ionen-Plasmanitrieren mittels einer Ionen-Plasmanitrierungs-Einheit (z. B. Vorrichtung), um so die Oberflächenhärtung durchzuführen. Mithin kann ein Vorgang des Bildens einer Nitrierungsschicht auf der Beschichtungsschicht durchgeführt werden.
Mit Bezug auf 6 weist das Ionen-Plasmanitrieren zum Härten der Oberfläche und zum Verbessern der Verschleißfestigkeit der Beschichtungsschicht, die auf der Oberfläche der kompensierten Matrize/Form, d. h. des beschädigten Teils der Matrize/Form, mittels Beschichtens gebildet ist/wurde, auf: Pumpen/Saugen in einer Nitrierung-Reaktionskammer (z. B. Bilden eines Vakuums in dieser), Erwärmen, Sputterreinigen, Plasmanitrieren und Kühlen.
Die oben-genannten Prozesse werden nun detaillierter beschrieben.
Zuerst, bevor das Ionen-Plasmanitrieren durchgeführt wird, und nachdem die Oberfläche der Beschichtungsschicht der Form/Matrize, die kompensiert ist/wurde durch die Benutzung des optimalen HVOF-thermischen-Spritzbeschichtungs-Verfahrens (Prozess C2 in der Tabelle 2), fein geschliffen ist/wurde mittels einer Schleifeinheit (Schleifvorrichtung) unter Benutzung eines Siliziumkarbid(SiC)-Schleifpapiers mit einer Körnung von 1000 bis 2000, oder bis zu 1000 zu 2000, werden Unreinheiten/Verschmutzungen von der Beschichtungsschicht unter Verwendung von Alkohol-Ultraschall-Reinigen für eine Dauer von 10 min mittels einer Reinigungseinheit (z. B. Ultraschallbad mit Alkohol) entfernt.
Nachfolgend, nachdem die Form/Matrize in die Reaktionskammer eingebracht bzw. geladen wurde, wird die Reaktionskammer in einen (Hoch)Vakuum-Zustand gepumpt/gebracht, wird eine Spannung an die Oberfläche der Form/Matrize angelegt, wird überprüft, dass/ob der Druck in der Reaktionskammer auf weniger als 1 Torr abgesunken ist, und wird dann die Reaktionskammer für 30 min auf 300°C erwärmt (z. B. für 30 min bei 300°C gehalten).
Als nächstes wird in dem Sputterreinigungsvorgang, wenn bei einer Gasatmosphäre aus Argon (Ar) und Wasserstoff (H₂) eine Spannung von 250 V angelegt ist, Plasma gebildet, und eine stabile Oxidschicht, wie z. B. Cr₂O₃, die auf der Beschichtungsschicht gebildet. ist/wurde, kann mittels Ätzens entfernt werden.
Ein Nitrierungsprozess unter Benutzung von Plasma wird durchgeführt unter Verwendung einer Gasmischung aus H₂ und N₂, eines Prozessdrucks von 1,6 Torr und eines festen/konstantgehaltenen Stroms von 30 A oder mehr bei 550°C für 10 Stunden, und das Kühlen wird langsam durchgeführt in einem Vakuum-Zustand.
Mittels des oben-beschriebenen Prozesses wird eine Nitrierungsschicht (aufweisend eine Stickstoff-Diffusionsschicht und eine Stickstoff-Verbindungsschicht), die eine Dicke von etwa 17 bis 50 μm hat, an der Beschichtungsschicht (Ferrolegierung-Pulverbeschichtungs-Schicht), die mittels des HVOF-thermischen-Spritzbeschichten-Verfahrens aufgebracht wurde/ist, gebildet, wie es in der 7 gezeigt ist.
Zusätzlich wurde die Stickstoff-Diffusionsschicht von einem Matrize/Form-Produkt, dessen Oberfläche mittels des Nitrierungsprozesses gehärtet wurde, unter Verwendung eines Elektronenstrahlmikroanalysegeräts (ESMA bzw. EPMA) überprüft. Mithin kann ein N-reicher Bereich als eine Stickstoff-Verbindungsschicht (z. B. Stickstoffverbindung-Ausscheidungsschicht) an einem oberen Bereich der Stickstoff-Diffusionsschicht identifiziert bzw. bestätigt werden.
Das bedeutet, es kann überprüft/bestätigt werden, dass der N-reiche Bereich in/auf der Oberfläche der Form/Matrize existiert, und dass die Stickstoff-Diffusionsschicht, die eine Dicke von 17 bis 50 μm hat, gemäß den Stahlarten 316 SS, 17-4 PH und 410 SS in einem Tiefe-Bereich (z. B. unter der Oberfläche) gebildet ist.
Mit Bezug auf die 8 wird, da eine dichte Verbindungsschicht (N-reicher Bereich, der die Stickstoff-Verbindungsschicht ist), die Nitride, wie z. B. CrN, Fe₄N, und Fe_2-3N aufweist, auf dem oberen (Oberflächennahen) Teil der Stickstoff-Diffusionsschicht gebildet ist, eine hervorragende Stickstoffhärtungs-Schicht von 1100 Hv (z. B. Vickershärte) oder mehr gebildet, und die Härte wird erhöht wegen der Stickstoff-Diffusionsschicht, die gemäß der Tiefe bzw. in Tiefenrichtung der Beschichtungsschicht gebildet ist.
Obwohl ein Verfahren zum Bilden einer Oberflächenhärtungsschicht mittels Ionen-Plasmanitrierens zum Härten der Oberfläche und zum Verbessern der Verschleiß-Widerstandsfähigkeit des beschädigten Teils (reparierten Teils) der Form/Matrize gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, kann eine Fläche (z. B. Oberfläche), die mittels Ionen-Plasmanitrierens wiederhergestellt oder repariert werden soll, in zahlreichen Umgebungen und Bedingungen verwendet werden durch das Einstellen der Zeit(dauer), der Temperatur, der Spannung und des Gasverhältnisses (z. B. der Gaszusammensetzung), die die Struktur und die Tiefe bzw. Dicke der Nitrierungsschicht bestimmen.
Wie oben beschrieben, erzielt die vorliegende Erfindung die folgenden Effekte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein bestimmter Teil einer Form/Matrize mit einer Aufpanzerung oder einem Auftrag bzw. Überzug versehen mittels des Aufstapelns/Aufschichtens eines Ferrolegierungs-Pulvers mittels einer HVOF-thermischen-Spritzbeschichten-Technik auf/an einem bestimmten Teil (beschädigten Teil) einer Press-Form/Matrize, die aus Gusseisen mit Kugelgraphit gebildet ist, und die Beschichtungsdicke bzw. Schichtdicke einer Beschichtungsschicht wird quantifiziert (z. B. eingestellt) und gesteuert im Mikrometer-Bereich (z. B. in Einheiten von Mikrometern), so dass die Reparaturanzahlen bzw. Reparaturdurchgänge zur präzisen Dimensionierung bzw. zur Größeneinstelung verringert werden können, die Produktionseffizienz verbessert werden kann und die Herstellungskosten verringert werden können.
Zusätzlich kann in dem HVOF-thermisches-Spritzbeschichtungs-Verfahren im Vergleich zu einer Schweißtechnik der bezogenen Technik das Stapeln bzw. Schichtbilden mit einer relativ niedrigen Temperatur durchgeführt werden, und im Gegensatz zum Bogenschweißen gemäß der bezogenen Technik kann die Wärmeverformung eines Substrates minimiert werden, wenn die Matrize repariert wird.
Insbesondere wird durch Ausführen von einem Oberflächenhärten auf der reparierten Form/Matrize mittels Ionen-Plasmanitrierens eine Nitrierungsschicht gebildet, aufweisend eine Stickstoff-Verbindungsschicht auf der Oberfläche der Form/Matrize und eine Stickstoff-Diffusionsschicht in der Tiefe bzw. unterhalb der Beschichtungsschicht (d. h. unter der Stickstoff-Verbindungsschicht), so dass die Verschleißwiderstandsfähigkeit und die Dauerfestigkeit/Ermüdungswiderstandsfähigkeit der Form/Matrize verbessert werden können, eine (erneute) Beschädigung der Form/Matrize verhindert bzw. verzögert werden kann, und die Lebensdauer bzw. Nutzungsdauer der Form/Matrize verlängert werden kann.
Zusätzlich kann beim Ionen-Plasmanitrieren ein Stickstoff-Gas wegen der Glimmentladung ionisiert werden. Mithin kann die Form/Matrize bei einer niedrigen Temperatur nitriert werden, und es werden kein Ammoniak(NH₃)-Gas und kein Stickstoffoxid (N₂O) benutzt, so dass umweltfreundliches Nitrieren ausgeführt werden kann.
Zusätzlich ist es (z. B. das Ionen-Plasmanitrieren) effizient beim Nitrieren von Aluminium, rostfreiem Stahl und Gusseisen, die Metalle sind, die nicht einfach nitriert werden können mittels eines Oxid-Zerfalls, und einer Oberflächenaktivierung eines Objekts, das behandelt werden soll, unter Benutzung eines Sputter-Effekts während eines Ionen-Plasmanitrieren-Prozesses.
Zusätzlich können beim Ionen-Plasmanitrieren die Phase und die Dicke eines Nitrids, das in unterschiedlichen Prozessbedingungen (Temperatur, Dauer, Druck, Gasverhältnis) geformt wird, geändert werden, so dass die Eigenschaften der Oberfläche der Form/Matrize selektiv gemäß der Nutzung und den Eigenschaften der reparierten Form/Matrize geändert werden können und die Reparatur- und Wiederherstellungseffizienz der Form/Matrize verbessert werden können.
Zur Vereinfachung der Erklärung und zur genauen Definition in den angehängten Ansprüchen werden die Begriffe „oberer”, „unterer” und andere Positionsangaben etc. benutzt, um die Merkmale der exemplarischen Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen dieser Merkmale, wie sie in den Figuren dargestellt sind, zu beschreiben.
Die oben stehende Beschreibung von spezifischen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung gemacht. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder um die Erfindung auf genau die offenbarten Formen einzuschränken, und es sind offensichtlich zahlreiche Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die exemplarischen Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu beschreiben, um es so dem Fachmann zu ermöglichen, zahlreiche exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie zahlreiche Alternativen und Modifikationen davon, herzustellen und zu benutzen. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche, die hier angehängt sind, und deren Äquivalente definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2001-0057981 [0009]
KR 10-2007-0107955 [0011]
JP 500015 [0059]

Claims

Verfahren zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung, das Verfahren aufweisend: Bilden einer Ferrolegierung-Pulver-Beschichtungsschicht auf einem beschädigten Teil einer Pressform, bei der bzw. für die Kugelgraphit-Gusseisen als ein Substrat verwendet wird, mittels HVOF-Spritzens, und Bilden einer Nitrierschicht an/auf der Beschichtungsschicht mittels Nitrierens einer Oberfläche der Beschichtungsschicht der Pressform mittels Ionen-Plasmanitrierens.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ferrolegierung-Pulver einen mittleren Durchmesser in einem Bereich von 25 bis 35 μm hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Form ein Substrat aus Gusseisen mit Kugelgraphit aufweist, und wobei ein Beschichtungsmaterial, das beim HVOF-Spritzen verwendet wird, aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus den Ferrolegierungen FE-101 Pulver, FE-206 Pulver und FE-108 Pulver besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend Steuern/Einstellen der Oberflächenrauheit einer Oberfläche des beschädigten Teils der Form, während/indem vor dem HVOF-Spritzen ein Vorbehandlungsprozess ausgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Steuern der Oberflächenrauheit mittels Sandstrahlens durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die Oberflächenrauheit so gesteuert wird, dass sie die Gleichung Ra = 5,63 ± 0,41 μm oder mehr erfüllt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das HVOF-Spritzen ausgeführt wird mittels Steuerns einer Temperatur der Pulverpartikel mittels Einstellens einer Zunahme/Verringerung eines Sauerstoffstroms und/oder eines Brennstoffstroms.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das HVOF-Spritzen ausgeführt wird mit einem Lauf einer Spritzpistole, der 4 Inch/Zoll hat, einer Spritzdistanz von 14 Inch/Zoll mit Bezug auf ein Form-Substrat, einer Spritzgeschwindigkeit von 300 mm/s, einem Spritzabstand von 5 mm, einer Spritzrate von 76 g/min, einem Sauerstoffstrom von 1800 Normal-Kubikfuß pro Stunde (scfh), einem Brennstoffstrom von 5,1 Gallonen pro Stunde (gph), und einem Trägergasstrom (N₂) von 20 ± 2 scfh.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Nitrierschicht eine Stickstoff-Diffusionsschicht, die in einem Tiefenbereich der Beschichtungsschicht gebildet ist, und eine Stickstoff-Verbindungsschicht mit CrN, Fe₄N und Fe_2-3N aufweist, die auf einem oberen Teil der Stickstoff-Diffusionsschicht eine Oberfläche der Form bildet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Nitrierschicht, die eine Dicke von 17 bis 50 μm hat, mittels Ionen-Plasmanitrierens auf/an/in der Ferrolegierung-Pulver-Beschichtungsschicht gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend, vor dem Ausführen des Ionen-Plasmanitrierens, Schleifen einer Oberfläche der Beschichtungsschicht, z. B. mit einer Körnung von 1000 bis 2000 oder einer Körnung bis zu 1000 bis 2000, und Entfernen von Verunreinigungen von der Beschichtungsschicht mittels Alkohol-Ultraschall-Reinigens.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Ionen-Plasmanitrieren ausgeführt wird mittels Einstellens von der Zeitdauer, der Temperatur, der Spannung und dem Gasverhältnis, die eine Struktur und eine Tiefe der Nitrierschicht gemäß einer Nutzungsumgebung und einer Anforderungsbedingung der Form bestimmen/festlegen.
System zur Form-Kompensation und -Wiederherstellung, aufweisend: eine HVOF-Spritzeinheit zum Bilden einer Ferrolegierung-Pulver-Beschichtungsschicht auf einem beschädigten Teil einer Pressform, in der Gusseisen mit Kugelgraphit als Substrat benutzt wird, mittels HVOF-Spritzens, und eine Ionen-Plasmanitrier-Einheit zum Bilden einer Nitrierschicht an/auf der Beschichtungsschicht mittels Nitrierens einer Oberfläche der Beschichtungsschicht der Pressform mittels Ionen-Plasmanitrierens.
System gemäß Anspruch 13, ferner aufweisend eine Oberflächenrauheit-Steuereinheit zum Steuern der Oberflächenrauheit einer Oberfläche des beschädigten Teils der Form, während/indem ein Vorbehandlungsprozess vor dem HVOF-Spritzen ausgeführt wird.
System gemäß Anspruch 13 oder 14, ferner aufweisend eine Schleif-Einheit zum Schleifen einer Oberfläche der Beschichtungsschicht bevor das Nitrieren mittels der Ionen-Plasmanitrier-Einheit ausgeführt wird, z. B. mit einer Körnung von 1000 bis 2000 oder einer Körnung bis zu 1000 bis 2000, und eine Reinigungs-Einheit zum Entfernen von Verunreinigungen von der Beschichtungsschicht mittels Alkohol-Ultraschall-Reinigens.