DE102020128125A1 - Use of a plasma polymer layer as a separating layer in non-ferrous metal casting - Google Patents
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Abstract
Verwendung einer plasmapolymeren Schicht als Trennschicht für die Trennung zwischen Form und Gussstück im nicht-Eisen-Metallguss, wobei die plasmapolymere Schicht Silizium, Wasserstoff und Kohlenstoff umfasst.Use of a plasma polymer layer as a separating layer for the separation between mold and casting in non-ferrous metal casting, the plasma polymer layer comprising silicon, hydrogen and carbon.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer plasmapolymeren Trennschicht als Trennschicht für die Trennung zwischen Form und Gussstück im Nicht-Eisen-Metallguss. Sie betrifft außerdem ein Verfahren zur Vorbereitung einer Form für den Nicht-Eisen-Metallguss sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstückes in einem Nicht-Eisen-Metallguss.The invention relates to the use of a plasma-polymer separating layer as a separating layer for separating the mold and the casting in non-ferrous metal casting. It also relates to a method of preparing a mold for non-ferrous metal casting and a method of making a casting in a non-ferrous metal casting.
Der Druckguss für Nichteisenmetalle, wie Zink, Magnesium und Aluminium gewinnt immer mehr an Bedeutung, insbesondere für Leichtbauanwendungen. Um beim Gießvorgang ein Anhaften des Bauteils an der Oberfläche des Druckgusswerkzeuges zu verhindern, sind bisher Trennmittel mit dem dazugehörigen Equipment erforderlich. Ihr Einsatz ist jedoch kostenintensiv und es kann durch thermische Abschreckung zur einer Brandrissbildung im Werkzeug und somit zu einem erhöhten Verschleiß kommen.Die casting for non-ferrous metals such as zinc, magnesium and aluminum is becoming increasingly important, especially for lightweight applications. In order to prevent the component from sticking to the surface of the die-casting tool during the casting process, release agents and the associated equipment have been required up to now. However, their use is expensive and thermal quenching can lead to the formation of fire cracks in the tool and thus to increased wear.
Weitere Bedeutung haben Kokillengießverfahren im Schwerkraftguss, und insbesondere das Niederdruck-Gießverfahren, denn dieses begünstigt poren- und defektarmen Guss.Die casting processes in gravity casting are also important, and in particular the low-pressure casting process, because this favors low-pore and low-defect casting.
Der Einsatz der Trennmittel aus dem Stand der Technik führt weiterhin regelmäßig zu einer unregelmäßigen Oberfläche der hergestellten Bauteile in der Zusammensetzung und der Topographie, welche üblicherweise vor der Weiterverarbeitung oder dem Gebrauch aufwendig zu entfernen und/oder nachzubearbeiten ist.The use of the release agents from the prior art also regularly leads to an irregular surface of the components produced in terms of composition and topography, which is usually difficult to remove and/or rework before further processing or use.
Daher wünscht man sich auch in diesem Anwendungsbereich eine Elemination der Trennmittel durch eine dauerhafte Beschichtung. Dennoch sind im Markt bisher keine Lösungen bekannt, die es erlauben trenn-, kühl- und schmiermittelfreien Druckguss zu betreiben.Therefore, in this area of application, too, there is a desire to eliminate the release agents by means of a permanent coating. However, there are still no known solutions on the market that allow die casting to be carried out without the need for parting, coolant or lubricants.
Bauteile aus z. B. Zinkdruckguss sind heute Hightech-Produkte, die in vielen Bereichen des täglichen Lebens, im Automobil-, Maschinen- und Apparatebau, in der Elektrotechnik und Elektronik sowie im Bauwesen und im Möbelbau eingesetzt werden. Ein Großteil sind dabei dekorative Zinkdruckgussteile, d. h. die Oberfläche des Zinkbauteiles wird z. B. galvanisch beschichtet (z. B. mit Hochglanz-Chrom). Beim Zinkdruckguss wird flüssige Zinklegierung unter hohem Druck und Geschwindigkeit (30 - 50 m/s) [vgl. Ernst Brunhuber, Praxis der Druckgußfertigung, 1991, Berlin, Schiele & Schöne] in die temperierte (ca. 150 - 180 °C) Gussform gespritzt. Zink hat einen niedrigen Schmelzpunkt (419,5°C) und Zinkdruckgusslegierungen ein Schmelzintervall, dass je nach Zusammensetzung innerhalb des Temperaturbereichs von ca. 379 bis 404°C liegt. Dies ermöglicht Standzeiten der Druckgießwerkzeuge von 500.000 bis 2 Mio. Gussstücken (vgl. z. B. Verband Deutscher Druckgießereien (VDD) und Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) Druckguss aus NE-Metallen, Technische Richtlinien, 2016]. Zinkdruckguss ist heute stark automatisiert, inklusive des Ausstoßens der Gussteile aus der Form, Entnahme und dem turnusmäßigen Auftrag eines Trennmittels vor dem Gießzyklus. Gussformen sind zwingend mit Auswerfern zu versehen, die das Gussteil aus der Form herausstoßen, bevor ein relevanter Temperaturschrumpf einsetzt und Bauteile und nicht mehr beschädigungsfrei entformbar sind. Elementar ist der Auftrag eines Trennmittels vor jedem Gießzyklus, weil sonst eine zuverlässige Trennung von Gussteil und der metallischen Gussform nicht möglich ist.components from e.g. Zinc die-casts, for example, are high-tech products today that are used in many areas of everyday life, in automobile, mechanical and apparatus engineering, in electrical engineering and electronics as well as in construction and furniture making. The majority are decorative zinc die-cast parts, i. H. the surface of the zinc component is z. B. galvanized (e.g. with high-gloss chrome). In zinc die casting, liquid zinc alloy is cast under high pressure and speed (30 - 50 m/s) [cf. Ernst Brunhuber, Die casting production practice, 1991, Berlin, Schiele & Schöne] injected into the tempered (approx. 150 - 180 °C) mold. Zinc has a low melting point (419.5°C) and zinc die cast alloys have a melting range that is within the temperature range of approximately 379 to 404°C depending on composition. This enables the die-casting tools to have a service life of 500,000 to 2 million castings (cf. e.g. Association of German Die-Casting Foundries (VDD) and Federal Association of the German Foundry Industry (BDG) Die-Casting from Non-Ferrous Metals, Technical Guidelines, 2016). Zinc die-casting is today highly automated, including the ejection of the cast parts from the mold, removal and the regular application of a release agent before the casting cycle.Casting molds must be provided with ejectors that eject the cast part from the mold before a relevant temperature shrinkage sets in and components and no longer free of damage The application of a release agent before each casting cycle is essential, because otherwise a reliable separation of the cast part and the metal mold is not possible.
Der Einsatz von Trennmitten ist somit bis heute unabdingbar, hat jedoch negative Auswirkungen auf die Erstarrung der Metallschmelze und die Gussteilqualität. Das Trennmittel selbst vermischt sich mit der unter hohem Druck turbulent einschießenden Metallschmelze, sodass die Metalloberfläche im Volumen ungleichmäßig mit Trennmittelrückständen vermischt ist.The use of release agents is therefore still indispensable today, but has negative effects on the solidification of the molten metal and the quality of the cast part. The separating agent itself mixes with the turbulently injected molten metal under high pressure, so that the volume of the metal surface is unevenly mixed with separating agent residues.
Die Applikation flüssiger Formtrennmittel ist mit wesentlichen Problemen behaftet. Nach dem Gießzyklus bzw. nach der Entformung des Gussstückes wird die heiße Formwandung bei Temperaturen im Bereich zwischen 140 - 300 °C mit dem Trennmittel, vorzugsweise durch Sprühapplikation, beaufschlagt. Aufgrund der heißen Werkzeugoberfläche kommt es zu einem schnellen Verdampfen des Lösemittels, wodurch nur ein Teil des aufgesprühten Trennmittels (Leidenfrost-Phänomen) auf der Oberfläche verbleibt. Zudem kühlt die Formoberfläche ab. Mit Eintritt der meist mehrere hundert Grad heißen Metallschmelzen wird der organische Anteil der Trennmittel thermisch zersetzt und bildet dabei ein Gaspolster zwischen Gießformwandung und Gießmetall. Dieses Gaspolster führt durch die Isolationswirkung zwar zu der gewünschten Verlängerung der Gießwege, andererseits jedoch werden dabei große Gasmengen im Werkstück gelöst. Diese gelösten Gase können zur Ausbildung von Poren und damit einer negativen Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Gussstückes führen, insbesondere in oberflächennahen Bereichen.The application of liquid mold release agents is associated with significant problems. After the casting cycle or after demoulding of the casting, the hot mold wall is exposed to the release agent at temperatures in the range of 140 - 300 °C, preferably by spray application. Due to the hot mold surface, the solvent evaporates quickly, leaving only part of the sprayed release agent (Leidenfrost phenomenon) on the surface. In addition, the mold surface cools down. When the molten metal, which is usually several hundred degrees hot, enters, the organic part of the release agent is thermally decomposed and forms a gas cushion between the mold wall and the cast metal. Due to the insulating effect, this gas cushion leads to the desired lengthening of the casting paths, but on the other hand large quantities of gas are released in the workpiece. These dissolved gases can lead to the formation of pores and thus have a negative impact on the mechanical properties of the casting, especially in areas close to the surface.
Typische auf den Einsatz von Trennmitteln zurückzuführende Gussfehler sind beispielsweise Poren, Schlieren, Rauigkeiten und Fließlinien auf der Gussteiloberfläche. Bei dekorativen Gussteilen werden oberflächennahe Fehler erst durch die nachgelagerten Prozessschritte des Schleifens und Polierens freigelegt und detektiert. Einige Fehler werden sogar erst nach der galvanischen Beschichtung (z. B. Verchromen) auf der dann glänzenden, spiegelnden Oberfläche sichtbar und führen erst am Ende der aufwendigen Prozess- und Wertschöpfungskette zu Ausschuss, dem sogenannten „Edelschrott“. Die Ausschussraten pro Prozessschritt liegen in einem breiten Bereich von 1 - 30 % und sind abhängig vom Gussteilgeometrie und den jeweiligen Anforderungen. Für ausgewählte Kleinserien mit höchsten qualitativen Ansprüchen können Gesamtausschussquoten von bis zu 50 % auftreten. Trotz Einsatzes von Trennmitteln ist der Aufbau einer ca. 2 µm dicken Zinkschicht auf der Formoberfläche bekannt. Diese führt bereits zu einer deutlichen Reduktion der Oberflächenqualität nach ca. 20.000 Gießzyklen, die eine Wartung der Gießform erfordert. Die Rückstände erfordern eine aufwendige mechanische Überarbeitung des Werkzeuges [vgl. Ernst Brunhuber, Praxis der Druckgußfertigung, 1991, Berlin, Schiele & Schöne; Boris Nogowizin, Theorie und Praxis des Druckgusses, 2011, Berlin, Schiele & Schön].Typical casting defects caused by the use of release agents are, for example, pores, streaks, roughness and flow lines on the surface of the casting. In the case of decorative castings, defects close to the surface are only exposed and detected in the subsequent process steps of grinding and polishing. Some defects only become visible after the galvanic coating (e.g. chrome plating) on the then shiny, reflective surface and only lead to rejects, the so-called "precious scrap", at the end of the complex process and value chain. The rejection rates per process step are in a wide range of 1 - 30% and depend on the casting geometry and the respective requirements. For selected small series with the highest quality requirements, total reject rates of up to 50% can occur. Despite the use of release agents, it is known that an approx. 2 µm thick layer of zinc builds up on the mold surface. This already leads to a significant reduction in surface quality after around 20,000 casting cycles, which requires maintenance of the casting mold. The residues require a complex mechanical reworking of the tool [cf. Ernst Brunhuber, Die casting production practice, 1991, Berlin, Schiele &Schöne; Boris Nogowizin, Theory and Practice of Die Casting, 2011, Berlin, Schiele & Schön].
Die Verringerung der thermisch zersetzbaren Anteile durch Verwendung anorganischer Trennmittel hat den Vorteil, dass diese sich nicht unter der Einwirkung der hohen Temperaturen zersetzen, allerdings können diese Trennmittel bei der Einlagerung in das Werkstück zu einer negativen Beeinflussung der Oberflächeneigenschaften der Gusskörper, wie beispielsweise Verfärbungen, Verschlechterung der Benetzbarkeit oder Lackierfähigkeit bzw. zu Defekten im Gussstückinneren führen. Problematisch wird die Verwendung anorganischer Trennmittel bei unvollständiger Zersetzung der organischen Anteile, die dann zu festhaftenden Anbackungen an den Werkzeugoberflächen führen können. Insbesondere bei komplexen dünnwandigen Bauteilen sind diese Anbackungen von Nachteil. Reducing the thermally decomposable proportions by using inorganic release agents has the advantage that they do not decompose under the influence of high temperatures, but these release agents can have a negative impact on the surface properties of the cast body, such as discoloration, when embedded in the workpiece the wettability or paintability or lead to defects in the interior of the casting. The use of inorganic release agents becomes problematic if the organic components do not decompose completely, which can then lead to caking on the tool surfaces. In the case of complex, thin-walled components in particular, this caking is a disadvantage.
Dauerhafte Verschleißschutzbeschichtungen, wie sie mit CVD- und PVD-Verfahren hergestellt werden, stellen eine Lösungsmöglichkeit dar. Hier werden CrN, TiAlN, Al2O3, ZrO2, TiO2, sowie Nitride und Boride zur Anwendung gebracht. Sie erlauben bereits eine signifikante Reduktion der Trennmittelmenge. Allerdings ist es technisch nicht trivial, sie auf komplexen Formen haftfest zu applizieren. Zudem sind sie zumeist spröde, weisen Eigenspannungen auf und unterscheiden sich im thermischen Ausdehnungskoeffizienten deutlich vom Substratwerkstoff. Dies erfordert aufwendige Haftvermittlerschichten. Insofern bestehen technische Einschränkungen und wirtschaftliche Hinderungsgründe für deren Verwendung. CrVN Hartstoffschichten konnten z. B. beim Aluminiumdruckguss eine trenn- und kühlmittelfreie Fertigung von bis zu 100 Stück ermöglichen.Durable anti-wear coatings, such as those produced using CVD and PVD processes, represent a possible solution. CrN, TiAlN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , as well as nitrides and borides are used here. They already allow a significant reduction in the amount of release agent. However, it is technically not trivial to apply them firmly to complex shapes. In addition, they are mostly brittle, have residual stresses and differ significantly from the substrate material in terms of thermal expansion coefficients. This requires expensive adhesion promoter layers. In this respect, there are technical limitations and economic obstacles to their use. CrVN hard material layers could e.g. For example, in the case of aluminum die-casting, up to 100 pieces can be produced without the need for any parting or coolant.
Zum Stand der Technik gehört die Verwendung von plasmapolymeren Trennschichten für reaktive Kunststoffe (PUR, EP, UP), für Hot-Melts und für Wachse. Derartige Trennschichten vereinfachen den Produktionsablauf, erhöhen die Verfahrenssicherheit und sparen insbesondere Reinigungskosten ein. Die üblichen Verarbeitungstemperaturen überschreiten i.d.R. jedoch 190 °C nicht. Dies entspricht auch dem Temperaturbereich, in dem sich derartige Trennschichten nicht verändern, z. B. durch Oxydation oder durch thermische Degradation.The state of the art includes the use of plasma polymer separating layers for reactive plastics (PUR, EP, UP), for hot melts and for waxes. Such separating layers simplify the production process, increase the reliability of the process and, in particular, save on cleaning costs. However, the usual processing temperatures generally do not exceed 190 °C. This also corresponds to the temperature range in which such separating layers do not change, e.g. B. by oxidation or by thermal degradation.
Plasmapolymere Dünnschichten können nicht nur als trockene Trennschicht auf Formgebungswerkzeugen eingesetzt werden, sondern auch zur Ausrüstung von Gebrauchsgegenständen oder Maschinenteilen, deren Reinigung zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Von besonderem Interesse sind derartige Eigenschaften für Sensorprodukte, für Sanitärprodukte, für Artikel in der Lebensmittel- und Pharmazieverarbeitung, als auch z. B. für formgebende Werkzeuge.Plasma polymer thin layers can not only be used as a dry separating layer on shaping tools, but also to equip commodities or machine parts to facilitate or enable their cleaning. Such properties are of particular interest for sensor products, for sanitary products, for articles in food and pharmaceutical processing, as well as e.g. B. for shaping tools.
Auch in dieser Anmeldung ist der Ausgangspunkt, dass die Härte von plasmapolymeren Schichten durch das Verhältnis von Sauerstoff zu siliziumorganischen Precursoren im Plasmaprozess und im Resultat das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in der Beschichtung beeinflusst wird. Dementsprechend ist die Lehre dieser Patentschrift, dass es möglich ist bei einem Verhältnis von siliziumorganischem Precursor zu Sauerstoff von 2 zu 1 durch die Variation der Leistung den E-Modul bzw. die Härte zu erhöhen, ohne zu starken Einfluss auf die Oberflächenenergie zu nehmen. Diesen Umstand erkennt man unter anderem daran, dass sich die Maximumlage des Si2p-Peaks mit wachsendem E-Modul zu höheren Energielagen verschiebt. Dies ist ein klarer Hinweis auf ein stärker ausgeprägtes Si-O-Netzwerk.In this application, too, the starting point is that the hardness of plasma polymer layers is influenced by the ratio of oxygen to silicon-organic precursors in the plasma process and, as a result, the ratio of oxygen to carbon in the coating. Accordingly, the teaching of this patent specification is that it is possible, with a ratio of silicon-organic precursor to oxygen of 2 to 1, to increase the modulus of elasticity or the hardness by varying the power without having too great an influence on the surface energy. This circumstance can be recognized, among other things, by the fact that the maximum position of the Si2p peak shifts to higher energy levels as the Young's modulus increases. This is a clear indication of a more pronounced Si-O network.
Zur Herstellung der Beschichtung wird angegeben, dass bevorzugt Plasmaanlagen mit HF-Einkopplung zu verwenden sind, welche derart gestaltet sind, dass der Self-Bias bei nahe Null verbleibt. Die Gesamtleckrate wird mit kleiner als 0,3 mbar I/s angegeben. Dies entspricht einem Grenzwert von 17,75 sccm und liegt damit bei ca. 50 % der im Beispiel zugeführten Sauerstoffmenge. Die für den Prozess notwendige Leistung kann aus den Beispielen mit Werten ab 10,5 W/sccm abgeleitet werden.To produce the coating, it is stated that it is preferable to use plasma systems with HF coupling, which are designed in such a way that the self-bias remains close to zero. The overall leak rate is specified as less than 0.3 mbar I/s. This corresponds to a limit value of 17.75 sccm and is therefore about 50% of the amount of oxygen supplied in the example. The power required for the process can be derived from the examples with values from 10.5 W/sccm.
Hinsichtlich der beschriebenen Materialien, sofern sie noch nicht für Nicht-Eisen-Metallguss verwendet wurden, gibt es im Stand der Technik keine Hinweise, dass diese die Ansprüche, die dieses spezielle Gussverfahren mit sich bringt, erfüllen können. Dies gilt insbesondere auch für die beschriebenen plasmapolymeren Schichten.With regard to the materials described, insofar as they have not yet been used for non-ferrous metal casting, there are no indications in the prior art that they can meet the demands that this special casting process entails. This also applies in particular to the plasma polymer layers described.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung für das Erzeugen eines Gussstückes im Nicht-Eisen-Metallguss anzugeben. Bevorzugt sollte dabei eine Verschmutzung bzw. Oberflächenverschlechterung des Gussstückes durch Trennmittel vermieden werden sowie eine dauerhafte Benutzbarkeit der Form idealerweise ohne wiederkehrendes Auftragen von Trennmittel erreicht werden.Against this background, it was the object of the present invention to specify an improvement for the production of a casting in non-ferrous metal casting. Contamination or deterioration of the surface of the casting due to release agents should preferably be avoided and the mold should ideally be permanently usable without repeated application of release agents.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung einer plasmapolymeren Schicht als Trennschicht für die Trennung zwischen Form und Gussstück im nicht-Eisen-Metallguss, wobei die plasmapolymere Schicht Silizium, Wasserstoff und Kohlenstoff umfasst.This object is achieved by using a plasma polymeric layer as a separating layer for separating the mold and the casting in non-ferrous metal casting, the plasma polymeric layer comprising silicon, hydrogen and carbon.
Dabei umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung der Begriff „Form“ sowohl ein klassisches Formgebungswerkzeug als auch Kokillen und Tiegel. Eine Gussform, Gießform oder kurz Form ist in der Gießerei ein Hohlkörper in den die flüssige Schmelze gegossen wird, dort erstarrt und somit anschließend die Innenkontur als äußere Gestalt annimmt. Für die Beschichtung sind Dauerformen zu bevorzugen.In the context of the present invention, the term “mold” includes both a classic shaping tool and molds and crucibles. In the foundry, a casting mould, casting mold or mold for short is a hollow body into which the liquid melt is poured, where it solidifies and thus subsequently assumes the inner contour as the outer shape. Permanent forms are to be preferred for the coating.
Eine Trennschicht im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei eine Schicht, die hier zwischen Form und Gussstück vorgesehen wird, um das Entnehmen des Gussstückes aus der Form zu ermöglichen und oder zu erleichtern.A separating layer within the meaning of the present invention is a layer that is provided here between the mold and the casting in order to enable and/or facilitate the removal of the casting from the mold.
Ein Gussstück im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei das Zielprodukt im Nicht-Eisen-Metallguss.A casting within the meaning of the present invention is the target product in non-ferrous metal casting.
Bevorzugt handelt es sich im Rahmen der Erfindung bei dem nicht-Eisen-Metallguss um nicht-Eisen-MetalldruckgussWithin the scope of the invention, the non-ferrous metal casting is preferably non-ferrous metal die-casting
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass plasmapolymere Schichten, sofern sie Silizium und Kohlenstoff umfassen, geeignet sind, auch im Nicht-Eisen-Metallguss eingesetzt zu werden. Dies war so aus dem Stand der Technik nicht erkennbar. So ist es beispielsweise möglich Trennschichten, die in der
Ebenfalls ohne an eine Theorie gebunden zu sein wird angenommen, dass die überraschende Stabilität der erfindungsgemäß zu verwendenden Trennschicht gegenüber der Heißmetallschmelze durch drei wesentliche Aspekte ermöglicht wird: Einerseits scheint der Ausschluss von Sauerstoff zum Zeitpunkt höchster thermischer Belastung durch den direkten Kontakt der plasmapolymeren Trennschicht mit der Metallschmelze, sodass keine Oxidation mehr stattfinden kann, stabilitätssteigernd zu wirken. Diese im Nachhinein gewonnene Vermutung kann die überraschende Stabilität mit erklären.Also without being bound to a theory, it is assumed that the surprising stability of the separating layer to be used according to the invention in relation to the hot metal melt is made possible by three essential aspects: On the one hand, the exclusion of oxygen at the time of maximum thermal stress appears due to the direct contact of the plasma polymer separating layer with the Molten metal so that oxidation can no longer take place, to increase stability. This assumption, obtained in hindsight, can help explain the surprising stability.
Außerdem ist es regelmäßig so, dass im Nicht-Eisen-Metallguss häufig die Formwand temperiert wird. Typisch sind zum Beispiel beim Zinkdruckguss Temperaturen im Bereich von 140 °C - 180 °C. Dies führt dazu, dass die Metallschmelze unmittelbar im Kontaktbereich zur Trennschicht verhältnismäßig schnell erstarrt, ohne dass die Trennschicht über einen längeren Zeitraum, also im Regelfall einem Zeitraum von weniger als 1 Sekunde, auf deutlich höhere Temperaturen erwärmt wird und so die Trennschicht nicht für längere Zeit extremen Temperaturdifferenzen ausgesetzt ist. Für das Beispiel des Zink-Druckgusses, bei dem mit sehr hohen Anschnittsfüllgeschwindigkeiten von bis zu 20 - 60 m/s gearbeitet wird, führt dies sogar nach der Literatur zu einer Temperaturbelastung der Trennschicht in Höhe der Schmelzetemperatur für nur 10 - 20 msec.In addition, it is regularly the case that the mold wall is often tempered in non-ferrous metal casting. Temperatures in the range of 140 °C - 180 °C are typical for zinc die-casting, for example. This means that the molten metal solidifies relatively quickly directly in the contact area with the separating layer, without the separating layer being heated to significantly higher temperatures over a longer period of time, i.e. usually a period of less than 1 second, and thus the separating layer not for a longer period of time exposed to extreme temperature differences. For the example of zinc die casting, in which very high gate filling speeds of up to 20 - 60 m/s are used, this leads to a temperature load on the separating layer at the level of the melt temperature for only 10 - 20 ms, even according to the literature.
Zudem ist es möglich, dass eine große Wärmemenge über die bereits erstarrte Metallschicht und auch über die Trennschicht selbst abgeführt wird. Die Temperaturbereiche, in denen der Auswurf des Bauteils erfolgt und somit Sauerstoffzutritt zur Trennschicht ermögliche, liegen unterhalb der Temperatur, ab der die Trennschicht unter normalen Umständen thermisch oxidiert.In addition, it is possible that a large amount of heat is dissipated via the already solidified metal layer and also via the separating layer itself. The temperature ranges in which the component is ejected and thus allows oxygen access to the separating layer are below the temperature at which the separating layer thermally oxidizes under normal circumstances.
Somit ist es deutlich, dass vermutlich verfahrensbedingt die Trennschicht unter den speziellen Verfahrensbedingungen des Gießens von Nichteisenmetallen über eine überraschend hohe thermische Stabilität möglicherweise wegen des konsequenten Sauerstoffausschusses und andererseits über einen guten Wärmeübergangskoeffizienten verfügt.It is thus clear that, presumably due to the process, the separating layer has a surprisingly high thermal stability under the special process conditions of casting non-ferrous metals, possibly because of the consequent lack of oxygen, and on the other hand has a good heat transfer coefficient.
Im Druckgussverfahren werden hohe Oberflächenqualitäten gießtechnisch hergestellt, die in Abhängigkeit vom Formenzustand folgende Rauheiten aufweisen können (Ra-Werte): Aluminiumlegierungen 3,0 bis 20 µm, Magnesiumlegierungen 3,0 bis 18 µm und Zinklegierungen 2,5 bis 18 µm [Verband Deutscher Druckgießereien (VDD) und Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) Druckguss aus NE-Metallen Technische Richtlinien]. Durch die erfindungsgemäße Verwendung ist es möglich, dass konsequent trennmittelbasierte Gussfehler vermieden werden und die Oberflächenqualität nochmals deutlich verbessert werden kann. Erfindungsgemäß können unmittelbar, also ohne Nachbehandlung, Bauteile erzeugt werden, die Rauheitsklassen N1 - N4 besitzen, wobei N1 einem Rauwert Ra von bis zu 0,025 µm entspricht und N4 einem Ra von bis zu 0,2 µm (Oberflächenbeschaffenheit nach DIN ISO 1302). Die Rauheitsklassen geben Wertebereiche für Ra (Mittenrauwert) und Rz (gemittelte Rautiefe) an, welche nach DIN EN ISO 4287 bestimmt werden. Vgl. https://www.messmittel.tools/Messmittel---Messwerkzeuge/15--Vergleichsmuster---Haertepruefer---Lupen/Oberflaechen-Vergleichsmuster/Oberflaechen-Vergleichsplatten-Satz-fuer-Rauheit--Ra-0-05---12-5---m.htmlIn the die-casting process, high surface qualities are produced by casting, which can have the following roughnesses (Ra values) depending on the mold condition: aluminum alloys 3.0 to 20 µm, magnesium alloys 3.0 to 18 µm and zinc alloys 2.5 to 18 µm [Association of German Die Casting Shops (VDD) and Federal Association of the German Foundry Industry (BDG) Die casting from non-ferrous metals Technical Guidelines]. Through the use according to the invention, it is possible that casting defects based on release agents can be consistently avoided and the surface quality can be significantly improved again. According to the invention, components can be produced directly, i.e. without post-treatment, which have roughness classes N1-N4, with N1 corresponding to a roughness value Ra of up to 0.025 μm and N4 to a Ra of up to 0.2 μm (surface quality according to DIN ISO 1302). The roughness classes specify value ranges for Ra (average roughness value) and Rz (average roughness depth), which are determined according to DIN EN ISO 4287. See https://www.messmittel.tools/Messmittel---Messinstrumente/15--Vergleichsmuster- --Hardness tester---Magnifiers/surface comparison samples/surface comparison plate set for roughness--Ra-0-05---12-5---m.html
Konsequent ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Verwendung das Beschichten der Form mit der plasmapolymeren Schicht mit umfasst. Dabei ist es selbstverständlich klar, dass die plasmapolymere Schicht nur einmal auf die Form aufgebracht werden muss, während nachfolgend eine Vielzahl von Einsätzen in der beschichteten Form in aufeinander nachfolgenden Abgüssen im Nicht-Eisen-Metallguss möglich ist.Consequently, it is preferred according to the invention if the use according to the invention also includes the coating of the mold with the plasma polymer layer. It is of course clear that the plasma polymeric layer only has to be applied to the mold once, while a large number of uses in the coated mold in subsequent castings in non-ferrous metal casting are subsequently possible.
In logischer Folge ist Teil der Erfindung auch die Verwendung einer Form oder eines Gießwerkzeuges beschichtet mit einer plasmapolymeren Schicht im Nicht-Eisen-Metallguss, wobei die plasmapolymere Schicht Silizium, Wasserstoff und Kohlenstoff umfasst.As a logical consequence, part of the invention is also the use of a mold or a casting tool coated with a plasma polymer layer in non-ferrous metal casting, the plasma polymer layer comprising silicon, hydrogen and carbon.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die beschichtete Form, in Teilbereichen der Kavität oder auch die gesamte Kavität auf der formabgewandten Seite der plasmapolymeren Schicht einen Rauwert Ra von ≤ 1,6 µm, bevorzugt ≤ 0,2 µm, weiter bevorzugt ≤ 0,05 µm, noch weiter bevorzugt ≤ 0,025 µm und/oder eine Rautiefe Rz von ≤ 10 µm, bevorzugt ≤ 1,6 µm, weiter bevorzugt ≤ 0,63 µm, noch weiter bevorzugt ≤ 0,25 µm besitzt und/oder wobei ein aus der beschichteten Form getrenntes Gusstück an seiner Oberfläche (im Bereich der gemäß der erf. gem. Verwendung beschichteten Form) einen Rauwert Ra von ≤ 3,2 µm, bevorzugt ≤ 0,4 µm, weiter bevorzugt ≤ 0,1 µm, noch weiter bevorzugt ≤ 0,05 µm und/oder eine Rautiefe Rz von ≤ 25 µm, bevorzugt ≤ 6,3 µm, weiter bevorzugt ≤ 2,5 µm, noch weiter bevorzugt ≤ 0,63 µm besitzt.A use according to the invention is preferred in which the coated mold, in partial areas of the cavity or also the entire cavity on the side of the plasma polymer layer facing away from the mold, has a roughness value R a of ≦1.6 μm, preferably ≦0.2 μm, more preferably ≦0, 05 μm, even more preferably ≦0.025 μm and/or a surface roughness R z of ≦10 μm, preferably ≦1.6 μm, more preferably ≦0.63 μm, even more preferably ≦0.25 μm and/or wherein a casting separated from the coated mold on its surface (in the area of the mold coated according to the required use according to the invention) has a roughness value R a of ≦3.2 μm, preferably ≦0.4 μm, more preferably ≦0.1 μm more preferably ≦0.05 μm and/or a peak-to-valley height R z of ≦25 μm, preferably ≦6.3 μm, more preferably ≦2.5 μm, even more preferably ≦0.63 μm.
Die Rauwerte, die hier bevorzugt sind, bzw. die Rautiefen lassen sich mit den erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren Schichten, insbesondere mit den bevorzugten, besonders gut erzielen. Dabei wird der Fachmann beachten, dass die plasmapolymeren Schichten, da sie selbst konturnachbildend sind, auf geeignete vorbereitete Substrate, hier die Form, aufgetragen werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, es ist selbstverständlich, dass die zu beschichtende Form eine geeignete Rautiefe bzw. einen geeigneten Rauwert besitzen muss, da sonst die plasmapolymere Schicht beim Regelauftrag zu hohe Werte nicht ausgleichen kann. Andererseits besitzt die erfindungsgemäß zu verwendende plasmapolymere Schicht den großen Vorteil, dass sie selbst so gut wie nicht zu einer Veränderung der entsprechenden Rauheitskennzahlen beiträgt. Sie bildet selbst keine Strukturen aus.The roughness values that are preferred here, or the roughness depths, can be achieved particularly well with the plasma polymer layers to be used according to the invention, in particular with the preferred ones. In this context, the person skilled in the art will note that the plasma polymer layers, since they themselves reproduce contours, are applied to suitably prepared substrates, in this case the mold. In other words, this means that it goes without saying that the form to be coated must have a suitable peak-to-valley height or a suitable peak-to-valley height, since otherwise the plasma polymer layer cannot compensate for values that are too high when applied as a rule. On the other hand, the plasma polymeric layer to be used according to the invention has the great advantage that it hardly contributes to a change in the corresponding roughness parameters. It does not form any structures itself.
Dadurch, dass es möglich ist, mit der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Schicht sehr gute Oberflächenkennwerte hinsichtlich des Rauwertes bzw. der Rautiefe zu erreichen, ist es möglich, direkt Gussstücke mit einer hohen Oberflächenqualität zu erzeugen.Because it is possible to achieve very good surface characteristics with regard to the roughness value or roughness depth with the plasma polymer layer to be used according to the invention, it is possible to directly produce castings with a high surface quality.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei es sich bei dem Guss von Metallen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Blei, Zinn, Zink, Magnesium und deren Legierungen handelt.A use according to the invention is preferred, which involves the casting of metals selected from the group consisting of lead, tin, zinc, magnesium and their alloys.
Grundsätzlich ist „Nichteisen-Metall-Guss“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, bei dem aus flüssigen Metallen bzw. Legierungen, die nicht Eisen enthalten, Gussstücke erzeugt werden. Die bevorzugt einzusetzenden Elemente bzw. deren Legierungen sind im Absatz zuvor aufgezählt worden. Die genannten Metalle weisen die folgenden Schmelztemperaturen auf: Magnesium 650°C, Zink 419,53°C, Blei 327,43°C und Zinn 231,93°Cweisen die folgenden Schmelztemperaturen auf. Die Höchsttemperatur für GussVerfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung hängt von jeweiligen eingesetzten Legierung und deren spezifischen Verarbeitungstemperatur beim Start des Gießzyklus ab und wird als Gießtemperatur bezeichnet. Die höchste Gießtemperatur der aufgezählten Hauptlegierungselemente treten bei Magnesium-Gusslegierungen auf und liegen im Bereich von 620°C bis 730°C. Die Gießtemperatur von Zink-Gusslegierungen liegt in Abhängigkeit der gewählten Legierung im Bereich von 420°C bis 580°C. Für die Metalle Zinn und Blei liegen die Gießtemperaturen aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur der Reinmetalle auch bei deren Legierungen entsprechend auf niedrigeren Niveau.Basically, "non-ferrous metal casting" in the sense of the present invention is a process in which castings are produced from liquid metals or alloys that do not contain iron. The elements to be used with preference and their alloys have been listed in the previous paragraph. The metals mentioned have the following melting points: magnesium 650°C, zinc 419.53°C, lead 327.43°C and tin 231.93°C have the following melting points. The maximum temperature for the casting process within the meaning of the present invention depends on the particular alloy used and its specific processing temperature at the start of the casting cycle and is referred to as the casting temperature. The highest casting temperature of the main alloying elements listed occurs in magnesium casting alloys and is in the range from 620°C to 730°C. The casting temperature of cast zinc alloys is between 420°C and 580°C, depending on the alloy selected. For the metals tin and lead, due to the low melting temperature of the pure metals, the casting temperatures are also correspondingly lower for their alloys.
Der Druck beim Druckgussverfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt im Bereich von 50 bar bis 2000 bar, bevorzugt für das Warmkammerdruckgießen bei <500bar. Der Druck beim Niederdruckgussverfahren liegt im Bereich von 0,05 bar bis 25 bar, bevorzugt im Bereich < 1bar. Beim Schwerkraftguss wird verfahrensbedingt kein zusätzlicher Druck aufgebracht.The pressure in the die-casting process within the meaning of the present invention is in the range from 50 bar to 2000 bar, preferably <500 bar for hot-chamber die-casting. The pressure in the low-pressure casting process is in the range from 0.05 bar to 25 bar, preferably in the range <1 bar. Due to the process involved, no additional pressure is applied during gravity casting.
Die bevorzugten Materialien, wie zuvor genannt, im Sinne der vorliegenden Erfindung liegen entweder als Reinstoff vor oder als Legierung. Eine Legierung des entsprechenden Materials liegt dann vor, wenn wenigstens 50 Atom-% aus dem jeweiligen Material (Metall) bestehen. Eine bevorzugte Legierung im Sinne dieses Textes aus den bevorzugten Nicht-Eisen-Metallen ist dabei auch eine solche, bei der die Summe der Atomprozente der bevorzugten Metalle 50 % überschreitet.The preferred materials, as mentioned above, for the purposes of the present invention are present either as a pure substance or as an alloy. An alloy of the corresponding material is present when at least 50 atomic % consist of the respective material (metal). A preferred alloy within the meaning of this text from the preferred non-ferrous metals is also one in which the sum of the atomic percentages of the preferred metals exceeds 50%.
Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung, wobei die plasmapolymere Schicht Sauerstoff umfasst.A use in which the plasma polymeric layer comprises oxygen is preferred within the meaning of the present invention.
Wenn es auch in einigen Fällen bevorzugt sein kann, die plasmapolymeren Schichten ohne die zusätzliche Zugabe von Sauerstoff abzuscheiden, bildet der Sauerstoff doch eine gute Grundlage, gewünschte Schichteigenschaften, wie z. B. Härte, Oberflächenenergien usw. einzustellen. Daher umfassen bevorzugt die erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendenden Schichten auch Sauerstoff.Even though it may be preferable in some cases to deposit the plasma polymer layers without the additional addition of oxygen, the oxygen forms a good basis for desired layer properties, such as e.g. B. hardness, surface energies, etc. set. The layers to be used with preference according to the invention therefore preferably also comprise oxygen.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die plasmapolymere Schicht eine Schichtdicke von 5 nm bis 20 µm, bevorzugt 200 nm bis 10 µm und besonders bevorzugt 400 nm bis 5 µm besitzt.A use according to the invention is preferred in which the plasma polymer layer has a layer thickness of 5 nm to 20 μm, preferably 200 nm to 10 μm and particularly preferably 400 nm to 5 μm.
Mit diesen Schichtdicken ist es zum einen gut möglich, die Konturen auch komplizierter Oberflächenverhältnisse innerhalb der Form nachzubilden (die ja selbstverständlich dann auf das Gussstück übertragen werden), zum anderen zeigt die bevorzugte Schichtdicke aber auch ein sehr gutes Wärmetransportverhalten und eine ausreichende mechanische Stabilität.With these layer thicknesses, it is on the one hand easily possible to reproduce the contours of even complicated surface conditions within the mold (which are of course then transferred to the casting), on the other hand the preferred layer thickness also shows very good heat transport behavior and sufficient mechanical stability.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Stoffmengenverhältnisse auf der Oberfläche der plasmapolymeren Schicht gemessen mittel XPS bzw. Mikroelementaranalyse
Mit diesen bevorzugten Schichtzusammensetzungen lassen sich im Sinne der erfindungsgemäßen Verwendung besonders gute Ergebnisse erzielen.With these preferred layer compositions, particularly good results can be achieved in terms of the use according to the invention.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Stoffmengenanteile an der Oberfläche der plasmapolymeren Schicht gemessen mittels XPS gilt:
Insgesamt ist zu betonen, dass die Stoffmengenverhältnisse sowie die absoluten Stoffmengenanteile für die Schichteigenschaften der zu verwendenden Trennschicht eine Bedeutung haben, sie allein aber nicht ausschlaggebend für das Erreichen sämtlicher Schichteigenschaften sind.Overall, it should be emphasized that the substance amount ratios and the absolute substance amount fractions are important for the layer properties of the separating layer to be used, but they alone are not decisive for achieving all layer properties.
Wichtig ist für die erfindungsgemäße Verwendung auch die Nahumgebung der Silizium-Atome in der plasmapolymeren Schicht: Vorteilhaft im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es, wenn der Gesamtvernetzungsgrad der Silizium-Atome zwischen 60 bis 90 %, bevorzugt zwischen 65 bis 85 % liegt und zugleich der Silizium-Vernetzungsgrad über Kohlenwasserstoffverbrückungen zwischen 5 bis 50 %, bevorzugt zwischen 10 bis 40 % liegt, bezogen auf die Gesamtzahl der enthaltenen Silizium-Atome.The immediate vicinity of the silicon atoms in the plasma polymer layer is also important for the use according to the invention: It is advantageous for the purposes of the present invention if the overall degree of crosslinking of the silicon atoms is between 60 and 90%, preferably between 65 and 85%, and at the same time the The degree of silicon crosslinking via hydrocarbon bridges is between 5 and 50%, preferably between 10 and 40%, based on the total number of silicon atoms present.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei unter Silizium-Gesamtvernetzungsgrad die Summe der Vernetzungen mittels Si-O-Si und Si-alkyl-Si artigen Brücken zu verstehen (vgl. Brenner T., Vissing K. „New insight into organosilicon plasma-enhanced chemical vapor deposition layers and their crosslinking behavior by calculating the degree of Si-networking“, Plasma Process Polym. 2020; e1900202. https://doi.org/10.1002/ppap.201900202).For the purposes of the present invention, the overall degree of silicon crosslinking is to be understood as the sum of the crosslinks by means of Si-O-Si and Si-alkyl-Si-like bridges (cf. Brenner T., Vissing K. "New insight into organosilicon plasma-enhanced chemical vapor deposition layers and their crosslinking behavior by calculating the degree of Si networking”, Plasma Process Polym. 2020; e1900202. https://doi.org/10.1002/ppap.201900202).
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei für die plasmapolymere Schicht gilt:
- - Wärmewiderstand ≤ 100 mm2 K/W und/oder
- - Wärmeleitfähigkeit ≥ 0,1 W/mK und/oder
- - lineare Wärmeausdehnungskoeffizient ≤ 5 E-4 und/oder
- - E-Modul 1 - 30 GPa, bevorzugt von 4 - 28 GPa, weiter bevorzugt 8-25 GPa und/oder
- - Dichte 0,7 - 1,9 g/cm3, bevorzugt 0,8 - 1,7 g/cm3,
weiter bevorzugt 1,0 - 1,7 g/cm3 und/oder - - Oberflächenenergie 22 - 35 mN/m, bevorzugt 24 - 32 mN/m, weiter bevorzugt 26 - 32 mN/m.
- - Thermal resistance ≤ 100 mm 2 K/W and/or
- - Thermal conductivity ≥ 0.1 W/mK and/or
- - coefficient of linear thermal expansion ≤ 5 E-4 and/or
- - Modulus of elasticity 1-30 GPa, preferably from 4-28 GPa, more preferably 8-25 GPa and/or
- - Density 0.7 - 1.9 g/cm 3 , preferably 0.8 - 1.7 g/cm 3 , more preferably 1.0 - 1.7 g/cm 3 and/or
- - Surface energy 22-35 mN/m, preferably 24-32 mN/m, more preferably 26-32 mN/m.
Es ist in einigen Fällen möglich, dass die Trennschichtoberfläche durch den Gebrauch Oberflächenenergien aufweist, die über den hier angegebenen Werte liegen. Damit verbunden ist eine leichte Oxydation der Trennschicht, so dass sich die gemessenen Elementverhältnisse leicht verändern.In some cases it is possible that the surface of the separating layer has surface energies that are higher than the values given here. Associated with this is a slight oxidation of the separating layer, so that the measured element ratios change slightly.
Im Grundsatz beschreibt
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass neben dem für siliziumorganische Substanzen bekannten Si-O Netzwerk ganz bewusst ein zusätzliches Kohlenwasserstoffnetzwerk angestrebt wird. Dies ist notwendig, um die Dichte der Schicht zu erhöhen und insbesondere die mechanische Verschleißfestigkeit einzustellen und zu verbessern. Hier gibt der E-Modul mit der Oberflächenenergie gute Hinweise. Letztendlich ist diese Vorgehensweise zum Einstellen der optimalen Schichteigenschaften wichtig, um den niederenergetischen, organischen Charakter der dichten, stark vernetzten Beschichtung zu erreichen.In this context it should be pointed out that in addition to the Si-O network known for organosilicon substances, an additional hydrocarbon network is deliberately sought. This is necessary in order to increase the density of the layer and, in particular, to adjust and improve mechanical wear resistance. The modulus of elasticity with the surface energy provides good information here. Ultimately, this approach is important for adjusting the optimal layer properties in order to achieve the low-energy, organic character of the dense, highly crosslinked coating.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei ein Hochglanzgussstück unmittelbar durch Trennung aus der Form erzeugt wird.A use according to the invention is preferred, in which case a high-gloss casting is produced directly by separation from the mold.
Ein Hochglanzgussstück im Sinne der vorliegenden Erfindung besitzt eine Rauheitsklasse N4 (Ra≤0,2 µm, Rz≤1,6 µm), bevorzugt N2 (Ra≤0,05 µm, Rz≤0,63 µm) und weiter bevorzugt N1 (Ra≤0,025 µm, Rz≤0,25 µm) oder besser.A high-gloss casting within the meaning of the present invention has a roughness class N4 (Ra≦0.2 μm, Rz≦1.6 μm), preferably N2 (Ra≦0.05 μm, Rz≦0.63 μm) and more preferably N1 (Ra ≤0.025 µm, Rz≤0.25 µm) or better.
Es ist aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung möglich, bei geeigneter Abstimmung der Form mit der erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren Schicht Gussstücke mit unmittelbar hervorragender Hochglanzeigenschaft zu erzeugen.Due to the use according to the invention, it is possible, if the mold is suitably matched to the plasma polymer layer to be used according to the invention, to produce castings with an immediately outstanding high-gloss property.
Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Vorbereitung einer Form für den nicht-Eisen-Metallguss, umfassend die Schritte:
- a) Bereitstellen der Form und
- b) Beschichten in der Form mit einer plasmapolymeren Beschichtung wie weiter oben definiert, bevorzugt in den bevorzugten Ausgestaltungsformen.
- a) providing the mold and
- b) In-mold coating with a plasma polymeric coating as defined above, preferably in the preferred embodiments.
Analog dazu ist ebenfalls Teil der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstückes in einem nicht-Eisen-Metallguss, umfassend die Schritte
- a) Vorbereiten einer Form wie oben beschrieben,
- b) Bereitstellen von Gießmasse für das Gussstück, bevorzugt in Form in den bevorzugten oben beschriebenen Metallen/Legierungen,
- c) Einfüllen der Gießmasse für das Gussstück in die Form und
- d) Trennen des wenigstens teilweise ausgehärteten Gussstückes von der Form.
- a) preparing a mold as described above,
- b) providing casting compound for the casting, preferably in the form of the preferred metals/alloys described above,
- c) pouring the casting compound for the casting into the mold and
- d) separating the at least partially hardened casting from the mold.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich Gussstücke in der oben beschriebenen Qualität herzustellen.With this method according to the invention, it is possible to produce castings in the quality described above.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren,
umfassend vor Schritt c)
ba) die Evakuierung des Formhohlraums der geschlossenen Form, um Oxidation der Beschichtung mit Sauerstoff aus der Luft zu hemmen und/oder
bb) Fluten der Form mit einem Schutzgas, um den Luftsauerstoff zu verdrängen, so dass eine oxidative Schädigung der Beschichtung verhindert wird und/oder
Durchführen von Schritt c.), so dass von Luftsauerstoff berührte Oberflächen der plasmapolymeren Beschichtung die Temperatur von 200°C nicht überschreitet und/oder
Öffnen der Form erst, wenn die Oberflächentemperatur der plasmapolymeren Beschichtung ≤ 200°C beträgt.A method according to the invention is preferred
comprehensive before step c)
ba) evacuating the mold cavity of the closed mold to inhibit oxidation of the coating with oxygen from the air and/or
bb) flooding the mold with an inert gas in order to displace the oxygen in the air, so that oxidative damage to the coating is prevented and/or
Carrying out step c.) so that surfaces of the plasma polymer coating that come into contact with atmospheric oxygen do not exceed the temperature of 200° C. and/or
Do not open the mold until the surface temperature of the plasma polymer coating is ≤ 200°C.
Dabei ist der Schritt ba) und/oder der Schritt bb) besonders gut geeignet, um mögliche Oxidationsschäden des Gussstückes zu vermeiden.In this case, step ba) and/or step bb) is particularly well suited to avoiding possible oxidation damage to the casting.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, den erfindungsgemäßen Schritt so durchzuführen, dass in Kombination mit Sauerstoff die erfindungsgemäß einzusetzende plasmapolymere Beschichtung die Temperatur von 200°C nicht überschreitet. So ist besonders gut gewährleistet, dass die Beschichtung nicht degradiert und somit für viele weitere Zyklen zur Verfügung steht. Aus den gleichen Gründen kann es bevorzugt oder zusätzlich sinnvoll sein, die Form erst zu öffnen, wenn die Oberflächentemperatur der plasmapolymeren Beschichtung 200°C nicht mehr überschreitet.Alternatively or additionally, it is advantageous to carry out the step according to the invention in such a way that, in combination with oxygen, the plasma polymeric coating to be used according to the invention does not exceed a temperature of 200°C. This is a particularly good guarantee that the coating does not degrade and is therefore available for many more cycles. For the same reasons, it can be preferable or additionally useful to open the mold only when the surface temperature of the plasma polymer coating no longer exceeds 200°C.
Bevorzugt ist aber ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Temperatur der Oberfläche der Form ≤ 300°C, bevorzugt ≤ 200°C ist.However, preference is given to a method according to the invention in which the temperature of the surface of the mold is ≦300° C., preferably ≦200° C.
Mit diesen Temperaturgrenzen wird gewährleistet, dass die plasmapolymere Schicht nicht degradiert.These temperature limits ensure that the plasma polymer layer does not degrade.
Beispiel:Example:
Der für die Herstellung der erfindungsgemäßen einzusetzenden Schichten verwendete Plasmareaktor ist ein großvolumiger Reaktor von ca. 1,2m3, welcher mit einer kapazitativen Radiofrequenzanregung (13,56 MHz) betrieben wird. Es handelt sich hierbei um einen Eigenbau des Fraunhofer - IFAM, Bremen. Das Besondere an der verwendeten Anlage ist, dass für viele Hexamethyldisiloxan (HMDSO) basierte Prozesse zuverlässig ein Self-Bias nahe bei null erreichbar ist und im gesamten freien Reaktorraum ein sehr homogenes Plasma gebildet wird. Der niedrige Self-Bias wird durch die Geometrie der Plasmaanlage bestimmt, wobei Flächen der Elektroden und der geerdeten Oberflächen in etwa gleich groß sind. In
Die
In der
- 1
- Geerdete Reaktorkammer
- 3
- Druckregelventil
- 5
- Absaugung zum Pumpenstand
- 7
- Baffleplate
- 9
- HF-Elektrode
- 11
- Isolierung (PE)
- 13
- Gaszuführung
- 15
- HF-Einspeisung
- 17
- Match box
- 19
- HF-Generator
- 1
- Grounded reactor chamber
- 3
- pressure control valve
- 5
- Suction to the pump stand
- 7
- baffle plate
- 9
- HF electrode
- 11
- Insulation (PE)
- 13
- gas supply
- 15
- HF feed
- 17
- Match box
- 19
- HF generator
Zur Regelung des Prozessdrucks dient die Absaugung mit einem regelbaren Butterflyventil. Während des Prozesses wird kontinuierlich Gas über die Gaszuführungen (13) eingeleitet und die regelbare Absaugung (5) gewährleistet einen konstanten Prozessdruck. Die Leistung wird vom HF-Generator (19) erzeugt und über die Matchbox (17) in das Plasma eingekoppelt. Die Matchbox (17) dient dazu den unstetigen ohmschen Widerstand des Plasmas auszugleichen. Gleichzeitig wird der HF-Generator (19) vor rückgestreuter Leistung geschützt.The suction with an adjustable butterfly valve is used to regulate the process pressure. During the process, gas is fed in continuously via the gas supply lines (13) and the adjustable suction (5) ensures a constant process pressure. The power is generated by the HF generator (19) and coupled into the plasma via the matchbox (17). The Matchbox (17) is used to compensate for the discontinuous ohmic resistance of the plasma. At the same time, the HF generator (19) is protected from backscattered power.
Der Self-Bias ist ein Gleichspannungswert, welcher zwischen der HF-Einspeisung (15) und dem geerdeten Reaktor gemessen wird. Hierfür wird über eine Spule der HF-Anteil, der an der Einspeisung (15) anliegt, gefiltert. Der verbliebene Gleichspannungsanteil wird in Relation zu der geerdeten Reaktorwand gesetzt. Der Wert des Self-Bias charakterisiert maßgeblich neben dem Prozessdruck und der eingestrahlten Leistung den Plasmaprozess. Bei einem hohen Bias-Wert sind die schnellen Elektronen zu den geerdeten Reaktorflächen abgewandert. Als Folge daraus werden die Ionen in Richtung der Elektroden beschleunigt und treffen mit erhöhter Energie auf dem Substrat auf. Dies erhöht die Abscheiderate, nimmt aber auch Einfluss auf die Schichtbildung. Dass es auch bei Plasmaprozessen mit einem Self-Bias von nahezu null Volt zu einer Schichtabscheidung kommt, ist unter anderem auf das Plasmapotential zurückzuführen. Dieses Plasmapotential muss aus energetischen Gründen das positivste in dem Gleichgewicht Plasma, Elektrode und geerdete Wand sein. Daraus resultiert eine Spannungsdifferenz in der Größenordnung von typischerweise 10 - 150 V. Diese Differenz sorgt für einen Nettodrift der Ionen hin zur Elektrode.The self-bias is a DC voltage value, which is measured between the HF feed (15) and the grounded reactor. For this purpose, the HF component present at the feed (15) is filtered via a coil. The remaining DC component is related to the grounded reactor wall. The value of the self-bias significantly characterizes the plasma process in addition to the process pressure and the irradiated power. With a high bias value, the fast electrons have migrated to the grounded reactor surfaces. As a result, the ions are accelerated in the direction of the electrodes and hit the substrate with increased energy. This increases the deposition rate, but also influences the layer formation. The fact that layers are deposited even in plasma processes with a self-bias of almost zero volts can be attributed to the plasma potential, among other things. For energetic reasons, this plasma potential must be the most positive in the balance between plasma, electrode and grounded wall. This results in a voltage difference of typically 10 - 150 V. This difference ensures a net drift of the ions towards the electrode.
Die Gesamtleckrate wurde zu 0,065 mbar l/s bestimmt. Dabei wurde die Druckanstiegsmethode über 1 Std. verwendet. Als Basisdruck wurde 8*10-03 mbar gewählt.The overall leak rate was determined to be 0.065 mbar l/s. The pressure rise method over 1 hour was used. 8*10-03 mbar was chosen as the base pressure.
Um möglichst gleiche Ausgangsbedingungen in der Plasmaanlage vorweisen zu können, wurde vor der Herstellung der Schichten eine Konditionierung der Plasmaanlage durchgeführt. Hierbei handelt es sich um den Prozess mit 3400W Leistung unter den oben angegebenen Bedingungen über einen Zeitraum von mindestens einer Stunde. Diese Konditionierung sorgt dafür, dass alle Oberflächen innerhalb der Plasmaanlage bereits mit einer plasmapolymeren Trennschicht versehen sind und es zu keiner unkontrollierten Kontamination der Proben durch vorhergehende Prozesse kommt.In order to be able to show the same initial conditions in the plasma system as possible, the plasma system was conditioned before the layers were produced. This is the process with 3400W of power under the conditions indicated above for a period of at least one hour. This conditioning ensures that all surfaces within the plasma system are already provided with a plasma polymer separating layer and that there is no uncontrolled contamination of the samples from previous processes.
Alle Substrate lagen auf der Grundelektrode auf. Um eine ausreichende Haftung der plasmapolymeren Schicht für die folgenden analytischen Untersuchungen auf den Testsubstraten zu erhalten, wurde eine 10-minütige Sauerstoffaktivierung (400 sccm Sauerstoff, 1500 W, 0,02 mbar) der Substrate vorgenommen. Bei den Substraten handelt es sich je nach Messmethode um Siliziumwafer, Aluminiumplatten oder Glasobjektträger und natürlich um einen Einleger für die Zinkdruckgussanlage.All substrates rested on the base electrode. In order to obtain sufficient adhesion of the plasma polymer layer for the following analytical investigations on the test substrates, the substrates were activated with oxygen (400 sccm oxygen, 1500 W, 0.02 mbar) for 10 minutes. Depending on the measuring method, the substrates are silicon wafers, aluminum plates or glass slides and, of course, an insert for the zinc die-casting system.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung wird der Fachmann allgemein bevorzugt einige oder alle Verfahrensführungshinweise in der
- - die Gesamtleckrate ≤ 0,1 mbar l/s, bevorzugt ≤ 0,075 mbar l/s ist;
- - das Verhältnis von Gesamtleckrate zum zugeführten O2-Fluss ≤ 0,12, bevorzugt ≤ 0,09, weiter bevorzugt ≤ 0,07 ist;
- - ein so hoher Gesamtgasfluss realisiert wird, so dass die rechnerische Gesamtaufenthaltsdauer im Plasma ≥ 10 s und ≤ 30 s (bevorzugt ≤ 20 s) beträgt;
- - ein Arbeitsdruck (mit Plasmaentladung) von ≤ 0,03 mbar, bevorzugt ≤ 0,02 mbar und ≥ 0,01 mbar verwendet wird;
- - das Flussverhältnis von siliziumorganischem Precursor zu Sauerstoff ≥ 0,8, bevorzugt ca. 1 bis maximal 1,25 ist;
- - der ausgewählte siliziumorganische Precursor über ein CH3/Si Verhältnis von ≥ 2,7, bevorzugt ≥ 3 verfügt und gleichzeitig dessen O/Si Verhältnis bezogen auf die Gesamtgasmenge ≤ 1,5, bevorzugt ≤ 1,1 beträgt;
- - der ausgewählte siliziumorganische Precursor möglichst nicht über Silazanverbindungen verfügt;
- - die Elektroden so ausgebildet sind, dass keine freiliegenden Elektrodenkanten vorhanden sind, so dass die Plasmaentladung im gesamten Raum visuell gleichmäßig und gleich stark erkennbar ist;
- - Lokale, intensivere Entladungen vermieden werden und/oder
- - insbesondere lokale Entladungen im Absaugflansch vermieden werden.
- - die Anlage großvolumig ausgelegt ist so, dass
- a.) die auf der Elektrode angeordnete Probe mind. 15 cm, bevorzugt 20 bis 25 cm Abstand von der nächsten Wand haben kann
- b.) der lichte Abstand der Kammerwände mind. 50 cm beträgt;
- - großflächige, ebene Elektroden eingesetzt werden (mit kapazitiver Einkopplung). Deren frei zugängliche Fläche gegenüber dem Plasma entspricht bevorzugt näherungsweise der freien Fläche der elektrischen Masse, so dass sich im Betrieb ein Self-Bias nahe Null ergibt und bevorzugt ein Plasmapotential > 20 V, bevorzugt > 50 V, besonders bevorzugt > 100 V. In diesem Zusammenhang spricht man von einer geometrisch symmetrischen Entladung.
- - the total leakage rate is ≦0.1 mbar l/s, preferably ≦0.075 mbar l/s;
- - the ratio of the total leakage rate to the supplied O 2 flow is ≦0.12, preferably ≦0.09, more preferably ≦0.07;
- - such a high total gas flow is realized that the calculated total residence time in the plasma is ≧10 s and ≦30 s (preferably ≦20 s);
- - a working pressure (with plasma discharge) of ≦0.03 mbar, preferably ≦0.02 mbar and ≧0.01 mbar is used;
- - the flow ratio of organosilicon precursor to oxygen is ≧0.8, preferably about 1 to a maximum of 1.25;
- - the selected organosilicon precursor has a CH 3 /Si ratio of ≧2.7, preferably ≧3, and at the same time its O/Si ratio, based on the total amount of gas, is ≦1.5, preferably ≦1.1;
- - If possible, the selected organosilicon precursor does not have silazane compounds;
- - the electrodes are designed in such a way that there are no exposed electrode edges, so that the plasma discharge is visually uniform and equally strong throughout the room;
- - Local, more intense discharges are avoided and/or
- - In particular, local discharges in the suction flange are avoided.
- - the system is designed with a large volume so that
- a.) the sample arranged on the electrode can have a distance of at least 15 cm, preferably 20 to 25 cm, from the nearest wall
- b.) the clear distance between the chamber walls is at least 50 cm;
- - Large-area, flat electrodes are used (with capacitive coupling). Its freely accessible area compared to the plasma preferably corresponds approximately to the free area of the electrical ground, so that during operation there is a self-bias close to zero and preferably a plasma potential >20 V, preferably >50 V, particularly preferably >100 V connection one speaks of a geometrically symmetrical discharge.
Weiter technische Hinweise (, die wie die vorhergehenden allgemein und nicht nur für das vorliegende Beispiel gelten) finden sich in
Ausführungsbeispiel Trennschichtapplikation:Exemplary application of the separating layer:
Eine erfindungsgemäße Beschichtung wurde unter den obigen Bedingungen mit einem HMDSO-Fluss von 77 sccm und einer Zumischung von Sauerstoff von 68 sccm bei einer Leistung von 3400 W und einem Druck von 0,016 mbar erzeugt.A coating according to the invention was produced under the above conditions with an HMDSO flow of 77 sccm and an admixture of oxygen of 68 sccm at a power of 3400 W and a pressure of 0.016 mbar.
Als Substrat wurde ein Mirrorblech (Typ: SM-SUPER ACHT Classic silber) mit 1,5 mm Dicke der Fa. SM STRUKTURMETALL GmbH & Co. KGA mirror sheet (type: SM-SUPER EIGHT Classic silver) with a thickness of 1.5 mm from SM STRUKTURMETALL GmbH & Co. KG was used as the substrate
Diese Beschichtung weist ein E-Modul von 21 GPa (LaWave-Messung) und eine Oberflächenenergie von 29,2 mN/m auf.This coating has a Young's modulus of 21 GPa (LaWave measurement) and a surface energy of 29.2 mN/m.
Es ergaben sich mittels XPS folgende Elementverhältnisse:
- O: Si: 1,33
- C: Si: 1,47
- C: O: 1,11
- Mittels Mikroelementaranalyse wurde das H:C Verhältnis zu 2,6 bestimmt.
- Somit ergibt sich folgende Stöchiometrie: Si : O : C : H von 1 : 1,33 : 1,47 : 3,82.
- O: Si: 1.33
- C: Si: 1.47
- C: O: 1.11
- The H:C ratio was determined to be 2.6 by means of elementary microanalysis.
- This results in the following stoichiometry: Si:O:C:H of 1:1.33:1.47:3.82.
In Bezug auf den Oxydationszustand des Siliziums ergab sich mit Hilfe eines Peakfittings des Si(2p) Peaks folgendes Bild:
- 6,7% primäre, 62,3% sekundäre, 31% tertiäre und 0% quartäre Verbindungen.
- 6.7% primary, 62.3% secondary, 31% tertiary and 0% quaternary compounds.
Hieraus wird ein Si-Gesamtvernetzungsgrad von 77,4% berechnet, mit einem Anteil von 56,1% Si-O-Si Vernetzungen (vgl. Brenner T, Vissing K. New insight into organosilicon plasma-enhanced chemical vapor deposition layers and their crosslinking behavior by calculating the degree of Si-networking. Plasma Process Polym. 2020;e1900202. https://doi.org/10.1002/ppap.201900202).From this, an overall degree of Si crosslinking of 77.4% is calculated, with a proportion of 56.1% Si-O-Si crosslinking (cf. Brenner T, Vissing K. New insight into organosilicon plasma-enhanced chemical vapor deposition layers and their crosslinking behavior by calculating the degree of Si-networking (Plasma Process Polym. 2020;e1900202. https://doi.org/10.1002/ppap.201900202).
Die im Ausführungsbeispiel erzeugte plasmapolymere Schicht wies eine Wärmebeständigkeit bis 200°C unter Sauerstoffeinfluss auf, wogegen unter Stickstoffbegasung (Sauerstoffausschluss) eine Wärmebeständigkeit bis über 300°C festgestellt wurde. Diese Eigenschaften lassen sich sehr empfindlich mit Hilfe eines Ellipsometers bestimmen, das unter den jeweiligen Bedingungen die Schichtdicke, respektive den Brechungsindex vermisst. Die Schichtdicke sinkt, wenn die Schichten unter den jeweilgen Gas- und Temperatureinflusses nicht stabil sind. Einfacher findet man Veränderungen der Schicht mittels XPS, FTIR oder auch mithilfe der Kontaktwinkelmessung im Sinne einer Oxydation.The plasma polymer layer produced in the exemplary embodiment had a heat resistance of up to 200° C. under the influence of oxygen, whereas heat resistance of up to more than 300° C. was determined under nitrogen gassing (oxygen exclusion). These properties can be determined very sensitively with the help of an ellipsometer, which measures the layer thickness or the refractive index under the respective conditions. The layer thickness decreases if the layers are not stable under the respective gas and temperature influence. It is easier to find changes in the layer using XPS, FTIR or using the contact angle measurement in the sense of oxidation.
Ausführungsbeispiel Verwendung der Trennschicht im ZinkgussExample Use of the separating layer in cast zinc
Beschreibung der Gießversuche:Description of the casting tests:
Die Druckgießversuche wurden mit einer horizontalen Kaltkammerdruckgießmaschine vom Typ Bühler SC/N 66 durchgeführt und als Gusslegierung wurde die Feinzinklegierung ZAMAK ZL0410 (ZnAl4Cu) verwendet. Für die Versuche wurden Mirror-Stahlbleche (aus dem Ausführungsbeispiel Trennschichtapplikation) mit den Maßen 100mm x 40mm x 1,5mm eigesetzt. Die beschichteten Bleche wurden in einer Druckgießform zur Herstellung von Verbundgußproben vergossen (vgl.
In
In
Wie in
Nach der kompletten Montage der Druckgießform, der Bereitstellung der Zinkschmelze und der Einrichtung der Schmelzezuführung, wurden zunächst Gießversuche ohne Blecheinleger durchgeführt, um geeignete Fertigungsparameter zu ermitteln. Dazu wurde eine optische Bewertung hinsichtlich einer vollständigen Füllung und einer fehlerfreien Oberfläche vorgenommen. Die ermittelten Parameter zur Durchführung der Gießversuche sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1: Übersicht Fertigungsparameter
Die in Tabelle 1 genannten Fertigungsparameter wurden während der Gießversuche konstant gehalten.The manufacturing parameters listed in Table 1 were kept constant during the casting tests.
Vor Beginn eines Gießvorgangs wird die gesamte Form zunächst mit einem wasserverdünnten Trennmittel (Saefty-Lube 7477, 1:60, Fa. Chem-Trend) eingesprüht und anschließend mit Druckluft getrocknet. Erst danach werden die beschichteten Mirrorbleche eingelegt. Durch das Schließen der Druckgießform werden die Bleche, durch das Zusammendrücken der beiden Formhälften, sicher in Ihrer Position gehalten und können während des Gießvorgangs nicht verrutschen.Before the start of a casting process, the entire mold is first sprayed with a water-diluted release agent (Saefty-Lube 7477, 1:60, from Chem-Trend) and then dried with compressed air. Only then are the coated mirror sheets inserted. By closing the die, the metal sheets are held securely in their position by pressing the two mold halves together and cannot slip during the casting process.
Nach Beendigung des Schließvorgangs erfolgt die Freigabe für den Dosierroboter [Pomac Multilink Ladler] und die Zinkschmelze wird mit einem keramischen Schmelzelöffel in die Gießkammer der Kaltkammerdruckgießmaschine gefüllt. Hat der Roboter den Dosiervorgang vollständig abgeschlossen, erfolgt die Bewegungsfreigabe für den Gießkolben der Druckgießmaschine, der die Schmelze in den Formhohlraum presst. Die Bewegung des Gießkolbens bzw. die Füllung der des Formhohlraums kann dabei in 3 Phasen unterteilt werden.After completion of the closing process, the dosing robot [Pomac Multilink Ladler] is released and the molten zinc is poured into the casting chamber of the cold chamber die casting machine using a ceramic melting spoon. Once the robot has completely completed the dosing process, the plunger of the die-casting machine, which presses the melt into the mold cavity, is released to move. The movement of the plunger or the filling of the mold cavity can be divided into 3 phases.
In der 1 Phase (Vorlaufphase) wird die Schmelze relativ langsam (ohne Verwirbelungen) bis an den Anschnittsbereich gebracht. In der 2 Phase (Füllphase) wird die Gießkolbengeschwindigkeit stark erhöht, so dass die Schmelze am Anschnitt eine Geschwindigkeit von ca. 40m/s erreicht, um auch dünnwandig Formkonturen vollständig füllen zu können. In der 3 Phase (Nachdruckphase) wird, nachdem die Formfüllung vollständig abgeschlossen ist, ein erhöhter Nachdruck aufgebracht, um dadurch etwaig auftretende Porositäten wieder zu schließen. Nach einer Abkühlungszeit von 15 sec wurde das Bauteil mit den übergossenen Blechen entnommen und die Bleche vom Bauteil abgelöst.In phase 1 (pre-run phase), the melt is brought relatively slowly (without turbulence) to the gate area. In the 2nd phase (filling phase), the plunger speed is greatly increased so that the melt at the gate reaches a speed of approx. 40m/s, so that even thin-walled mold contours can be completely filled. In phase 3 (holding pressure phase), after the mold has been completely filled, increased holding pressure is applied in order to close any porosities that may have occurred. After a cooling time of 15 seconds, the component with the metal sheets poured over it was removed and the metal sheets were detached from the component.
Allgemein wird der Anwender darauf achten, dass die Form gut temperierbar ist und über eine gute Wärmeverteilung und Ableitung der eingebrachten Wärme aus dem Gießprozess verfügt, sodass keine Hot-Spots entstehen,
- - das Material der Gießform über einen ausreichend hohen Wärmekoeffizienten (>25 W/mK)verfügt,
- - ggf. bei Unterdruck insbesondere in Form eines Verfahrens des Vakuumdruckgusses gearbeitet wird/oder
- - die Oberflächentemperatur zum Zeitpunkt der Entformung des Gussteils (Entformungstemperatur) bei <300°C, bevorzugt <200°C stattfindet.
- - die Gießform und das Gießsystem zur Zuführung der Metallschmelze zur Herstellung dekorativer hochwertiger Oberflächengussteile ausgelegt ist,
- - ggf. eine komplett trenn- und schmiermittelfrei arbeitendes Auswerfsystem zum Ausstoßen der Gussteile verwendet wird, um Verunreinigungen zu vermeiden oder
- - zur Gewährleistung der Funktionstüchtigkeit des Auswerfersystems die Schmierstoffe auf ein Minimum reduziert werden und deren Einsatz lokal auf den Bereich der bewegten Führungsflächen (Auswerferstift und Bohrung) begrenzt wird,
- - die beschichtete Formoberfläche nicht durch unsachgemäßen Einsatz von harten Werkzeugen beschädigt wird,
- - kleine Metallrückstände (Flitter) vor jedem Gießzyklus von der Oberfläche der Gießform durch entfernt wird.
- - the material of the casting mold has a sufficiently high thermal coefficient (>25 W/mK),
- - If necessary, work is carried out under negative pressure, in particular in the form of a vacuum pressure casting process/or
- - The surface temperature at the time of demolding the casting (demolition temperature) is <300°C, preferably <200°C.
- - the casting mold and the casting system for feeding the molten metal are designed for the production of decorative high-quality surface castings,
- - if necessary, an ejection system that works completely free of separating agents and lubricants is used to eject the cast parts in order to avoid contamination or
- - to ensure the functionality of the ejector system, the lubricants are reduced to a minimum and their use is limited locally to the area of the moving guide surfaces (ejector pin and bore),
- - the coated mold surface is not damaged by improper use of hard tools,
- - small metal residues (flakes) are removed from the surface of the mold before each casting cycle.
Messbeispielmeasurement example
Die mit den beschichteten Mirrorblechen hergestellten Zinkgussbauteile wurden in Bezug auf ihre Topographie untersucht.The cast zinc components produced with the coated mirror sheets were examined with regard to their topography.
Es ergaben sich mit einem optischen Profilometer (Sensofar Plu Neox / Messmethode nach DIN EN ISO 4288 / 3-fach Messungen / Linienmessungen) folgende Oberflächenrauwerte (Angaben in µm):
Das gegossene Zinkdruckgussbauteil wies mit Trennmittel bzw. mit der erfindungsgemäßen Trennschicht folgende Oberflächenrauwerte (Angaben in µm) auf:
Zusätzlich sind rechts die erreichten Rauwertklassen angegeben.In addition, the roughness value classes achieved are indicated on the right.
Die gegossene Spiegelglanzoberfläche drückt sich zudem auch in hohen Glanzwerten aus (GlossTools Glanzgradmessgerät / Mittelwerte aus 5-fach Bestimmung). Der Wert steigt von 463 (mit Trennmittel) auf 1483 (mit erfindungsgemäßer Trennschicht). The cast mirror finish surface is also expressed in high gloss values (GlossTools gloss meter / mean values from 5-fold determination). The value increases from 463 (with release agent) to 1483 (with release layer according to the invention).
Anschließende Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop (REM) ergaben die in
- Im Elementkontrast erkennt man Aluminium (schwarz) in Zink (weiß) eingebettet.
- The element contrast shows aluminum (black) embedded in zinc (white).
Mit Trennmittel zeigt sich eine zerklüftete Oberfläche mit einer Vielzahl von Löchern (Poren), wogegen im erfindungsgemäßen Fall nahezu keine Fehlstellen mehr zu finden sind.With a release agent, a jagged surface with a large number of holes (pores) appears, whereas in the case according to the invention there are almost no more defects to be found.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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