DE19834966A1

DE19834966A1 - Anti-Haft-Beschichtung für Druckgußwerkzeuge

Info

Publication number: DE19834966A1
Application number: DE1998134966
Authority: DE
Inventors: Jochen Brand
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: DE19834966C2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anti-Haft-Beschichtung für Druckgußwerkzeuge zur Verringerung der Anhaftung des zu verarbeitenden Materials an den mit dem zu verarbeitenden Material kontaktierenden Oberfläche der Werkzeuge. Die Beschichtung besteht zumindest teilweise aus einem kohlenstoffbasierten Schichtsystem.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anti- Haft-Beschichtung für Druckgußwerkzeuge. Derartige Druckgußwerkzeuge werden beispielsweise bei der Ver arbeitung von Leichtmetallegierungen verwendet.

Nach dem Stand der Technik werden für den Druckguß von Leichtmetallegierungen Werkzeuge vor allem aus gehärteten Werkzeugstählen (einsatzgehärtet oder ni triert) und zum Teil aus Hartmetallen für die Formen und Kerne der Werkzeuge eingesetzt. Diese Materialien neigen aufgrund chemischer und physikalischer Wech selwirkungen mit dem Leichtmetall stark zum Anhaften. Dadurch entstehen Produktionsstörungen (Werkzeug bruch, Bauteilklemmer) bzw. Druckgußteile mit schlechten Oberflächenqualitäten, die nachgearbeitet oder gar als Ausschuß verworfen werden müssen. Des weiteren führen die mit hohem Druck und hoher Tempe ratur eingespritzten Leichtmetallegierungen zu hohem abrasivem und adhäsivem Verschleiß an den Werkzeugen. Zur Verbesserung der Produktivität und der Produkt qualität werden daher verschleißfeste Oberflächen mit guten Anti-Haft-Eigenschaften gegenüber Leichtmetal len benötigt.

Hierzu werden klassische Hartstoffbeschichtungen wie TiCN, TiBN oder CrN eingesetzt, die die Lebensdauer der Druckgußwerkzeuge steigern, da sie durch die be schichtete Oberfläche eine geringere Anhaftung der zu verarbeitenden Leichtmetalle aufweisen und die Ver schleißbeständigkeit der Werkzeugoberflächen erhöht wird (Pfohl, C., Rie, K.-T., Gebauer, A., Grundlegen de Untersuchungen zur Beschichtung von Druckgußformen mittels PACVD, Gießerei 17, 1997, S. 25-29).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anti- Haft-Beschichtung für Druckgußwerkzeuge zur Verfügung zu stellen, die gegenüber Leichtmetallschmelzen gute Anti-Haft-Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Anti-Haft-Beschichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen kennzeichnenden Merkmalen sowie durch das Druckgußwerkzeug nach Anspruch 8 und das Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen auf Druckgußwerk zeugen nach Anspruch 10 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anti-Haft-Beschichtung, des Druckgußwerkzeuges und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den abhän gigen Ansprüchen gegeben.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen auf Kohlenstoff basis für Druckgußwerkzeuge und die damit beschichte ten Druckgußwerkzeuge, wie beispielsweise Formen und Kerne sind adhäsionshemmend, verschleißfest und reib arm und weisen damit hervorragende Anti-Haft-Eigen schaften auf. Diese Beschichtungen können insbesonde re durch Gasphasenabscheidung wie CVD- oder PVD-Ver fahren auf dem Werkzeug abgeschieden werden und kön nen damit auch auf beliebig geformten oder gekrümmten Flächen erfolgen, da sie die Oberflächentopographie des Werkzeuges abbilden. Auch eine partielle Bauteil beschichtung ist möglich. Derartige Beschichtungen können auf Druckgußwerkzeugen, die mit Leichtmetalle gierungen, vor allem Aluminium- und Magnesiumlegie rungen, in Berührung kommen, z. B. auf Druckgußformen und Kerne aufgebracht werden.

Durch die Verringerung des Anhaftens der Leichtmetal legierungen auf den Werkzeugen läßt sich unter ande rem der Einsatz von Trenn- und/oder Schmiermitteln verringern bzw. vermeiden. Es ergibt sich weiterhin eine höhere Standzeit der Druckgußwerkzeuge aufgrund des verbesserten Verschleißschutzes. Daneben ergibt sich eine Verringerung der Stillstands- und Wechsel zeiten, da die Druckgußwerkzeuge länger ohne Wartung verwendet werden können. Auch die Oberfläche der mit den beschichteten Gußwerkzeugen hergestellten Gußtei le wird durch die verringerte Anhaftung verbessert und es wird der Anteil der Ausschußteile bzw. auch Werkzeugbruch vermieden.

Die Herstellung von Druckgußlegierungen erfolgt teil weise bei über 600°C. Diamantähnliche Kohlenstoff beschichtungen (DLC) besitzen an Luft oberhalb von 400°C nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit und werden daher herkömmlicherweise nicht für derartige Hochtemperaturanwendungen berücksichtigt. Überra schenderweise weisen diese diamantähnlichen Kohlen stoffbeschichtungen jedoch beim Druckguß von Leicht metallen eine hohe Lebensdauer und sehr gute Ver schleiß- und Anti-Haft-Eigenschaften auf. Vor allem die siliciumhaltigen oder metallfreien DLC-Schichten zeichnen sich durch hervorragende Anti-Haft-Eigen schaften gegenüber Leichtmetallschmelzen aus.

Die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtun gen trotz der beim Guß auftretenden sehr hohen Tempe raturen ist überraschend und steht möglicherweise im Zusammenhang mit der hohen Wärmeleitfähigkeit des für Druckgußwerkzeuge verwendeten Materials.

Die kohlenstoffbasierten Schichtsysteme können aus einer Schicht von a-C, a-C : H, i-C, Si-C : H oder Me-C : H bestehen. Als Metalle der Me-C : H-Schichten eignen sich Ti, W, Cr, Nb, Ta und/oder Si. Dabei liegt der Metallgehalt günstigerweise zwischen 1% und 40%.

Sehr gute Anti-Haft-Eigenschaften ergeben sich ins besondere, wenn die Schichtdicke der Beschichtung zwischen 0,2 µm und 15 µm beträgt.

Claims

1. Anti-Haft-Beschichtung für Druckgußwerkzeuge zur Verringerung der Anhaftung des zu verarbeitenden Materials an den mit dem zu verarbeitenden Mate rial kontaktierenden Oberfläche der Werkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zumindest teilweise aus einem kohlenstoffbasierten Schichtsystem be steht.

2. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das kohlenstoffbasierte Schicht system eine diamantartige Kohlenstoffschicht ist.

3. Beschichtung nach mindestens einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffbasierte Schichtsystem eine Schicht aus a-C, i-C, a-C : H, Me-C : H oder Si-C : H ist.

4. Beschichtung nach mindestens einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffbasierte Schichtsystem eine Schicht aus Me-C : H mit einem Metall der 4ten bis 6ten Nebengruppe, vorteilhafterweise Ti, W, Cr, Nb, Ta und/oder Si als Metall Me ist.

5. Beschichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Me-Gehalt zwischen 1% und 40% beträgt.

6. Beschichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffbasierte Schicht eine Dicke zwischen 0,2 µm und 15 µm aufweist.

7. Beschichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffbasierte Schicht eine durch Gasphasenabscheidung, insbesondere durch ein CVD- oder PVD-Verfahren abgeschiedene Schicht ist.

8. Druckgußwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß es zumindest teilweise mit einer Beschichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist.

9. Verwendung eines Druckgußwerkzeuges nach Anspruch 8 zum Verarbeiten von Leichtmetallegierungen

10. Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen auf Druckgußwerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Gasphasenabscheideverfahrens, vorzugsweise durch ein CVD- oder PVD-Verfahren, eine kohlenstoffbasierte Schicht zumindest auf einem Teil der mit dem mit dem Druckgußwerkzeug zu verarbeitenden Material kontaktierenden Oberfläche des Druckgußwerkzeuges abgeschieden wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffbasierte Schicht eine diamantartige Kohlenstoffschicht abgeschieden wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffbasierte Schicht eine Schicht aus a-C, a-C : H, Me-C : H oder Si-C : H abgeschieden wird.

13. Verfahren mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffbasierte Schicht eine Schicht aus Me-C : H abgeschieden wird, die als Metall Me, Ti, W, Cr, Nb oder Ta enthält.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffbasierte Schicht eine Schicht aus Me-C : H abgeschieden wird, die einen Me-Gehalt zwischen 1% und 40% besitzt.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine kohlenstoffbasierte Schicht mit einer Dicke zwischen 0,2 µm und 15 µm abgeschieden wird.