DE19834966C2 - Druckgußwerkzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Druckguß­ werkzeuge mit einer Anti-Haft-Beschichtung. 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).

Des weiteren ist die Verwendung von Schichten mit einstellbarem Benetzungsverhalten und auch mit antihaftenden Eigenschaften, z. B. amorpher diamantähnlicher Kohlenstoffschichten für Schneidmesser von Rollenrotationsdruckmaschinen in DE 197 48 110 A1 und für Vorrichtungen zum Verpressen von fließfähigen Feststoffen oder halbfesten Stoffen, insbesondere pulverförmigen Feststoffen aus DE 196 51 953 A1 bekannt. Bei diesen Anwendungsfällen wird aber generell in Temperaturbereichen gearbeitet, bei denen solche Kohlenstoffschichten stabil sind und keine größeren Eigenschaftsänderungen, insbesondere bezüglich der Festigkeit, des Verschleißes und der Anti-Hafteigenschaft zu erwarten sind.

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 für Druckwerkzeuge mit Anti-Haft- Beschichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Druckgußwerkzeuges werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen auf Kohlenstoff­ basis für Druckgußwerkzeuge und die damit beschichteten Druckgußwerkzeuge, wie beispielsweise Formen und Kerne sind adhäsionshemmend, verschleißfest und reibarm und weisen damit hervorragende Anti-Haft-Eigenschaften auf. Diese Beschichtungen können insbesondere durch Gasphasen­ abscheidung wie CVD- oder PVD-Verfahren auf dem Werkzeug abgeschieden werden und können damit auch auf beliebig geformten oder gekrümmten Flächen erfolgen, da sie die Oberflächentopographie des Werkzeuges abbilden. Auch eine partielle Bauteilbeschichtung ist möglich. Derartige Be­ schichtungen können auf Druckgußwerkzeugen, die mit Leichtmetallegierungen, vor allem Aluminium- und Magnesi­ umlegierungen, in Berührung kommen, z. B. auf Druckgußfor­ men und Kerne aufgebracht werden.

Durch die Verringerung des Anhaftens der Leichmetall­ legierungen auf den Werkzeugen läßt sich unter anderem 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 Wechselzeiten, da die Druckgußwerk­ zeuge länger ohne Wartung verwendet werden können. Auch die Oberfläche der mit den beschichteten Gußwerkzeugen hergestellten Gußteile wird durch die verringerte Anhaf­ tung verbessert und es wird der Anteil der Ausschußteile bzw. auch Werkzeugbruch vermieden.

Die Herstellung von Druckgußegierungen erfolgt teilweise bei über 600°C. Diamantänliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC) besitzen an Luft oberhalb von 400°C nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit und werden daher herkömmlicherweise nicht für derartige Hochtemperaturanwendungen berücksichtigt. Überra­ schenderweise weisen die erfindungsgemäßen Beschich­ tungen jedoch beim Druckguß von Leichtmetallen eine hohe Lebensdauer und sehr gute Verschleiß- und Anti- Haft-Eigenschaften auf.

Die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtungen 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 erfindungsgemäße Beschichtung besteht aus einer Schicht von Me-C:H. 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 zwi­ schen 0,2 µm und 15 µm beträgt.

Claims (13)

1. Druckgußwerkzeug mit Anti-Haft-Beschichtung zur Verringerung der Anhaftung des zu verarbeitenden Materials an den mit dem zu verarbeitenden Mate­ rial kontaktierenden Oberflächen der Werkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zumindest auf einem Teil der mit dem mit dem Druckwerkzeug zu verarbei­ tenden Material kontaktierenden Oberfläche des Druckgußwerkzeuges ausgebildet ist und aus amor­ phem Me-C:H besteht.

2. Druckgußwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtung eine Schicht aus Me-C:H mit einem Metall der 4ten bis 6ten Nebengruppe ist.

3. Druckgußwerkzeug nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schichtung eine Schicht aus Me-C:H mit Ti, W, Cr, Nb, Ta und/oder Si als Metall Me ist.

4. Druckgußwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Me-Gehalt zwischen 1% und 40% beträgt.

5. Druckgußwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Dicke zwischen 0,2 µm und 15 µm aufweist.

6. Druckgußwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schichtung eine durch Gasphasenabscheidungen ab­ geschiedene Schicht ist.

7. Druckgußwerkzeug nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schichtung eine durch ein CVD- oder PVD-Ver­ fahren abgeschiedene Schicht ist.

8. Verwendung eines Druckgußwerkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Verarbeiten von Leichtmetallegierungen.

9. Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen auf Druckgußwerkzeugen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels mittels eines Gasphasenabscheide­ verfahrens eine Beschichtung aus Me-C:H zumin­ dest auf einem Teil, der mit dem mit dem Druck­ gußwerkzeug zu verarbeitenden Material kontak­ tierenden Oberfläche des Druckgußwerkzeuges ab­ geschieden wird.

10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch ein CVD- oder PVD-Verfahren abgeschieden wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Beschichtung eine Schicht aus Me-C:H abgeschieden wird, die als Metall Me, Ti, W, Cr, Nb, Ta und/oder Si enthält.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß als Beschichtung eine Schicht aus Me-C:H abgeschieden wird, die einen Me-Gehalt zwischen 1% und 40% besitzt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung mit einer Dicke zwischen 0,2 µm und 15 µm abgeschie­ den wird.