WO2022090027A1 - Use of a plasma polymer layer as a separating layer in non-ferrous metal casting - Google Patents

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WO2022090027A1
WO2022090027A1 PCT/EP2021/079091 EP2021079091W WO2022090027A1 WO 2022090027 A1 WO2022090027 A1 WO 2022090027A1 EP 2021079091 W EP2021079091 W EP 2021079091W WO 2022090027 A1 WO2022090027 A1 WO 2022090027A1
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casting
mold
plasma
layer
plasma polymer
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Klaus-Dieter Vissing
Michael Heuser
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
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    • B05D2518/10Silicon-containing polymers

Definitions

  • 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 for preparing a mold for non-ferrous metal casting and a method for producing a casting in a non-ferrous metal casting.
  • 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. Therefore, in this area of application, too, there is a desire to eliminate the release agents by means of a permanent coating.
  • 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).
  • 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 die-casting tools to have a service life of 500,000 to 2 million castings (cf. e.g.
  • 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.
  • liquid mold release agents 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. With the onset of the molten metal, which is usually several hundred degrees hot 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.
  • 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.
  • 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 scrap at the end of the complex process and value chain, the so-called "precious scrap".
  • the scrap 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.
  • release agents the build-up of an approx.
  • inorganic release agents 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.
  • Permanent anti-wear coatings such as those produced using CVD and PVD processes, represent a possible solution.
  • 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.
  • PUR plasma polymer separating layers for reactive plastics
  • EP UP
  • hot melts hot melts
  • waxes waxes
  • Such separating layers simplify the production process, increase the reliability of the process and, in particular, save on cleaning costs.
  • 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.
  • 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.
  • DE 100 34 737 C2 discloses a method for producing a permanent release layer by plasma polymerisation.
  • the coating is characterized by its gradient structure.
  • This value provides information about the local bonding conditions of the silicon.
  • a large shift from PDMS is indicative of a high number of Si-O bonds.
  • the mechanical properties are described as elastic and stretchable up to 50% without cracking. This is another indication that the coating is soft and could be called plasma polymeric PDMS.
  • the total external leakage rate should be less than 1% of the amount of oxygen supplied to the process, and that care must be taken to ensure that the internal leakage from residual water is kept small. There is no value for the overall leak rate.
  • the power required for the process is around 7.25 W/sccm. It is kept small in order to be able to achieve the mechanical properties of the layer and to ensure that the working regime is in the range of the precursor excess.
  • WO 2015/044247 A1 is a further development with regard to the mechanical properties. It describes a plasma polymer solid that can be used primarily as a separating layer in a mold.
  • the plasma polymer solid is characterized by a high modulus of elasticity, with the modulus of elasticity being dependent on the C/O ratio. The surface energy and consequently the polar part thereof are low, but also clearly dependent on the modulus of elasticity.
  • 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.
  • 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.
  • plasma systems with HF coupling should preferably be used, 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 l/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.
  • DE 10 2017 1310851 A1 It is known from the prior art that the crosslinking network of silicon-organic PE-CVD layers is a Si-O network, which can be continuously modified starting from a PDMS-like layer, so that in the end an amorphous SiC >2 film is created.
  • 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.
  • a casting mould, casting mold or mold for short is a hollow body into which the liquid melt is poured, where it solidifies and the inner contour then takes on the outer shape. Permanent forms are to be preferred for the coating.
  • 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.
  • a casting within the meaning of the present invention is the target product in non-ferrous metal casting.
  • the non-ferrous metal casting is preferably non-ferrous metal die-casting
  • plasma polymer layers if they include silicon and carbon, are also suitable for use in non-ferrous metal casting.
  • separating layers which are described in WO 2015/044247 A1 or DE 10 2017 1310851 A1, in non-ferrous metal casting.
  • This also applies in particular to the layers and layer compositions described in more detail below. It seems - without being bound to a theory - the presence of a hydrocarbon network within the plasma polymer layer to be of particular importance. Separating layers that have a relatively large number of CH2 or CH2-CH2 bridges are particularly suitable. Layer configurations of this kind generally appear to increase temperature resistance and, in particular, mechanical stability. In addition, there is an increase in the density of the respective layer.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • roughness classes N1-N4 without post-treatment, which have roughness classes N1-N4, with N1 corresponding to a roughness value Ra of up to 0.025 ⁇ m and N4 to an Ra of up to 0.2 ⁇ m (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.messstoff.tools/Messstoff— Messtools/15-- Benchmarks— Hardness testers— Lupen/Oberflaechen-Vertician/Oberflaechen-Ver GmbHsplat- ten-Satz-fuer-Rauheit--Ra-0-05— 12- 5—m.html
  • 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.
  • 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.
  • the coated form, in partial areas of the cavity or the entire cavity on the side facing away from the mold plasma polymeric layer has a roughness value R a of ⁇ 1.6 ⁇ m, preferably ⁇ 0.2 ⁇ m, more preferably ⁇ 0.05 ⁇ m, even more preferably ⁇ 0.025 ⁇ m and/or a roughness depth R z of ⁇ 10 ⁇ m, preferably ⁇ 1, 6 ⁇ m, more preferably ⁇ 0.63 ⁇ m, even more preferably ⁇ 0.25 ⁇ m and/or wherein a casting separated from the coated mold has a roughness value on its surface (in the area of the mold coated according to the required preferred use).
  • 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.
  • the plasma polymer layers since they themselves reproduce contours, are applied to suitably prepared substrates, in this case the mold.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 temperatures: magnesium 650° C., zinc 419.53° C., lead 327.43° C. and tin 231.93° C. have the following melting temperatures.
  • the maximum temperature for casting processes 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 called the pouring 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.
  • 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.
  • 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.
  • the preferred materials are present either as a pure substance or as an alloy.
  • An alloy of the corresponding material is present if at least 50 atom % consists of the respective material (metal).
  • a preferred alloy within the meaning of this text from the preferred non-ferrous metals is one in which the sum of the atomic percentages of the preferred metals exceeds 50%.
  • a use in which the plasma polymeric layer comprises oxygen is preferred within the meaning of the present invention.
  • the oxygen forms a good basis for desired layer properties, such as e.g. B. hardness, surface energies, etc. set.
  • 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.
  • the plasma polymer layer has a layer thickness of 5 nm to 20 ⁇ m, preferably 200 nm to 10 ⁇ m and particularly preferably 400 nm to 5 ⁇ m.
  • the preferred layer thickness also shows very good heat transport behavior and sufficient mechanical stability.
  • Preference is given to a use according to the invention, in which the substance quantity ratios on the surface of the plasma-polymer layer are measured by means of XPS or elementary microanalysis
  • H:C 2.0 - 3.0 preferably H:C 2.2 - 3.0 measured by micro elemental analysis.
  • C 30-65 at%, preferably 32-50 at%, each based on the total number of atoms contained in the layer without H.
  • 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.
  • the vicinity of the silicon atoms in the plasma polymer layer is also important for the use according to the invention: it is advantageous in the context of the present invention if the overall degree of crosslinking of the silicon atoms is between 60 and 90%, is preferably between 65 and 85% and at the same time 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.
  • 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).
  • a use according to the invention is preferred, where the following applies to the plasma polymer layer:
  • 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
  • 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.
  • DE 10 2017 131 085 A1 describes how the separating layers are to be produced for this application and provides information on how the preferred, aforementioned features can be achieved.
  • a use according to the invention is preferred, in which case a high-gloss casting is produced directly by separation from the mold.
  • a high-gloss casting within the meaning of the present invention has a roughness class N4 (Ra ⁇ 0.2 pm, Rz ⁇ 1.6 pm), preferably N2 (Ra ⁇ 0.05 pm, Rz ⁇ 0.63 pm) and more preferably N1 (Ra ⁇ 0.025 pm, Rz ⁇ 0.25 pm) or better.
  • Part of the invention is also a method for preparing a mold for non-ferrous metal casting, comprising the steps: a) providing the mold and b) coating in the mold with a plasma polymeric coating as defined above, preferably in the preferred embodiments.
  • part of the invention is also a method for producing a casting in a non-ferrous metal casting, comprising the steps a) preparing a mold as described above, b) providing casting compound for the casting, preferably in the mold in the preferred ones described above metals/alloys, c) pouring the casting compound for the casting into the mold and d) separating the at least partially hardened casting from the mold.
  • a method according to the invention comprising, before step c), ba) evacuating the mold cavity of the closed mold in order 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
  • 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
  • step ba) and/or step bb) is particularly well suited to avoiding possible oxidation damage to the casting.
  • 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.
  • the temperature of the surface of the mold is ⁇ 300° C., preferably ⁇ 200° C.
  • the plasma reactor used to produce the layers to be used according to the invention is a large-volume reactor of approximately 1.2 m 3 which is operated with capacitive radio frequency excitation (13.56 MHz). This is a self-construction of the Fraunhofer - IFAM, Bremen. What is special about the system used is that for many hexamethyldisiloxane (HMDSO)-based processes, a self-bias close to zero can be reliably achieved and a very homogeneous plasma is formed in the entire free reactor space. The low self-bias is determined by the geometry of the plasma system, with the areas of the electrodes and the grounded surfaces being approximately the same. In Fig. 1, the plasma system used is shown schematically with its most important components.
  • FIG. 1 shows a schematic of the plasma system used (the electrode forms a U, the remaining wall not provided with the electrode represents the electrical ground for the plasma, which is also U-shaped accordingly).
  • the suction with an adjustable butterfly valve is used to control the process pressure.
  • 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.
  • the HF generator (19) is protected from backscattered power.
  • the self-bias is a DC voltage value, which is measured between the HF feed (15) and the grounded reactor.
  • 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.
  • the fast electrons With a high bias value, the fast electrons have migrated to the grounded reactor surfaces.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the substrates rested on the base electrode.
  • the substrates were activated with oxygen (400 sccm oxygen, 1500 W, 0.02 mbar) for 10 minutes.
  • the substrates are different Measuring method for silicon wafers, aluminum plates or glass slides and of course for an insert for the zinc die-casting system.
  • the person skilled in the art will generally preferably observe some or all of the process instructions in DE 102013219331 and/or observe one or more or all of the following measures, namely that
  • the total leakage rate is ⁇ 0.1 mbar l/s, preferably ⁇ 0.075 mbar l/s;
  • the ratio of the total leak rate to the O 2 flow supplied is ⁇ 0.12, preferably ⁇ 0.09, more preferably ⁇ 0.07;
  • 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 selected organosilicon precursor has a CHs/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;
  • 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;
  • 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 and b.) the clear distance between the chamber walls is at least 50 cm;
  • 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.
  • a 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
  • This coating has a Young's modulus of 21 GPa (LaWave measurement) and a surface energy of 29.2 mN/m.
  • the H:C ratio was determined to be 2.6 by means of elementary microanalysis.
  • 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.
  • the die-casting tests were carried out with a Bühler SC/N 66 horizontal cold-chamber die-casting machine and the fine zinc alloy ZAMAK ZL0410 (ZnAI4Cu) was used as the casting alloy.
  • ZAMAK ZL0410 ZnAI4Cu
  • mirror steel sheets from the exemplary embodiment of the separating layer application measuring 100 mm ⁇ 40 mm ⁇ 1.5 mm were used.
  • the coated panels were cast in a die to produce composite casting samples (see FIG. 2).
  • Fig. 2 Movable side of the die for the production of composite casting samples.
  • reference number 1 designates the cavities used.
  • the die-casting mold has a 4-cavity cavity.
  • the cavities on the left and right side of the die were used in the present tests.
  • 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.
  • a water-diluted release agent Saefty-Lube 7477, 1:60, from Chem-Trend
  • the dosing robot [Pomac Multilink Lädier] 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 movement of the pouring plunger is released Die casting machine that presses the melt into the mold cavity. The movement of the plunger or the filling of the mold cavity can be divided into 3 phases.
  • phase 1 pre-run phase
  • the melt is brought relatively slowly (without turbulence) to the gate area.
  • 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.
  • phase 3 holding pressure phase
  • increased holding pressure is applied in order to close any porosities that may have occurred.
  • the user will ensure that the mold can be easily temperature controlled and has good heat distribution and dissipation of the heat introduced from the casting process, so that no hot spots arise.
  • the material of the casting mold has a sufficiently high thermal coefficient (>25 W/mK)
  • 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
  • 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
  • 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.
  • the cast zinc components produced with the coated mirror sheets were examined with regard to their topography.
  • the cast zinc die-cast component had the following surface roughness values (in ⁇ m) with a release agent or with the release layer according to the invention:
  • 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).

Abstract

Use of a plasma polymer layer as a separating layer for separating the mold from the cast piece in non-ferrous metal casting, the plasma polymer layer comprising silicon, hydrogen and carbon.

Description

Verwendung einer plasmapolymeren Schicht als Trennschicht im Nicht-Eisen-Metall- guss Use of a plasma polymer layer as a separating layer in non-ferrous metal casting
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-Metall- guss sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstückes in einem Nicht-Eisen-Metall- guss. 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 for preparing a mold for non-ferrous metal casting and a method for producing 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 imDie 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 cost-intensive and thermal quenching can lead to fire cracking in the
Werkzeug und somit zu einem erhöhten Verschleiß kommen. 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. 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. 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. 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 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. With the onset of the molten metal, which is usually several hundred degrees hot 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 pm 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, 201 1 , 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 scrap at the end of the complex process and value chain, the so-called "precious scrap". The scrap 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, the build-up of an approx. 2 μm thick zinc layer on the Mold surface known. This already leads to a significant reduction in surface quality after about 20,000 casting cycles, which requires maintenance of the mold. The residues require a complex mechanical revision of the tool [cf. Ernst Brunhuber, Praxis der Druckgußfertigung, 1991, Berlin, Schiele & Schöne, Boris Nogowizin, Theory and Practice of die-casting, 201 1 , 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, TiAIN, AI2O3, ZrÜ2, T1O2, 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 för deren Verwendung. CrVN Hartstoffschichten konnten z. B. beim Aluminiumdruckguss eine trenn- und kühlmittelfreie Fertigung von bis zu 100 Stück ermöglichen. Permanent anti-wear coatings, such as those produced using CVD and PVD processes, represent a possible solution. CrN, TiAIN, AI2O3, ZrÜ2, T1O2, as well as nitrides and borides are used. 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.
DE 100 34 737 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer permanenten Entformungsschicht durch Plasmapolymerisation. Die Beschichtung zeichnet sich durch ihren Gradientenaufbau aus. DE 100 34 737 C2 discloses a method for producing a permanent release layer by plasma polymerisation. The coating is characterized by its gradient structure.
DE 10 2006 018 491 A1 offenbart ein flexibles plasmapolymeres Produkt mit PDMS- ähnlichem Schichtaufbau und damit ein weiches und empfindliches Produkt. Hier wird eine konkrete Schichtzusammensetzung beansprucht. Angaben zur Bestimmung des Wasserstoffgehaltes werden nicht gemacht, ebenso keine Angaben zur Vernetzungssituation oder zur Dichtebestimmung. Allerdings finden sich allgemeine Hinweise zur Dichte und zum Wasserstoffgehalt. Für die Dichte wird ein Bereich von 0,9 - 1 ,15 g/cm3 angegeben. Hieraus schließt der Fachmann auf ein eher schwach vernetztes Schichtsystem. Das H/C- Verhältnis bewegt sich im Bereich von 2,25 bis 3 zu 1. Auch in den Beispielen finden sich keine Angaben, wie das Verhältnis zu bestimmen ist. Ergänzend finden sich Angaben zur Verschiebung des Si 2p Peaks im XPS-Spektrum. Dieser Wert gibt Auskunft über die Nahbindungsverhältnisse des Siliziums. Eine starke Verschiebung gegenüber PDMS ist ein Zeichen für eine hohe Anzahl von Si-O-Bindungen. Die mechanischen Eigenschaften werden als elastisch und rissfrei dehnbar bis 50 % beschrieben. Dies ist ein weiterer Hinweis darauf, dass die Beschichtung weich ist und als plasmapolymeres PDMS bezeichnet werden könnte. Zur Herstellung der Schicht wird darauf verwiesen, dass die gesamte äußere Leckrate kleiner 1 % der dem Prozess zugeführten Sauerstoffmenge sein soll, und dass dafür Sorge zu tragen ist, dass das interne Leck durch Restwasser klein gehalten wird. Ein Wert für die Gesamtleckrate findet sich nicht. Die für den Prozess notwendige Leistung beträgt etwa 7,25 W/sccm. Sie wird klein gehalten, um die mechanischen Eigenschaften der Schicht erreichen zu können und um sicherzustellen, dass das Arbeitsregime sich im Bereich des Precursorüberschusses bewegt. DE 10 2006 018 491 A1 discloses a flexible plasma polymer product with a PDMS-like layer structure and thus a soft and sensitive product. A specific layer composition is claimed here. Information on determining the hydrogen content is not given, nor is any information on the crosslinking situation or on determining the density. However, general information on density and hydrogen content can be found. A range of 0.9-1.15 g/cm 3 is given for the density. From this, the person skilled in the art concludes that the layer system is rather weakly crosslinked. The H/C ratio is in the range from 2.25 to 3:1. The examples also contain no information on how the ratio is to be determined. In addition, information on Shift of the Si 2p peak in the XPS spectrum. This value provides information about the local bonding conditions of the silicon. A large shift from PDMS is indicative of a high number of Si-O bonds. The mechanical properties are described as elastic and stretchable up to 50% without cracking. This is another indication that the coating is soft and could be called plasma polymeric PDMS. When creating the layer, it is pointed out that the total external leakage rate should be less than 1% of the amount of oxygen supplied to the process, and that care must be taken to ensure that the internal leakage from residual water is kept small. There is no value for the overall leak rate. The power required for the process is around 7.25 W/sccm. It is kept small in order to be able to achieve the mechanical properties of the layer and to ensure that the working regime is in the range of the precursor excess.
WO 2015/044247 A1 ist eine Weiterentwicklung im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften. Sie beschreibt einen plasmapolymeren Festkörper, welcher primär als Trennschicht in einem Formwerkzeug Verwendung finden kann. Der plasmapolymere Festkörper zeichnet sich durch einen hohen E-Modul aus, wobei der E-Modul vom C/O-Verhältnis abhängig ist. Die Oberflächenenergie und in der Folge der polare Anteil hiervon sind niedrig, jedoch ebenfalls deutlich abhängig vom E-Modul. WO 2015/044247 A1 is a further development with regard to the mechanical properties. It describes a plasma polymer solid that can be used primarily as a separating layer in a mold. The plasma polymer solid is characterized by a high modulus of elasticity, with the modulus of elasticity being dependent on the C/O ratio. The surface energy and consequently the polar part thereof are low, but also clearly dependent on the modulus of elasticity.
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 l/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. DE 10 2017 1310851 A1 : Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass das Vernetzungsnetzwerk von siliziumorganischen PE-CVD Schichten ein Si-O-Netzwerk ist, welches ausgehend von einer PDMS-ähnlichen Schicht kontinuierlich modifiziert werden kann, sodass am Ende ein amorpher SiC>2-Film entsteht. Es wird somit immer mehr Sauerstoff in die Beschichtung eingebaut und im Gegenzug Kohlenwasserstoffe entfernt. Ausgehend von Siliziumatomen, welche über zwei Sauerstoffatome in unmittelbarer Nachbarschaft verfügen (sekundäres Si; PDMS) über eine zunehmende Anzahl von tertiären und quartären Si- Verbindung (3 bzw. 4 Sauerstoffatome in der unmittelbaren Nachbarschaft) hin zu Beschichtungen mit rein quartären Si-Verbindungen (SiO?). To produce the coating, it is stated that plasma systems with HF coupling should preferably be used, 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 l/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. DE 10 2017 1310851 A1: It is known from the prior art that the crosslinking network of silicon-organic PE-CVD layers is a Si-O network, which can be continuously modified starting from a PDMS-like layer, so that in the end an amorphous SiC >2 film is created. More and more oxygen is thus built into the coating and, in return, hydrocarbons are removed. Starting with silicon atoms, which have two oxygen atoms in the immediate vicinity (secondary Si; PDMS), through an increasing number of tertiary and quaternary Si compounds (3 or 4 oxygen atoms in the immediate vicinity) to coatings with purely quaternary Si compounds ( SiO?).
Hinsichtlich der beschriebenen Materialien, sofern sie noch nicht für Nicht-Eisen-Metall- guss 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, provided 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 Aufträgen 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 long-term usability of the mold should ideally be achieved 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 ais 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 the inner contour then takes on the outer shape. Permanent forms are to be preferred for the coating.
Eine T rennschicht 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. Bevorzugt handelt es sich im Rahmen der Erfindung bei dem nicht-Eisen-Metallguss um nicht-Eisen-Metalldruckguss A casting within the meaning of the present invention is the target product in non-ferrous metal casting. Within 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 WO 2015/044247 A1 oder der DE 10 2017 1310851 A1 beschrieben sind, im Nicht-Eisen-Metallguss einzusetzen. Dies gilt insbesondere auch für die weiter unten näher beschriebenen Schichten und Schichtzusammensetzungen. Dabei scheint - ohne an eine Theorie gebunden zu sein - das Vorhandensein eines Kohlenwasserstoffnetzwerkes innerhalb der plasmapolymeren Schicht von einer besonderen Bedeutung zu sein. Besonders eignen sich solche Trennschichten, die über verhältnismäßig viele CH2- bzw. CH2-CH2-Brücken verfügen. Derartige Schichtausgestaltung scheint generell die Temperaturbeständigkeit und insbesondere die mechanische Stabilität zu erhöhen. Außerdem findet eine Erhöhung der Dichte der jeweiligen Schicht statt. Surprisingly, it has been found that plasma polymer layers, if they include silicon and carbon, are also suitable for use in non-ferrous metal casting. This was not recognizable from the prior art. For example, it is possible to use separating layers, which are described in WO 2015/044247 A1 or DE 10 2017 1310851 A1, in non-ferrous metal casting. This also applies in particular to the layers and layer compositions described in more detail below. It seems - without being bound to a theory - the presence of a hydrocarbon network within the plasma polymer layer to be of particular importance. Separating layers that have a relatively large number of CH2 or CH2-CH2 bridges are particularly suitable. Layer configurations of this kind generally appear to increase temperature resistance and, in particular, mechanical stability. In addition, there is an increase in the density of the respective layer.
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 derdie 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 at 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 pm, Magnesiumlegierungen 3,0 bis 18 pm und Zinklegierungen 2,5 bis 18 pm [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 pm entspricht und N4 einem Ra von bis zu 0,2 pm (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-Vergleichsplat- ten-Satz-fuer-Rauheit--Ra-0-05— 12-5— m. html In 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 pm, magnesium alloys 3.0 to 18 pm and zinc alloys 2.5 to 18 pm [Association of German Die Casting Shops (VDD) and Federal Association of the German Foundry Industry (BDG) Die-casting of non-ferrous metals Technical Guidelines], the use according to the invention makes it 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 an 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— Messtools/15-- Benchmarks— Hardness testers— Lupen/Oberflaechen-Vergleichsmuster/Oberflaechen-Vergleichsplat- ten-Satz-fuer-Rauheit--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 pm, bevorzugt < 0,2 pm, weiter bevorzugt < 0,05 pm, noch weiter bevorzugt < 0,025 pm und/oder eine Rautiefe Rz von < 10 pm, bevorzugt < 1 ,6 pm, weiter bevorzugt < 0,63 pm, noch weiter bevorzugt < 0,25 pm besitzt und/oder wobei ein aus der beschichteten Form getrenntes Gusstück an seiner Oberfläche (im Bereich der gemäß der erf. gern. Verwendung beschichteten Form) einen Rauwert Ra von < 3,2 pm, bevorzugt < 0,4 pm, weiter bevorzugt < 0,1 pm, noch weiter bevorzugt < 0,05 pm und/oder eine Rautiefe Rz von < 25 pm, bevorzugt < 6,3 pm, weiter bevorzugt < 2,5 pm, noch weiter bevorzugt < 0,63 pm besitzt. Preferred is a use according to the invention, wherein the coated form, in partial areas of the cavity or the entire cavity on the side facing away from the mold plasma polymeric layer 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 roughness depth 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 has a roughness value on its surface (in the area of the mold coated according to the required preferred use). R a of <3.2 μm, preferably <0.4 μm, more preferably <0.1 μm, even more preferably <0.05 μm and/or a surface roughness R z of <25 μm, preferably <6.3 μm , more preferably <2.5 pm, even more preferably <0.63 pm.
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°C weisen die folgenden Schmelztemperaturen auf. Die Höchsttemperatur für Guss- Verfahren 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 temperatures: magnesium 650° C., zinc 419.53° C., lead 327.43° C. and tin 231.93° C. have the following melting temperatures. The maximum temperature for casting processes 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 called the pouring 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 < 1 bar. 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 if at least 50 atom % consists of the respective material (metal). A preferred alloy within the meaning of this text from the preferred non-ferrous metals is 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 pm, bevorzugt 200 nm bis 10 pm und besonders bevorzugt 400 nm bis 5 pm 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. Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Stoffmengenverhältnisse auf der Oberfläche der plasmapolymeren Schicht gemessen mittel XPS bzw. Mikroelementaranalyse 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. Preference is given to a use according to the invention, in which the substance quantity ratios on the surface of the plasma-polymer layer are measured by means of XPS or elementary microanalysis
C:O: 0,8 - 2,0, bevorzugt 0,9 - 1 ,6 gemessen mittel XPS und/oder C:O: 0.8-2.0, preferably 0.9-1.6 measured by XPS and/or
O:Si: 0,9 - 1 ,7, bevorzugt 1 ,1 - 1 ,7 gemessen mittel XPS und/oder O:Si: 0.9-1.7, preferably 1.1-1.7 measured by XPS and/or
C:Si: 1 ,0 - 2,5, bevorzugt 1 ,2 - 2,2 gemessen mittel XPS und/oder C:Si: 1.0-2.5, preferably 1.2-2.2 measured by XPS and/or
H:C 2,0 - 3,0, bevorzugt H:C 2,2 - 3,0 gemessen mittels Mikroelementaranalyse betragen. H:C 2.0 - 3.0, preferably H:C 2.2 - 3.0 measured by micro elemental analysis.
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: A use according to the invention is preferred, in which case the proportions of amounts of substance on the surface of the plasma polymer layer measured by means of XPS apply:
O: 25 - 50 at%, bevorzugt 28 - 47 at% O: 25 - 50 at%, preferably 28 - 47 at%
Si: 22 - 30 at%, bevorzugt 24 - 30 at% Si: 22 - 30 at%, preferably 24 - 30 at%
C: 30 - 65 at%, bevorzugt 32 - 50 at% jeweils bezogen auf die Gesamtzahl der in der Schicht enthalten Atome ohne H. C: 30-65 at%, preferably 32-50 at%, each based on the total number of atoms contained in the layer without H.
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 %, be- vorzugt 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 vicinity of the silicon atoms in the plasma polymer layer is also important for the use according to the invention: it is advantageous in the context of the present invention if the overall degree of crosslinking of the silicon atoms is between 60 and 90%, is preferably between 65 and 85% and at the same time 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: A use according to the invention is preferred, where the following applies to the plasma polymer layer:
- Wärmewiderstand < 100 mm2 K/W und/oder - Thermal resistance < 100 mm 2 K/W and/or
- Wärmeleitfähigkeit > 0,1 W/mK und/oder - Thermal conductivity > 0.1 W/mK and/or
- lineare Wärmeausdehnungskoeffizient < 5 E-4 und/oder - coefficient of linear thermal expansion < 5 E-4 and/or
- E-Modul 1 - 30 GPa, bevorzugt von 4 - 28 GPa, weiter bevorzugt 8-25 GPa und/oder - Modulus of elasticity 1-30 GPa, preferably from 4-28 GPa, more preferably 8-25 GPa and/or
- Dichte 0,7 - 1 ,9 g/cm3, bevorzugt 0,8 - 1 ,7 g/cm3, weiter bevorzugt 1 ,0 - 1 ,7 g/cm3 und/oder 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
- Oberflächenenergie 22 - 35 mN/m, bevorzugt 24 - 32 mN/m, weiter bevorzugt 26 - 32 mN/m. - 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 DE 10 2017 131 085 A1 wie die Trennschichten für diese Anwendung herzustellen sind und gibt Hinweise, wie die bevorzugten, vorgenannten Merkmale erzielt werden können. Allerdings kann es für die Anwendung im Nicht-Eisen Metallguss angeraten sein den E-Modul und das zugehörige C/O Stoffmengenverhältnis zu erweitern, um die notwendige mechanische Stabilität bereit zu stellen. Dies ist möglich, da die Beschränkung auf eine Oberflächenenergie von maximal 30 mN/m nicht erforderlich ist. Vielmehr kann auch eine Oberflächenenergie von bis zu 35 mN/m zugelassen werden. Damit bleibt die Trennschicht immer noch niederenergetisch. In principle, DE 10 2017 131 085 A1 describes how the separating layers are to be produced for this application and provides information on how the preferred, aforementioned features can be achieved. However, for use in non-ferrous metal casting, it may be advisable to increase the modulus of elasticity and the associated C/O substance ratio, to provide the necessary mechanical stability. This is possible because the restriction to a maximum surface energy of 30 mN/m is not necessary. Rather, a surface energy of up to 35 mN/m can also be permitted. Thus, the separating layer still remains low-energy.
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 pm, Rz<1 ,6 pm), bevorzugt N2 (Ra<0,05 pm, Rz<0,63 pm) und weiter bevorzugt N1 (Ra<0,025 pm, Rz<0,25 pm) oder besser. A high-gloss casting within the meaning of the present invention has a roughness class N4 (Ra<0.2 pm, Rz<1.6 pm), preferably N2 (Ra<0.05 pm, Rz<0.63 pm) and more preferably N1 (Ra <0.025 pm, Rz<0.25 pm) 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. Part of the invention is also a method for preparing a mold for non-ferrous metal casting, comprising the steps: a) providing the mold and b) coating in the mold 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. Analogously, part of the invention is also a method for producing a casting in a non-ferrous metal casting, comprising the steps a) preparing a mold as described above, b) providing casting compound for the casting, preferably in the mold in the preferred ones described above metals/alloys, 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 Preference is given to a method according to the invention, comprising, before step c), ba) evacuating the mold cavity of the closed mold in order 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
Durchführen von Schritt c.), so dass von Luftsauerstoff berührte Oberflächen der plasmapolymeren Beschichtung die Temperatur von 200°C nicht überschreitet und/oderCarrying 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
Öffnen der Form erst, wenn die Oberflächentemperatur der plasmapolymeren Beschichtung < 200°C beträgt. 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. Beispiel: These temperature limits ensure that the plasma polymer layer does not degrade. Example:
Der für die Herstellung der erfindungsgemäßen einzusetzenden Schichten verwendete Plasmareaktor ist ein großvolumiger Reaktor von ca. 1 ,2m3, welcher mit einer kapazitati- ven 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 Fig. 1 ist die verwendete Plasmaanlage schematisch mit ihren wichtigsten Komponenten dargestellt. The plasma reactor used to produce the layers to be used according to the invention is a large-volume reactor of approximately 1.2 m 3 which is operated with capacitive radio frequency excitation (13.56 MHz). This is a self-construction of the Fraunhofer - IFAM, Bremen. What is special about the system used is that for many hexamethyldisiloxane (HMDSO)-based processes, a self-bias close to zero can be reliably achieved and a very homogeneous plasma is formed in the entire free reactor space. The low self-bias is determined by the geometry of the plasma system, with the areas of the electrodes and the grounded surfaces being approximately the same. In Fig. 1, the plasma system used is shown schematically with its most important components.
Die Figur 1 stellt ein Schema der verwendeten Plasmaanlage dar (die Elektrode bildet ein U, die übrige, nicht mit der Elektrode versehene Wand stellt für das Plasma die elektrische Masse dar, welche entsprechend ebenfalls U-förmig ist). FIG. 1 shows a schematic of the plasma system used (the electrode forms a U, the remaining wall not provided with the electrode represents the electrical ground for the plasma, which is also U-shaped accordingly).
In der Fig. 1 bedeuten die Bezugszeichen: In FIG. 1, the reference symbols mean:
I Geerdete Reaktorkammer I Grounded reactor chamber
3 Druckregelventil 3 pressure control valve
5 Absaugung zum Pumpenstand 5 Suction to the pump stand
7 Baffleplate 7 baffle plate
9 HF-Elektrode 9 HF electrode
I I Isolierung (PE) I I Insulation (PE)
13 Gaszuführung 13 gas supply
15 HF-Einspeisung 15 RF feed
17 Match box 17 matchbox
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. 19 HF generator The suction with an adjustable butterfly valve is used to control 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, Aluminiumplaten oder Glasobjekträger 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. The substrates are different Measuring method for silicon wafers, aluminum plates or glass slides and of course for an insert for the zinc die-casting system.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung wird der Fachmann allgemein bevorzugt einige oder alle Verfahrensführungshinweise in der DE 102013219331 beachten und/oder eine oder mehrere oder alle folgenden Maßnahmen beachten nämlich, dassTo produce the coating according to the invention, the person skilled in the art will generally preferably observe some or all of the process instructions in DE 102013219331 and/or observe one or more or all of the following measures, namely that
- die Gesamtleckrate < 0,1 mbar l/s, bevorzugt < 0,075 mbar l/s ist; - the total leakage rate is <0.1 mbar l/s, preferably <0.075 mbar l/s;
- das Verhältnis von Gesamtleckrate zum zugeführten 02-Fluss < 0,12, bevorzugt < 0,09, weiter bevorzugt < 0,07 ist; - the ratio of the total leak rate to the O 2 flow supplied is <0.12, preferably <0.09, more preferably <0.07;
- ein so hoher Gesamtgasfluss realisiert wird, so dass die rechnerische Gesamtaufenthaltsdauer im Plasma > 10 s und < 30 s (bevorzugt < 20 s) beträgt; - 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);
- ein Arbeitsdruck (mit Plasmaentladung) von < 0,03 mbar, bevorzugt < 0,02 mbar und > 0,01 mbar verwendet wird; - a working pressure (with plasma discharge) of <0.03 mbar, preferably <0.02 mbar and >0.01 mbar is used;
- das Flussverhältnis von siliziumorganischem Precursor zu Sauerstoff > 0,8, bevorzugt ca. 1 bis maximal 1 ,25 ist; - the flow ratio of silicon-organic precursor to oxygen> 0.8, preferably about 1 to a maximum of 1, 25 is;
- der ausgewählte siliziumorganische Precursor über ein CHs/Si Verhältnis von > 2,7, bevorzugt > 3 verfügt und gleichzeitig dessen O/Si Verhältnis bezogen auf die Gesamtgasmenge < 1 ,5, bevorzugt < 1 ,1 beträgt; - the selected organosilicon precursor has a CHs/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;
- der ausgewählte siliziumorganische Precursor möglichst nicht über Silazanverbindungen verfügt; - If possible, the selected organosilicon precursor does not have silazane compounds;
- 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; - 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;
- Lokale, intensivere Entladungen vermieden werden und/oder - Local, more intense discharges are avoided and/or
- insbesondere lokale Entladungen im Absaugflansch vermieden werden. - In particular, local discharges in the suction flange are avoided.
- 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 und b.) der lichte Abstand der Kammerwände mind. 50 cm beträgt; - 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 and b.) the clear distance between the chamber walls is at least 50 cm;
- 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. - 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 DE 102017131085A1. Further technical information (which, like the previous ones, applies generally and not only to the present example) can be found in DE 102017131085A1.
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. KG A 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: The following element ratios were obtained using XPS:
O : Si: 1 ,33 O: Si: 1.33
C : Si: 1 ,47 C: Si: 1.47
C : O: 1 ,11 C:O:1.11
Mittels Mikroelementaranalyse wurde das H:C Verhältnis zu 2,6 bestimmt. The H:C ratio was determined to be 2.6 by means of elementary microanalysis.
Somit ergibt sich folgende Stöchiometrie: Si : O : C : H von 1 : 1 ,33 : 1 ,47 : 3,82. 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: With regard to the oxidation state of the silicon, the following picture resulted with the help of a peak fitting of the Si(2p) peak:
6,7% primäre, 62,3% sekundäre, 31 % tertiäre und 0% quartäre Verbindungen. 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). 6.7% primary, 62.3% secondary, 31% tertiary and 0% quaternary compounds. 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 Zinkguss Example 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 (ZnAI4Cu) 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. Fig. 2). The die-casting tests were carried out with a Bühler SC/N 66 horizontal cold-chamber die-casting machine and the fine zinc alloy ZAMAK ZL0410 (ZnAI4Cu) was used as the casting alloy. For the tests, mirror steel sheets (from the exemplary embodiment of the separating layer application) measuring 100 mm×40 mm×1.5 mm were used. The coated panels were cast in a die to produce composite casting samples (see FIG. 2).
In Fig. 2: Bewegliche Seite der Druckgießform zur Herstellung von Verbundgussproben.In Fig. 2: Movable side of the die for the production of composite casting samples.
In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die verwendeten Kavitäten. In FIG. 2, reference number 1 designates the cavities used.
Wie in Fig. 2 zu erkennen, besitzt die Druckgießform eine 4-fach-Kavität. Bei den vorliegenden Versuchen wurden aus geometrischen Gründen ausschließlich die Kavitäten auf der linken und der rechten Seite der Druckgießform verwendet. As can be seen in FIG. 2, the die-casting mold has a 4-cavity cavity. For geometric reasons, only the cavities on the left and right side of the die were used in the present tests.
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 ermitelten Parameter zur Durchführung der Gießversuche sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst. After the complete assembly of the die casting mold, the provision of the molten zinc and the installation of the molten metal feed, casting tests were carried out without sheet metal inserts in order to determine suitable production parameters. For this purpose, an optical assessment was made with regard to complete filling and a flawless surface performed. The parameters determined for carrying out the casting tests are summarized in Table 1 below.
Tabelle 1 : Übersicht Fertigungsparameter
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Table 1: Overview of manufacturing parameters
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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 anschlie- ßend 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 Lädier] 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 Lädier] 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 movement of the pouring plunger is released Die casting machine that presses the melt into the mold cavity. 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 see 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, In general, the user will ensure that the mold can be easily temperature controlled and has good heat distribution and dissipation of the heat introduced from the casting process, so that no hot spots arise.
- das Material der Gießform über einen ausreichend hohen Wärmekoeffizienten (>25 W/mK) verfügt, - the material of the casting mold has a sufficiently high thermal coefficient (>25 W/mK),
- ggf. bei Unterdrück insbesondere in Form eines Verfahrens des Vakuumdruckgusses gearbeitet wird/oder - If necessary, work is carried out under negative pressure, in particular in the form of a vacuum pressure casting process/or
- die Oberflächentemperatur zum Zeitpunkt der Entformung des Gussteils (Entformungstemperatur) bei <300°C, bevorzugt <200°C stattfindet. - The surface temperature at the time of demolding the casting (demolition temperature) is <300°C, preferably <200°C.
- die Gießform und das Gießsystem zur Zuführung der Metallschmelze zur Herstellung dekorativer hochwertiger Oberflächengussteile ausgelegt ist, - the casting mold and the casting system for feeding the molten metal are designed for the production of decorative high-quality surface castings,
- ggf. eine komplett trenn- und schmiermittelfrei arbeitendes Auswerfsystem zum Ausstößen der Gussteile verwendet wird, um Verunreinigungen zu vermeiden oder - 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
- 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, - 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),
- 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 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.
Messbeispiel measurement 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 pm): Using an optical profilometer (Sensofar Plu Neox / measurement method according to DIN EN ISO 4288 / triple measurements / line measurements), the following surface roughness values (data in pm) were obtained:
Mirrorblech, unbeschichtet Ra: 0,0030 +/-0 Rz: 0,020 +/- 0,002Mirror sheet, uncoated Ra: 0.0030 +/-0 Rz: 0.020 +/- 0.002
Mirrorblech, beschichtet Ra: 0,0032 +/-0 Rz: 0,020 +/- 0,002 Mirror sheet, coated Ra: 0.0032 +/-0 Rz: 0.020 +/- 0.002
Das gegossene Zinkdruckgussbauteil wies mit Trennmittel bzw. mit der erfindungsgemäßen Trennschicht folgende Oberflächenrauwerte (Angaben in pm) auf: The cast zinc die-cast component had the following surface roughness values (in μm) with a release agent or with the release layer according to the invention:
Gussbauteil, mit Trennmittel Ra: 0,16 +/- 0,07 Rz: 1 ,84 +/- 0,56 N4Cast component, with release agent Ra: 0.16 +/- 0.07 Rz: 1.84 +/- 0.56 N4
Gussbauteil, mit Trennschicht Ra: 0,02 +/- 0,00 Rz: 0,19 +/- 0,11 N1 Cast component, with separating layer Ra: 0.02 +/- 0.00 Rz: 0.19 +/- 0.11 N1
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 Fig. 3 dargestellten Vergleichsbilder: Subsequent examinations in the scanning electron microscope (SEM) resulted in the comparison images shown in Fig. 3:
Im Elementkontrast erkennt man Aluminium (schwarz) in Zink (weiß) eingebettet. In the element contrast, aluminum (black) embedded in zinc (white) can be seen.
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.

Claims

- 23 - Patentansprüche: - 23 - Claims:
1 . 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. 1 . 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.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , wobei das Beschichten der Form mit der plasmapolymeren Schicht mit umfasst ist. 2. Use according to claim 1, wherein the coating of the mold with the plasma polymer layer is included.
3. Verwendung einer Form oder eines Gießwerkzeuges beschichtet mit einer plasmapolymeren Schicht im nicht-Eisen-Metallguss, wobei die plasmapolymere Schicht Silizium, Wasserstoff und Kohlenstoff umfasst. 3. 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.
4. Verwendung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die beschichtete Form auf der formabgewandten Seite der plasmapolymeren Schicht einen Rauwert Ra von < 1 ,6 pm, bevorzugt < 0,2 pm, weiter bevorzugt < 0,05 pm, noch weiter bevorzugt < 0,025 pm und/oder eine Rautiefe Rz von < 1 ,0 pm, bevorzugt < 1 ,6 pm, weiter bevorzugt < 0,63 pm, noch weiter bevorzugt < 0,25 pm besitzt und/oder wobei ein aus der beschichteten Form getrenntes Gusstück an seiner Oberfläche einen Rauwert Ra von < 3,2 pm, bevorzugt < 0,4 pm, weiter bevorzugt < 0,05 pm und besonders bevorzugt 0,01 pm und/oder eine Rautiefe Rz von < 2,5 pm, bevorzugt < 6,3 pm weiter bevorzugt < 2,5 pm und besonders bevorzugt 0,01 pm besitzt. 4. Use according to claim 2 or claim 3, wherein the coated mold 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 <1.0 μm, preferably <1.6 μm, more preferably <0.63 μm, even more preferably <0.25 μm and/or wherein a from the coated form separate casting on its surface a roughness value R a of <3.2 μm, preferably <0.4 μm, more preferably <0.05 μm and particularly preferably 0.01 μm and/or a surface roughness Rz of <2.5 μm, preferably <6.3 μm, more preferably <2.5 μm and particularly preferably 0.01 μm.
5. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Guss um den Guss von Metallen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Blei, Zinn, Zink, Magnesium und deren Legierungen handelt. 5. Use according to one of the preceding claims, wherein the casting is the casting of metals selected from the group consisting of lead, tin, zinc, magnesium and their alloys.
6. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die plasmapolymere Schicht Sauerstoff umfasst. 6. Use according to any one of the preceding claims, wherein the plasma polymeric layer comprises oxygen.
7. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei plasmapolymere Schicht eine Schichtdicke von 5 nm bis 20 pm, bevorzugt 200 nm bis 10 pm und besonders bevorzugt 400 nm bis 5 pm besitzt. 7. Use according to one of the preceding claims, wherein 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.
8. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stoffmengenverhältnisse auf der Oberfläche der plasmapolymeren Schicht gemessen mittel XPS bzw. Mikroelementaranalyse C:O: 0,8 - 2,0, bevorzugt 0,9 - 1 ,6 gemessen mittel XPS und/oder 8. Use according to one of the preceding claims, wherein the substance quantity ratios on the surface of the plasma-polymer layer are measured using XPS or micro-elemental analysis C:O: 0.8-2.0, preferably 0.9-1.6 measured by XPS and/or
O:Si: 0,9 - 1 ,7, bevorzugt 1 ,1 - 1 ,7 gemessen mittel XPS und/oder O:Si: 0.9-1.7, preferably 1.1-1.7 measured by XPS and/or
C:Si: 1 ,0 - 2,5, bevorzugt 1 ,2 - 2,2 gemessen mittel XPS und/oder C:Si: 1.0-2.5, preferably 1.2-2.2 measured by XPS and/or
H:C 2,0 - 3,0, bevorzugt H:C 2,0 - 2,8 gemessen mittels Mikroelementaranalyse betragen. H:C 2.0 - 3.0, preferably H:C 2.0 - 2.8 measured by micro elemental analysis.
9. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für die Stoffmengenanteile auf der Oberfläche der plasmapolymeren Schicht gemessen mittels XPS gilt: 9. Use according to one of the preceding claims, wherein the following applies to the proportions of amounts of substance on the surface of the plasma polymer layer measured by means of XPS:
O: 25 - 50 at%, bevorzugt 28 - 47 at% O: 25 - 50 at%, preferably 28 - 47 at%
Si: 22 - 30 at%, bevorzugt 24 - 30 at% Si: 22 - 30 at%, preferably 24 - 30 at%
C: 30 - 65 at%, bevorzugt 32 - 50 at% jeweils bezogen auf die Gesamtzahl der in der Schicht enthalten Atome ohne H. C: 30-65 at%, preferably 32-50 at%, each based on the total number of atoms contained in the layer without H.
10. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für die plasmapolymere Schicht gilt: 10. Use according to one of the preceding claims, wherein the following applies to the plasma polymer layer:
- Wärmewiderstand < 100 mm2 K/W und/oder - Thermal resistance < 100 mm 2 K/W and/or
- Wärmeleitfähigkeit > 0,1 W/mK und/oder - Thermal conductivity > 0.1 W/mK and/or
- lineare Wärmeausdehnungskoeffizient < 5 E-4 und/oder - coefficient of linear thermal expansion < 5 E-4 and/or
- 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/oderE modulus 1-30 GPa, preferably 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
- Oberflächenenergie 22 - 35 mN/m, bevorzugt 24 - 32 mN/m, weiter bevorzugt 26 - 32 mN/m. - Surface energy 22-35 mN/m, preferably 24-32 mN/m, more preferably 26-32 mN/m.
11 . Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Erzeugung eines Hochglanzgussstückes unmittelbar durch Trennung aus der Form. 11 . Use according to one of the preceding claims for producing a high-gloss casting directly by separation from the mould.
12. Verfahren zur Vorbereitung einer Form für den nicht-Eisen-Metallguss, umfassend die Schrite: a) Bereitstellen der Form und b) Beschichten der Form mit einer plasmapolymeren Beschichtung wie in einem der vorangehenden Ansprüche definiert. 12. A method of preparing a mold for non-ferrous metal casting, comprising the steps of: a) providing the mold and b) coating the mold with a plasma polymeric coating as defined in any one of the preceding claims.
13. Verfahren zur Herstellung eines Gussstückes in einem nicht-Eisen-Metallguss, umfassend die Schritte: a) Vorbereiten einer Form wie in Anspruch 12 beschrieben, b) Bereitstellen von Gießmasse für das Gussstück, c) Einfüllen der Gießmasse für das Gussstück in die Form und d) Trennen des wenigsten teilweise ausgehärteten Gussstückes von der Form. 13. A method for producing a casting in a non-ferrous metal casting, comprising the steps: a) preparing a mold as described in claim 12, b) providing casting compound for the casting, c) filling the casting compound for the casting into the mold and d) separating the at least partially solidified casting from the mold.
14. Verfahren nach Anspruch 13, umfassend vor Schritt c) die ba) 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 14. The method according to claim 13, comprising before step c) ba) evacuating the mold cavity of the closed mold in order 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 atmospheric oxygen , so that oxidative damage to the coating is prevented and / or
Durchführen von Schritt c.), so dass von Luftsauerstoff berührte Oberflächen der plasmapolymeren Beschichtung die Temperatur von 200°C nicht überschreitet und/oder 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
Öffnen der Form erst, wenn die Oberflächentemperatur der plasmapolymeren Beschichtung < 200°C beträgt. - 26 - Do not open the mold until the surface temperature of the plasma polymer coating is < 200°C. - 26 -
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Temperatur an der Oberfläche der Form < 300°C, bevorzugt < 200°C ist. 15. The method according to claim 13 or 14, wherein the temperature at the surface of the mold is <300°C, preferably <200°C.
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