Trenn- und Verschleißschutzschicht aus Kohlenstoff

Trenn- und Verschleißschutzschicht aus Kohlenstoff

Beitragvon DLC-Profi » 01.04.2011, 11:59

Ich wollte hier mal ein im Spritzguss viel zu wenig beachtetes Verfahren ansprechen, eine Trennschcht auf Kohlenstoffbasis.


Probleme, die beim Spritzguss auftreten und die man mit hochwertigen
Beschichtungen lösen kann:

Die folgende Liste soll die häufigsten Oberflächenschäden aufzählen, die mit vielen
Hartstoffschichten vermieden oder unterdrückt werden können:

Abrasiver Verschleiß von Extrudern, Torpedos, Angusskanälen, Formnestern.
Ursache: Harte Partikel von Füllstoffen wie Glasfaser, Quarzmehl, Grafit, Weißmacher (z. B. Ti02), »Farbpigmente.
Verschleißmechanismus: Mikropflügen, Mikrozerspanen.

Tribochemischer Verschleiß (Reibkorrosion, Passungsrost).
Verschleißmechanismus: Chemische Reaktionen an mikroskopisch kleinen „Hotspots".

Adhäsiver Verschleiß von gleitenden Teilen, z. B. Auswerfer, Führungen.
Verschleißmechanismus: Mikroverschweißungen und Brückenbildung vor allem bei Metallen durch Hotspots.

Verschleiß von Formteilen durch gleitenden Kunststoff, auch ohne Füllstoffe, z. B.
PMMA. Die Natur dieser Verschleißform ist noch nicht geklärt; abrasiver Verschleiß
scheidet aus, da PMMA viel weicher als Stahl ist. Wahrscheinlich ist eine Mischformvon adhäsivem und tribochemischem Verschleiß.

Korrosion durch gasförmige Produkte aus den erhitzten Kunststoffen, verstärkt durch den, Dieseleffekt, wenn mit hohen Drücken gearbeitet wird. Bei halogenierten Kunststoffen (z. B. PVC, PTFE) können Salz- und Flusssäure austreten und
erhebliche Korrosion verursachen. Bei anderen Kunststoffen sind eher die
Zuschlagstoffe die Verursacher von Korrosion.

Folgeprobleme durch Verschleiß: Auswaschungen, Glättung von feinen Oberflächenstrukturen, z. B. Narbungen, Ledereffekte, Mattierungen, aber auch Aufrauung von polierten Oberflächen; Fressen von gleitenden Teilen.
Anhaften von Kunststoff in den Formnestern und anderen kunststoffführenden Bereichen. In Folge, Abweichungen der Ist-Geometrie von der Soll-Geometrie der zu spritzenden Teile. Die Formen sind schwer zu reinigen.

Fast alle mit dem PVD-Verfahren hergestellten, in ihrer Natur eher keramischen Schichten sind mehr oder weniger oxidationsempfindlich. Diamantähnliche Kohlenstoffschichten oder auch reine Diamantschichten dagegen oxidieren bis zu
Temperaturen von einigen hundert Grad Celsius überhaupt nicht Weil sie außerdem auch sehr hart sind, schützen sie in idealer Weise gegen abrasiven und chemischen Verschleiß.

Nur ein Test zeigt die wahre Leistungsfähigkeit einer Hartstoffschicht
Der Grund: Die „Weltformel“ der Tribologie (= Lehre von Reibung und Verschleiß)
gibt es nicht. Es gibt keine brauchbare Theorie, die man anwenden könnte, um den Verschleiß ohne Schutzschicht oder die Standzeitverlängerung mit Schutzschicht auszurechnen.


Kleben, Anhaften, Oberflächenenergie
Ein in der Kunststoffverarbeitung häufig vorkommendes Problem ist die Neigung vieler Kunststoffe, in Angusskanälen und Formnestern haften zu bleiben. Abhilfe sind Trennmittel, mit denen die kritischen Teile eingesprüht werden, oder die dem
Kunststoff bereits beigemischt sind.

Es gibt genug Gründe, auf diese Trennmittel zu verzichten. Aber welche Alternativen hat man?

Die Ursache für die Klebneigung sind die großen Oberflächenenergien von Metallen wie Stahl oder auch Aluminium, aus denen Gusswerkzeuge üblicherweise gefertigt werden. Diese Energien wirken wie eine Art Anziehungskraft, die den Kunststoff festhält. Auch keramische Schichten haben große Oberflächenenergien, so dass die Auswahl an Beschichtungen, mit denen man die Klebneigung abschwächen kann, TiN, TiAIN und sogar das viel gepriesene CrN versagen in vielen Fällen. Es bleiben praktisch nur noch Schichten auf der Basis von PTFE, Silicon oder modifizierte diamantähnliche Kohlenstoffschichten. Wo die geringe Härte von PTFE und Silicon nicht stören, sind sie gut als Trennschicht geeignet wo gleichzeitig hohe Härte gefordert ist, bleiben praktisch nur modifizierte Kohlenstoffschichten (a-C:H:X)
übrig.

Die ideale harte Antihaftschicht, die alle Haft- und Klebprobleme löst, gibt es derzeit nicht Manche Kunststoffe, vor allem Duroplasten haben selber eine derart hohe Oberflächenenergie, dass man sie sogar zum Kleben von PTFE verwendet. Gegen
solche Substanzen ist kein Kraut gewachsen außer wachsartigen Trennmitteln, die man ggf. nach dem Gussvorgang wieder abwaschen muss.
Auch hier gilt wieder der Grundsatz:
Nur ein Test zeigt die wahre Leistungsfähigkeit einer harten Trennschicht Diamantähnliche Kohlenstoffschichten

In geradezu idealer Weise erfüllen amorphe Kohlenstoffschichten mit diamantähnlichen Eigenschaften (a-C:H und besonders a-C:H:X oder DLC = diamond-like carbon) die für den Kunststoffspritzguss aufgestellten Forderungen. Die Abscheidung erfolgt in einer Vakuumkammer, in der in einer Glimmentladung ein Kohlenwasserstoffgas in den Aggregatzustand des Plasmas gebracht wird.

DLC-Schichten können durch Beimengungen von anderen Gasen zum Kohlenwasserstoff in ihren Eigenschaften wie Haftung, Härte, Reibung, Oberflächenenergie weiter verbessert werden.

Der von Fima Heinz Zenker GmbH Ludwigsburg angebotene Typ hat den Handelsnamen h-DLC und zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:
- Härte 3.000 HV
- hohe Elastizität, 90 % elastische Rückfederung
- niedrige Reibung, ca. 1/5 bis 1/10 gegenüber einer Stahl-Stahl-Paarung, sehr niedrig gegen viele Kunststoffe
- hohe Haftung auf z. B. Stahl, Chrom, Aluminium, Glas, Keramik
- gute Trennwirkung gegen z. B. ABS, PC, PE, POM, PP, PS, PUR, PVC
- DLC kann chemisch nicht angegriffen werden
DLC-Profi
 
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