Download - Smart coating-roadshow-feb-2015-slijtvast-patrick-cosemans

Slijtvaste coatings via droge technieken Protect your Product Sirris Roadshow 12, 17 and 24 februari 2015 Patrick Cosemans Smart Coating Application Lab

Slijtage

2.03.15 2 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |

ongewenste verandering van oppervlak en afmetingen

als gevolg van wrijving

gepaard gaande met materiaalafname

aan het oppervlak

Slijtage


Abrasief hoge belasting Abrasief lage belasting Adhesief

Erosief Vermoeiing

Hoe slijtagetype bepalen


Slijtage

2.03.15 5

Wordt bepaald door een groot aantal factoren die met elkaar interageren Samenstelling basismateriaal

Hardheid, E-modulus, spanningen, rekgrens,… Procesparameters

Belasting, tegenlichaam, snelheid, frequentie, hoek,… Omgevingsfactoren

Temperatuur, vochtigheid,… Oppervlak

Hardheid, wrijvingsweerstand, samenstelling, ruwheid,…

© sirris | www.sirris.be | [email protected] |

Slijtage tegengaan


Smering om wrijving te verminderen? Ja, maar…

Verschillende coating mogelijkheden

Diffusielagen (in het oppervlak)

Deklagen (op het oppervlak)

•Chromeren •Vanaderen •Kolsteriseren •Nitreren •Carboneren •Anodiseren •Fosfateren •Ionenimplantatie •Oppervlakteharding

•Lakken, verven •Thermisch spuiten

•Lasercladden

•Oplassen

•Elektrolytisch proces •Stroomloos proces •PVD

•CVD

•Hybride coatings •Sol-gel

Overzicht coatingtechnieken

Dikke coatings: vergelijking

Karakteristiek Oplassen lasercladden Thermisch spuiten

opmenging 5-60 % 5-10 % geen

Warmte-inbreng hoog Laag (lokaal) laag

hechting metallisch metallisch mechanisch

porositeit Geen Geen 0,5-20 %

impactbestendigheid Hoog Hoog Laag-gemiddeld

Dikte basismateriaal > 5 mm > 1 mm > 0,5 mm

laagdiktebereik 1 – 10 mm 0,1 – 2 mm 0,1 – 2mm

materiaalcombinaties Elektrisch geleidend, metalen metalen metalen, legeringen,

keramiek, polymeren

Thermisch spuiten: werkwijze Gesmolten deeltjes (van poeder of draad) worden op een oppervlak

gespoten met hoge snelheid Oppervlak grondig reinigen en opruwen (mechanische hechting) Vermijden bij toepassingen met scherpe randen Manueel of gerobotiseerd Lage substraattemperatuur (geen vervorming, opmenging of

structuurverandering) Verschillende technieken (temperatuur en snelheid van de deeltjes)

Thermisch spuiten: technieken


Eigenschap Draad vlam-

spuiten

Poeder vlam-

spuiten

Boog-spuiten (ARC)

Plasma-spuiten (APS)

HVOF spuiten

Koud spuiten

Tpoeder (°C) <3000 <3000 <5000 <16000 <3000 <800 Tsubstraat (°C) 50 -150 100-150 50-125 100-125 100-125 22-120 Snelheid (m/s) 150-240 25-35 150-400 300-500 800-1200 400-1500 coatingmateriaal Metalen,

legeringen keramisch

Metalen, legeringen, keramisch, polymeren

Metalen, legeringen keramisch



Metalen, legeringen

Spuitsnelheid (kg/h)

2,5 - 30 3 - 9 metal. 1,5-2,5kera.

4,5 - 55 3 - 9 4 - 5 0,3 - 3

Hechting (MPa) 6 - 10 6 – 10 10 – 20 20 – 70 >70 30 - 35

Relatieve kost (1=laag, 6=hoog) 3 3 1 5 5 6

Thermisch spuiten: toepassingen


Afdichtingloopvlakken Kogelafsluiters Hydraulische zuigerstangen in

de offshore ter bescherming van zeewatermilieu.

Reparaties of maatcorrecties Lagers voor landingsgestel Procesrollen in papier, glas en

staalindustrie Implantaten

Dunne coatings: vergelijking

Karakteristiek PVD PACVD CVD

laagdikte 0,5 – 8 µm 1 - 8 µm 1 – 50 µm

depositietemperatuur 150 – 450°C 150 – 450°C 800 – 1100°C

hechting Mechanisch - chemisch

Mechanisch - chemisch Chemisch - diffusie

porositeit Geen Geen Geen

Type depositie Unidirectioneel multidirectioneel Multidirectioneel

Hardheid 1000 – 3500 HV 1000 – 3000 HV 2500-3000 HV

T-stabiliteit Tot 1100°C Tot 300°C (DLC) Tot 1000°C

materiaalcombinaties Metalen, keramisch Metalen, keramisch Metalen, keramisch

substraatmateriaal Brede range, ook gehard

Brede range, ook gehard Beperkt (hardmetalen)

PVD (Physical Vapour Deposition)

Verdampen Sputteren Proces in vacuümkamer Reactief proces door toevoeging van gas (O2, N2)

Oxide & keramische slijtvaste coatings Line-of-sight technologie roteren van 3D-producten nodig geen nabewerking nodig Coating dikte typisch 1- 5 µm Prijs afhankelijk van #producten /batch

Target Materiaal

Ag Au Cu Pt Ni Co Mg Cr Mn Al Mo V Zr Ta Ti W Si C



ARC evaporatie

• Hoge energie • Snel • Druppelvorming • o.a. slijtvast

HIPIMS

• Hoge energie • Inwendig coaten • Zeer hoge kwaliteit • o.a. 3D geometrieën

Magnetron sputteren

• Lagere energie • Trager • Hoge kwaliteit • o.a. optisch

PVD (Physical Vapour Deposition) Typische coatings slijtvast

Coating TiN TiCN TiCrN CrN AlCrN AlTiN AlTiCrN

Hardheid HV 2500 2800 2200 2300 3000 3500 3200

Wrijvingscoëf. Tegen staal 0,55 0,3 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55

Gebruikstemp. 500 300 500 700 1000 700 850

Hot hardness


2.03.15 17

Toepassingen extrusie spuitgieten Snijgereedschappen machinecomponenten Omvormgereedschappen


CVD (Chemical Vapour Deposition)

2.03.15 18

Coatings worden aangebracht vanuit een gasmengsel.

Voordeel van conforme 3D coating, intern en complexe vormen

Thermisch CVD is bekendste maar nadeel van hoge temperatuur beperkte set van substraten

Toepassingen in snijgereedschappen, omvormen Beperkte set van slijtvaste coatings

TiN Ti(B,C,N) TiCN Ti(C)N-TiC-TiN Al2O3


CVD (Chemical Vapour Deposition)

2.03.15 19

WC-coatings CVD depositie bij 400-600°C Gewone staalsoorten komen in

aanmerking om gecoat te worden


CVD WC

PACVD (plasma assisted vapour deposition)

depositie vanuit organo-

metallische gassen en koolwaterstofgassen (silaan, acethyleen, …) in gesloten reactor

Plasma zorgt voor activatie gas Deklaagdikte enkele µm Depositietemperatuur 150-

450°C diamantachtige lagen,

polymeerlagen

20 © sirris | www.sirris.be | [email protected]

PACVD

2.03.15 21

DLC (Diamond-like carbon) Combinatie van slijtvastheid en lage wrijving Combinatie met PVD mogelijk Decoratief Lagere gebruikstemperatuur (350°C)


PACVD: de ene DLC is de andere niet


PACVD + PVD: toepassingen

2-3-2015 © Sirris | www.sirris.be | [email protected] | 23

Piston pin Bearing pins

Fuel injection pump parts

Cam shafts

Analyse technieken

2.03.15 24

Labotesten Abrasietester (slijtage) Krastester (hechting, spanningen) Calotester (dikte) HRC-indentatie (hechting, spanningen)

Fieldtesten blijven de ultieme test Specifieke omgevingsfactoren procesparameters


Om te onthouden

2.03.15 25

Welk slijtagemechanisme zit in mijn proces

Wat zijn de materiaalkarakteristieken en omgevingsfactoren tijdens gebruik (temperatuur, gehard staal, belasting,…)

Zeer veel variatie in coatings en eigenschappen Het is niet omdat een testcoating faalt dat coatings geen

oplossing kunnen zijn

Laat u bij de keuze bijstaan door experten (kenniscentra en bedrijven)


Referenties

2.03.15 26

Corrosiebestendige en slijtvaste oppervlaktelagen door oplassen en thermisch spuiten vm 108

Oerlikon Balzers Hauzer Techno Coating http://www.machinerylubrication.com/Read/468/wear-rate-maintenance Advanced Coating http://www.csm-instruments.com/de/Vickers-indentation-using-CSMs-Micro-

Scratch-Tester ASM Specialty handbook: Tool Materials Hardide Coating Advanced Surface Technology, Per Moller & LP Nielsen, 2012


http://www.machinerylubrication.com/Read/468/wear-rate-maintenance

http://www.csm-instruments.com/de/Vickers-indentation-using-CSMs-Micro-Scratch-Tester

http://www.csm-instruments.com/de/Vickers-indentation-using-CSMs-Micro-Scratch-Tester

+32 498 91 94 63

[email protected]

Patrick Cosemans – Senior Project Engineer Smart Coating Application Lab

2.03.15 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |

http://www.sirris.be

#sirris

http://www.linkedin.com/company/sirris

2.03.15

http://techniline.sirris.be
