Metaloverflader får nye egenskaber på nano-niveau

Teknologisk Institut lægger sig i den europæiske førertrøje med ny teknologi, som kan producere ultrastærke og helt nye belægninger til gavn for fx sprøjtestøbeindustrien.

PVD-maskinen lægger mikrometer-tynde keramiske belægninger på vitale dele af industrimaskiner, sprøjtestøbeværktøjer og trykstøbeværktøjer og reducerer derved  behovet for smøring og  formindsker slid og friktion på bearbejdede overflader og bevægelige komponenter.

- Med Teknologisk Instituts nye HiPIMS PVD-maskine, der er den eneste af sin art i Europa, rykker vi et kvantespring op i performance – som fra en Fiat Punto til en Ferrari. Jeg forventer, at vi kan være med til at udvikle avancerede værktøjer til medicoindustrien, nye coatings til stempler, pumpeaksler og mange andre emner, som bliver hårdere og performer langt bedre til gavn for dansk industri, fortæller centerchef, Ph.d., Lars Pleth Nielsen fra Tribologicenteret på Teknologisk Institut.

Navnet PVD står for Physical Vapor Deposition. I processen fordamper man fast stof i et vakuumkammer ved hjælp af et plasma, hvorefter stoffet ’vandrer’ over på modtageemnet som en ultratynd overfladebelægning. Den nye maskine gør Teknologisk Institut i stand til både at effektivisere processen og arbejde med helt nye plasmabetingelser, hvorved der kan syntetiseres signifikant forbedrede belægninger.

Teknologisk Institut producerer allerede en bred vifte af meget avanceret overfladebehandlinger af værktøjer, komponenter og sliddele for kunder i blandt andet metal- og plastindustrien, medico- og fødevarebranchen og energisektoren.

- Nu kan vi begynde at lave skræddersyede belægninger, som holder længere, og som er hårdere og stærkere. Vi kan fremstille belægningerne med langt færre fejl, og samtidig kan vi begynde at belægge emner med en mere kompliceret form , end vi kan i dag,” fortæller Lars Pleth Nielsen.

- Den nye maskine 10 til 100 dobler antallet af metal-ioner i plasmaet fra få procent til op mod 80 til 90 procent. Dette åbner op for at vi kan ’gro’ overfladebelægninger i helt nye tilstandsforme og derved danne helt nye materialer. Med andre ord begynder vi at kunne skræddersy belægninger med helt nye egenskaber.

Han anslår, at Instituttet nu vil kunne lave belægninger, som er 20-30 procent hårdere end traditionelle keramiske belægninger. Det vil ikke kun forlænge værktøjets levetid – men også i væsentlig grad forbedre værktøjets egenskaber.

Med den nye HiPIMS PVD-maskine vil Teknologisk Institut kunne lave endnu tyndere og stærkere belægninger. Konsulent Bjarke Holl Christensen gør klar til at belægge industrielle fræsere.

FAKTA
PVD-processen foregår i en maskine, som arbejder ved temperaturer på mellem 80 og 650 grader alt afhænging af procesbetingelserne. Belægningerne kan bestå af for eksempel titaniumoxid, kromnitrider, titankromaluminiumnitrider, og  ofte er de kun få mikrometer tykke.

HiPIMS-platformen, hvor man bruger elektriske impulser for at sætte kravene til ellers høje temperaturer ned, åbner op for at skabe krystaller, som ellers kun ville blive dannet ved meget høje temperaturer.

HiPIMS-impulserne ligger på 500 til 800 volt og 100 til 2000 ampere i strømstyrke.
Selve processen tager typisk mellem 4 og 10 timer afhængig af belægningstypen.