Bremen, Alemanya: el nou recobriment UltraPLAS desenvolupat pels investigadors de Fraunhofer ha demostrat ser una solució innovadora als reptes dels processos de conformació primària. Aquest recobriment d'alliberament avançat i fàcil de netejar s'aplica com a capa degradada mitjançant un procés de plasma fred i és adequat per a materials com l'acer per a eines, l'acer inoxidable i l'alumini. Les propietats físiques úniques d'UltraPLAS permeten l'emmotllament perfecte de superfícies reflectants i a escala nanomètrica. En reduir el nombre de passos de postprocessament i renunciar als agents d'alliberament externs, l'aplicació es classifica com a altament econòmica.
Com es poden recobrir superfícies d'eines d'alta qualitat i sofisticades de manera que es millori la producció i els processos de neteja es retardin o simplifiquen significativament? Investigadors de l'Institut Fraunhofer de Tecnologia de Fabricació i Materials Avançats IFAM van investigar aquesta qüestió juntament amb socis dels projectes "GlossyCast" i "UltraTrenn" finançats per Industrielle Gemeinschaftsforschung IGF. L'objectiu dels projectes d'investigació era reduir les forces de desemmotllament i la formació de dipòsits alhora que aguantaven permanentment les tensions específiques de la fosa a pressió alta de zinc i l'emmotllament per injecció de plàstic.
En concret, l'emmotllament per injecció de peces tècniques de plàstic requereix solucions per reduir les forces de desemmotllament i la formació de dipòsits. Això s'aplica a la producció de components amb superfícies de gran brillantor o microestructures molt definides, com ara lents de plàstic, guarnicions decoratives o connectors amb gran precisió dimensional. De la mateixa manera, en la fosa a pressió de zinc a pressió, els dipòsits a la superfície del motlle, així com els dipòsits d'agents d'alliberament i lubricants impedeixen la producció de peces de fosa de zinc brillant d'alta qualitat. Això comporta uns costos considerables per al postprocessament de les peces de fosa. Independentment d'això, l'aplicació de l'agent d'alliberament per si sola pot representar fins a un 20 per cent del temps de cicle, el que significa que hi ha un potencial considerable d'estalvi si ja no es requereixen agents d'alliberament.
Per complir amb el perfil de requisits esmentat de superfícies òptiques ultra llises (Ra < 25 nm) dins dels projectes, el recobriment en si ha de ser llis i sense estructura. Per aconseguir-ho, es va utilitzar el procés de plasma fred, l'anomenat procés PE-CVD (plasma enhanced chemical vapor deposition). Mitjançant la creació d'una capa degradada, aquest procés permet una excel·lent adherència de la capa al cos del producte, d'una banda, i propietats antiadherents excepcionals amb excel·lents característiques físiques per l'altra.
El recobriment produït d'aquesta manera es caracteritza, per exemple, per un elevat mòdul d'elasticitat (28 – 32 GPa) i una alta densitat (1,5 g/cm³). Això es tradueix en un rang de duresa de Mohs de 5,5, que és, per tant, igual al vidre o l'esmalt. Característicament, com a recobriment antiadherent, també té una baixa energia superficial (< 28 mN/m) with low polarity (< 1.5 mN/m).
Aquest comportament està recolzat pel fet que els investigadors de Fraunhofer han aconseguit produir el recobriment UltraPLAS amb un gruix de capa particularment prima de menys de 100 nm. Això fins i tot va resultar necessari en el projecte GlossyCast per proporcionar un bon efecte antiadherent. A més, les capes fines i sense estructura permeten reproduir perfectament tant les estructures superficials a escala nanomètrica, per exemple, per al procés de nanoempremta, com les superfícies de brillantor mirall.
Les extenses proves pràctiques realitzades com a part dels projectes a diferents empreses industrials han demostrat que les forces de desemmotllament i la formació de dipòsits es redueixen en el camp de l'emmotllament per injecció. També s'ha demostrat que la reducció de les forces d'adhesió redueix les forces totals de desemmotllament. Com a resultat, es pot augmentar la temperatura de desemmotllament i reduir la quantitat de fricció.
A diferència de l'estat de la tècnica, els recobriments es poden eliminar de manera eficaç i suau mitjançant la tecnologia de plasma de manera que, si cal, es pot aplicar un recobriment nou diverses vegades sense cap pèrdua de qualitat. Això és particularment interessant per a superfícies d'eines de gran brillantor, ja que elimina la necessitat d'un poliment que requereix molt de temps o un mecanitzat d'ultra precisió.
També s'ha demostrat que la producció directa de superfícies de fosa de zinc d'alta qualitat mitjançant la tecnologia de fosa pot augmentar significativament l'eficiència econòmica. Millorant significativament la qualitat de la superfície de les peces de fosa, es poden simplificar o fins i tot evitar completament els passos mecànics de post-processament costosos i que requereixen temps, com ara el granat, la mòlta i el poliment. A més, els passos individuals del procés de galvanoplastia es poden escurçar o reduir. El desenvolupament d'aquest revestiment d'alliberament UltraPLAS durador per a la fosa a pressió de zinc representa un avenç significatiu en la tecnologia de fosa. La possibilitat de tallar agents desenganxants obre un nou potencial per millorar la qualitat de la fosa, reduir els costos de producció i fer que la producció sigui més respectuosa amb el medi ambient.
Com que els productes de fosa es fabriquen sense agents d'alliberament, es redueix el temps de pretractament per a la galvanoplastia i es redueix el consum de material. Els components fabricats tenen la rugositat desitjada. A causa de la superfície més llisa, es pot prescindir del revestiment de coure brillant, la qual cosa comporta un estalvi de materials, temps i aigües residuals. La reducció del gruix de la capa de coure (cianur) i níquel brillant en un 50 per cent cadascun va comportar un major estalvi de materials i temps.
Informació bàsica sobre el procés de desenvolupament: El desenvolupament d'UltraPLAS va ser precedit pel recobriment antiadherent PLASLON, que es caracteritza per una alta duresa (duresa Mohs 4,5 – 5,5) i una excel·lent resistència a la temperatura fins a 230 graus. Aquest perfil de propietat ha fet de PLASLON un recobriment popular i fàcil de netejar sense PFAS per a estris de cuina. Mitjançant la innovació contínua i el desenvolupament de productes com UltraPLAS i PLASLON, el nostre institut contribueix de manera significativa a la millora dels processos de producció i a la promoció de la sostenibilitat en la indústria.