アルミニウムダイカストにおける耐摩耗性PACVDコーティングの適用：経済的および生態学的側面
この紹介論文は、「Surface and Coatings Technology」によって発行された論文「Application of wear-resistant PACVD coatings in aluminium diecasting: economical and ecological aspects」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: アルミニウム精密部品の主要な製造技術の一つは、圧力ダイカストプロセスです。しかし、今日の最先端技術では、大量の潤滑剤の使用が伴います。その副作用には、鋳造品の表面品質の低下や生態学的リスクが含まれます。耐摩耗性コーティングの析出は、ダイカスト金型の寿命を延ばすと同時に、潤滑剤の使用を最小限に抑える手段を提供します。本研究では、チタンの窒化物、炭化物、およびホウ化物を、その組成、構造、硬度、密着性、濡れ挙動、およびアルミニウム溶湯に対する耐食性に関して合成しました。コーティングされたコアは、潤滑剤の量を減らした強化条件下でのダイカスト実用試験に供されました。最適なPACVDコーティングにより、コーティングされていない金型と比較して寿命が300倍に増加しました。元の潤滑剤量の97%の削減が達成できました。 3. 序論: アルミニウム圧力ダイカストは、精密部品のニアネットシェイプ生産に頻繁に適用される製造プロセスです。最先端の生産技術では、依然としてかなりの量のダイ潤滑剤が必要です。しかし、これらの潤滑剤の副作用には、鋳造部品の表面品質の低下や鋳造サイクル時間の延長が含まれます。作業品質が低下し、そして最後に重要なこととして、潤滑剤の生産および適用中の廃棄物および排気ガスの処理は生態学的に危険です。耐摩耗性コーティングの析出は、鋳造プロセスにおける潤滑剤の使用を最小限に抑え、同時にダイカスト金型の使用寿命を延ばす方法を提供します。プラズマ支援化学気相析出法（PACVD）は、この用途に最も適した析出方法として選択されました。DCプラズマのプラズマシースは、基板の輪郭に正確に従います。したがって、PACVDは複雑な形状の金型のコーティングを可能にします。析出温度は、ダイカスト金型に典型的な熱間工具鋼の焼戻し温度を下回る範囲です。析出されたコーティングは、Alダイカスト金型の表面で発生する複雑な負荷に耐える必要があります。これらの負荷は、例えば、熱衝撃、アブレシブ摩耗、凝着摩耗、および液体アルミニウムによる腐食から構成されます。多くの用途において、チタンの窒化物、炭化物、およびホウ化物は、耐摩耗保護として成功裏に確立されています[1]。TiNおよびTiCはコヒーレントな界面を形成し、特定の傾斜および多層システムの設計の機会を提供します。窒化物は比較的良好な熱安定性と他の材料との低い相互作用傾向を有する一方、炭化物は高い硬度と金属基板へのより良好な密着性を示します[2]。TiB2はアルミニウムとの低い溶解度で有名であり、これはAl溶湯に対する優れた耐食性と同義です[3]。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: アルミニウム圧力ダイカストは精密部品の重要な製造プロセスですが、潤滑剤に大きく依存しており、これが表面品質の低下、サイクルタイムの長期化、および使用と廃棄に関連する重大な生態学的問題を引き起こしています。 先行研究の状況: 最先端のダイカスト生産では、かなりの潤滑剤使用が伴います。チタンの窒化物、炭化物、ホウ化物は既知の耐摩耗性材料ですが[1, 2, 3]、実用条件下でのAlダイカストにおいて潤滑剤を削減し、同時に金型寿命を延長するためのPACVDによる特定の適用については調査が必要でした。 研究の目的: 本研究は、耐摩耗性PACVDコーティング（具体的にはチタン窒化物、炭化物、ホウ化物）が、アルミニウムダイカストにおける潤滑剤使用を最小限に抑え、ダイカスト金型の寿命を延ばす可能性を調査し、経済的および生態学的側面の両方に対処することを目的としました。 中核研究: 研究の中核は、PACVDを用いて熱間工具鋼基板上にTiN、TiC、およびTi(B,N)コーティングを合成することでした。これらのコーティングは、組成、構造、硬度、密着性、アルミニウム合金に対する濡れ挙動、および溶融アルミニウム中での耐食性について特性評価されました。その後、最良のコーティングの性能が、潤滑を大幅に削減した条件下での実際のダイカスト現場試験において、金型寿命延長に焦点を当てて評価されました。 5. 研究方法論 研究デザイン: 本研究では、PACVDを用いてダイカストコア上に様々なチタンベースのコーティング（TiN、TiC、Ti(B,N)、および多層膜）を析出させる実験計画を採用しました。これに続いて、コーティングの実験室での特性評価と、強化された条件（潤滑削減）下での工業的ダイカスト環境における実地試験が行われました。 データ収集および分析方法: 研究トピックと範囲: 本研究は、アルミニウムダイカスト用途向けのPACVD TiN、TiC、およびTi(B,N)コーティングの合成、特性評価、および性能評価に焦点を当てました。範囲には、析出パラメータの影響調査、コーティング特性（機械的、構造的、化学的、トライボロジー的、耐食性、濡れ性）の特性評価、および実際のダイカスト試験における金型寿命と潤滑剤削減への影響評価が含まれました。 6. 主要な結果: 主要な結果: 図の名称リスト: 7. 結論: PACVDによって析出された機能性コーティングは、Alダイカストにおける潤滑剤の使用を最小限に抑える重要な機会を提供し、経済的および生態学的利益の両方をもたらします。本研究では、潤滑剤消費量が97%削減されることが実証されました。同時に、本研究で分析されたチタンの窒化物、炭化物、およびホウ化物は、同じ厳しい低潤滑条件下で、未コーティングの金型と比較してダイカスト金型の寿命を大幅に延ばしました。TiNコーティングは寿命を最大130倍に延ばし、多層TiN/TiCは160倍の増加を達成しました。Ti(B,N)コーティングは特に有望であることが証明され、実施された試験では未コーティングのダミーコアの寿命の300倍以上を持続しました。 8. 参考文献: 9. 著作権: この資料は上記の論文に基づいて要約されており、商業目的での無断使用は禁じられています。Copyright