oppervlaktebehandelingen
Achtergronden en definities
Coatings, wanneer en waarom?
Selectie van de ideale Coating.
Indeling naar procesmedium
Eigenschappen van Coatings
Achtergronden en definities:
Met in de laatste processtap van een machine onderdeel een oppervlaktebehandeling, bijvoorbeeld een coating met een dikte van slechts enkele duizendste van een millimeter, kan de levensduur sterk worden verbeterd. Maar er kan meer...
  1. Oppervlaktetechniek heeft betrekking op het proces (de oppervlakte- behandeling), terwijl oppervlakte technologie betrekking heeft op de kennis (eigenschappen, keuze en selectie van oppervlaktetechnieken etc.).
  2. Behalve een indeling van de oppervlaktetechnieken naar het procesmedium, is een alternatieve indeling mogelijk naar behandelingen in het oppervlak zoals anodiseren, carboneren, ionenimplantatie, harden, shotpeenen en behandeling op het oppervlak waarbij een nieuw materiaal wordt opgebracht.
  3. Oppervlaktetechnieken resulteren in een verbetering van het oppervlak, het zogenaamde veredelen van het oppervlak. De subgroep waarbij een nieuw materiaal op het oppervlak wordt aangebracht valt onder de deklagen (coatings).
  4. Bij een opgebrachte deklaag is een geringe verbindingszône aanwezig tussen deklaag en substraat. Bij een diffusie deklaag, bijvoorbeeld ingediffundeerd aluminium, ontbreekt deze verbindingszône. Het substraat gaat geleidelijk over in een diffusiezône en een diffusielaag.
  5. Tot de moderne dunnelagentechnieken behoren PVD, CVD, ionenimplantatie, lasertechnieken en combinaties hiervan (< 30µm laagdikte).
  6. Voor de dunnelagentechnieken is dure apparatuur nodig (deklaag tussen de 2000 en 5000 gulden per vierkante meter). Relatief goedkoop zijn de galvanisch / chemische processen (stroomloos nikkel, hardchroom, 10 resp. 30 gulden per vierkante meter). Wanneer de prijs van de oppervlaktetechniek wordt afgewogen tegen bijvoorbeeld de verlenging van de standtijd van een gereedschap, dan zijn de dunnelagentechnieken in veel gevallen in het voordeel. Bedenk dat de standtijd door een hardchroomlaag een verbetering geeft van 200%, een moderne PVD-TiN-laag van 1000 tot 1500%.
  7. Om de verbetering van prestaties die kunnen worden bereikt met oppervlakteveredeling te bepalen is, in de meeste gevallen experimenteel tribologisch onderzoek nodig.
Coatings, wanneer en waarom?

In de productietechniek zijn coatings niet meer weg te denken. Denk aan coatings op:
  • Verspanende gereedschappen zoals boren, tappen en beitels.
  • Matrijzen voor dieptrekken en stansen.

Door de coating wordt de standtijd verbeterd, kunnen hogere productiesnelheden worden gehaald en kan de kwaliteit van het productoppervlak worden verbeterd. Verder kan bespaard worden op het gebruik van smeermiddelen tijdens het productieproces.

In de machinebouw worden coatings veelvuldig toegepast op componenten van productiemachines, pompen, compressoren en verbrandingsmotoren. Denk aan:

  • tandwielen, schroefassen en zuigerveren.

Belangrijke redenen om een coating toe te passen hebben hier betrekking op de levensduur en het gebruik van een bedrijfsvloeistof als smeermiddel. Voorbeelden van bedrijfsvloeistoffen zijn het te verpompen medium, vloeistof of gas. Ook in de voedingsmiddelen industrie kan veelal geen gebruik gemaakt worden van conventionele smeermiddelen en bieden coatings een uitkomst.

In de bio-medische techniek, denk aan:

  • Heupprothesen, medische instrumenten.
samengevat: redenen om coatings toe te passen :
  • verhogen levensduur / standtijd
  • verbetering van oppervlakte kwaliteit bij het verspanen.
  • verhogen productiesnelheid
  • noodzaak tot smeren beperken of bedrijfsvloeistof als smeermiddel inzetten.
  • beschermen tegen corrosie
  • anti-kleef gedrag bij het lossen van producten in matrijzen.
  • gebruik in vacuüm
  • optische aspecten van onderdelen (kleur)
selectie van de ideale Coating

Er is geen ideaal materiaal, ook geen ideale coating zonder een koppeling te maken met de toepassing / gebruikscondities. Belangrijke gebruikscondities zijn:
  • belasting (P)
  • glijsnelheid (V)
  • temperatuur (T)
  • milieu (water, olie, gas, vacuüm)
  • contactoppervlak (punt- lijn of vlak contact)

Andere belangrijke aspecten zijn het:

  • substraat (hardheid, hechting en temperatuurbestendigheid)
  • tegenoppervlak (materiaal eigenschappen)
  • tegenoppervlak (steeds nieuw materiaal, dieptrekken)

Om tot een selectie te komen kan gebruik gemaakt worden van:

  • ervaring / kennis
  • tribologische experimenteel onderzoek

Door ervaring kan een eerste selectie van mogelijk interessante coatings worden gemaakt. Een tweede selectie kan plaatsvinden met behulp van standaard testapparaten of door onderzoek in de praktijk. De meest gebruikte standaard tribometers (tribologie testapparaten) om coatings te selecteren zijn:

  • (Reciproke) Kogel of Pen op Schijf (Ball / Pin on Disc)
  • (Reciproke) Kogel of Pen op Ring (Ball / Pin on Ring)

Daarnaast is de bij TNO-ontwikkelde Pin on Plate een belangrijke tribometer. Hierbij worden sporen op een staalplaat getrokken met een gecoate Pin. De pin is hierdoor steeds in contact met nieuw materiaal zoals bij het dieptrekken het geval is.

De beste testmethode is de praktijk. Boren en tappen kunnen eenvoudig onder praktijkomstandigheden getest worden. Standaard Tribometers worden ingezet wanneer:

  • praktijktest duur is (zuigerveren in verbrandingsmotor)
  • ingewikkelde dure testonderdelen nodig zijn
  • praktijktest niet mogelijk is (ontwerpstadium)
  • toepassing van de coating nog niet vast ligt
  • storing van de productie niet gewenst is
  • In de praktijk niet nauwkeurig gemeten kan worden (geen plaats voor sensoren).
Indeling naar procesmedium.

Proces Oppervlaktetechniek
Vanuit gasfase of
plasma-opdampen
  • PVD-proces
  • CVD-proces
  • ionenimplantatie
Galvanisch / natchemisch
  • technisch verchromen
  • stroomloos vernikkelen
  • stroomloos vernikkelen-PTFE
  • hardanodiseren
Thermo-chemisch
  • carboneren/carbonitreren
  • nitreren / nitrocarboneren
  • nitrotec
  • boreren
  • Hardcor-proces
  • pakchromeren
  • pakalumineren
Thermisch / mechanisch
Mechanisch
  • micropeenen
  • shotpeenen
  • rollen
  • drukpolijsten
  • lasershockharden
Thermisch
  • Laserharden
  • inductieharden
  • impulsharden
  • vlamharden
>> Eigenschappen van coatings