Application de revêtements céramiques avancés dans des matériaux de moulage

Application de revêtements céramiques avancés dans des matériaux de moulage

La matrice est l'outil qui donne au flan une forme et une taille spécifiques sous l'action d'une force externe. On peut dire qu’il n’ya pas de moule, il n’existe pas d’industrie moderne, le niveau de développement de l’industrie du moule est un indicateur clé pour mesurer le niveau de l’industrie manufacturière du pays dans son ensemble. Il est donc également appelé la «mère de l’industrie». Dans l’électronique, les automobiles, les moteurs, les appareils électriques, les instruments, les compteurs, les appareils ménagers et les produits de communication, 60 à 80% des pièces dépendent de la moisissure. La haute précision, la complexité élevée, la consistance élevée, la productivité élevée et la faible consommation de moules sont incomparables par rapport aux autres méthodes de fabrication. Par exemple, dans l'automobile la plus courante, les pièces de capot d'automobile formées par emboutissage, les pièces d'intérieur d'automobile formées par moulage par injection et diverses pièces de transmission de moteur formées par forgeage de précision témoignent de la précision et de l'efficacité de l'industrie du moule.

Fig.1 le nouveau moule de yinbaoshan appliqué sur Peugeot 3008 (source de l'image: nouveau moule de yinbaoshan)

Cependant, le traitement traditionnel des moules est généralement effectué dans un environnement hostile, en alternant température et conditions de stress rendant le moule sujet à divers dommages dus à la fatigue; En outre, le frottement important entre l’écoulement plastique-métal et la cavité du moule fait de l’usure une des formes de rupture les plus importantes. Par conséquent, le développement de nouveaux matériaux de haute dureté, haute résistance à l'usure, haute résistance du moule a été concerné.

Figure 2 Pièces forgées par forgeage de précision d'automobiles jiangsu senwei produites par un processus d'extrusion en bloc, pouvant traiter diverses pièces de forme complexe, mais une température de déformation élevée et une force de formage élevée, posant de grands défis pour les matériaux de moulage
(photo de Sen Wei Precision Forging)

Dès les années 1990, les céramiques en carbure de bore étaient utilisées dans les matériaux de moulage en Chine. La filière d'étirage en carbure de bore mise au point par l'institut de recherche sur le carbure de bore de mudanjiang est composée de poudre de carbure de bore de grande pureté et d'une granulométrie ultra-fine pressée à haute température et sous haute pression. Il a une grande dureté et une bonne résistance à l'abrasion et peut être utilisé comme composant principal résistant à l'usure de l'équipement d'étirage dans l'industrie du câble.

Cependant, les matériaux céramiques ont une dureté élevée, une résistance élevée aux températures élevées, un moule antiadhésif et d'autres avantages, l'application de la plus grande difficulté est la fragilité de la céramique, en tant que matériau fragile, sa ténacité à la rupture est presque impossible à résister aux contraintes de traction, ce défaut limite son application en tant que moule entier. Afin de résoudre ce problème, les matériaux céramiques peuvent être combinés avec des matériaux métalliques pour assurer une dureté et une résistance à l'usure élevées, ainsi qu'une bonne plasticité et une ténacité des matériaux métalliques. Il peut également être utilisé comme matériau de revêtement de surface, qui est fixé à la surface des matériaux de moulage traditionnels pour former un moule «résistant à l'extérieur mais résistant à l'intérieur». Ces deux méthodes «apprendre les unes des autres» ont été largement utilisées.

Moule Cermet

En 2017, xiong wei et ses collègues de l'institut de sciences mécaniques du jiangxi ont dévoilé un moule métal-céramique utilisant un procédé d'extrusion à chaud. Dans cette étude, W, Ti et d’autres carbures métalliques sont ajoutés au mélange de matériaux métal-céramique. Après le pressage à sec, le pressage isostatique à froid, l’absence de frittage sous pression, le traitement mécanique et d’autres procédés, une nouvelle génération de filières d’extrusion à chaud en céramique métal-céramique w-ti est développée. Les résultats des tests montrent que la durée de vie de la filière d’extrusion à chaud w-ti est 7,5 fois supérieure à celle de l’acier allié traditionnel.

(Astuce: le processus d’extrusion nécessite un moule très élevé et la pression d’extrusion courante est supérieure à 2 000 MPa. Par conséquent, la recherche sur de nouveaux matériaux de moulage fait souvent l’objet de la littérature pertinente du développement de nouveaux matériaux de moules d’extrusion. a été jugé difficile à atteindre, car il doit exister une résistance ultra-élevée du matériau du moule pour résister à une pression d'extrusion aussi importante, l'extrusion à froid pour la première fois que la production en série de pièces en acier est devenue une guerre mondiale, l'Allemagne a utilisé un nouvel acier allié à outils La technologie de saponification à base de phosphatation à réaliser. L’extrusion traditionnelle est réalisée à température ambiante.Ces dernières années, certains matériaux à haute résistance ont été pressés à haute température, ce qui impose des exigences plus strictes aux matériaux de moulage.

En outre, les premières études utilisaient généralement une méthode de frittage par compression à chaud pour la préparation du cermet, qui consistait à utiliser des particules métalliques pour renforcer le moule en céramique à base d'alumine afin de remédier à la fragilité des matériaux céramiques. En plus de la technologie de renforcement des céramiques en alumine, la Central South University, en collaboration avec une société chinoise de l'aluminium, a mis au point un nouveau matériau de moulage utilisant du métal Ti pour renforcer les céramiques au nitrure de silicium. propriétés mécaniques que l'oxyde d'aluminium, et est l'un des matériaux les plus idéaux pour la fabrication de moules d'extrusion à chaud.

Un revêtement céramique dur à l'extérieur mais dur à l'intérieur

Par rapport à la recherche et au développement de nouveaux matériaux de moulage en cermet, la théorie du revêtement céramique est plus simple et le coût de fonctionnement réel est inférieur. Les méthodes actuelles comprennent le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et le dépôt physique en phase vapeur (PVD), ce dernier étant plus largement utilisé. La technologie PVD est une technologie de décharge d’arc à basse tension et à courant élevé sous vide, qui utilise la décharge de gaz pour évaporer le matériau cible et ioniser à la fois la substance évaporée et le gaz, et UTILISE l’effet d’accélération du champ électrique pour déposer le produit évaporé. substance et ses produits de réaction sur la pièce.

Tableau 1. Brève analyse des matrices de revêtement PVD

La société suisse Hatebur est l’un des principaux fournisseurs mondiaux de matrices. C'est la première entreprise à appliquer un revêtement de nitrure de titane par PVD sur le poinçon de la filière d'extrusion à froid. (petite astuce: dans le processus d’extrusion, la méthode de revêtement PVD générale en nitrure de titane ne peut être utilisée qu’en dessous de 450 ° C , la température correspond au frottement à froid, au matériau et à la température de l’interface du moule; Et si vous le souhaitez utiliser extrusion à chaud, afin d'éviter la perte de revêtement, souvent par méthode CVD, de sorte que la température de travail peut atteindre plus de 800. En outre, l'utilisation de la méthode CVD de revêtement de carbure de titane, la température de travail peut atteindre 950 à 1100 )

En novembre 2017, le troisième dans l'ensemble du pays "Internet +", un projet innovant d'étudiants d'université, un projet "cloudity tu" de l'université jiaotong, a remporté la médaille d'or. Il est considéré par le comité d'organisation comme le projet le plus précieux. entreprise, à l'heure actuelle, la société a commencé à être pré - Une ronde de financement, a l'intention de transférer des actions de 10%, principalement utilisés pour le contrat de construction et la construction d'une équipe de professionnels. Il est rapporté que le projet "originality cloud tu" initié par Qian Dan, doctorant à l'université de Jiaotong, après 85 ans, repose actuellement sur une recherche et un développement indépendants de la technologie des revêtements, une équipe d'experts dans les collèges et universités et une plate-forme de recherche et développement, notamment en titane. nitrure de carbone nitrure de titane, chrome, nitrure de chrome série de nitrure d'aluminium de la technologie de revêtement PVD en céramique, remplaçant le procédé de revêtement de placage en métal ou alliage traditionnel, pour le moule mis sur une armure "douce" en hérisson.



FIGUE. 4 échantillons de revêtement de nuage artisanal utilisant la méthode PVD (source de l'image: revêtement de nuage artisanal)

En général, l’utilisation de matrices d’acier ou d’alliages durs traditionnels est très avancée, mais dans certaines conditions de travail plus difficiles, les performances et la durée de vie font face à de grands défis. Comme indiqué dans l’astuce, la technologie d’extrusion à froid traditionnelle est orientée à chaud, dans le processus d’extrusion à chaud, car la température est plus élevée, le problème de différence de dureté des matériaux traditionnels est de plus en plus exposé, adopter un revêtement en matériau céramique après performance du matériau dur, longévité, le moule de remplacement fréquent, ont réalisé de meilleurs avantages économiques. En revanche, l’application de matériaux céramiques renforcés par des particules métalliques dans l’industrie est rarement signalée, principalement parce que le prix des moules monolithiques en métal-céramique demeure très élevé et que la prévision de la durée de vie n’est limitée qu’en laboratoire. Cependant, le développement de la matrice concave combinée, de sorte que le moule ait une forme plus flexible, pour la nécessité de faire face à la température et à la pression élevées de la partie de moule, peut être utilisé pour renforcer le matériau céramique et le reste des pièces restantes. , utilise encore des matériaux traditionnels relativement bon marché. En outre, la demande d'acier allié résistant à la chaleur et à l'acier inoxydable stimule le développement de la technologie de formage à chaud. Face à une résistance élevée à la déformation et à un environnement de traitement à haute température, le moule en céramique est toujours intéressant.

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