ISSN 0351-9716
POMEN TRDIH ZA[^ITNIH PREVLEK ZA ZA[^ITO ORODIJ V AVTOMOBILSKI INDUSTRIJI (1. DEL)
Peter Panjan
Institut "Jo`ef Stefan", Jamova 39, 1000 Ljubljana
POVZETEK
V zadnjih nekaj letih so bile razvite nove vrste jeklene plo~evine, ki imajo veliko natezno trdnost (npr. dualphase steel, TRIP-steel, complex phase steel ali martensite steel). Uporaba tak{ne plo~evine v avtomobilski industriji prina{a vrsto prednosti, saj dose`emo enako trdnost izdelka pri precej manj{i debelini plo~evine. To pa pomeni ne samo manj{o porabo materiala, ampak tudi precej{nje zmanj{anje mase izdelka v primerjavi s tistim, ki ga naredimo iz konvencionalne plo~evine. Seveda pa so za preoblikovanje tak{ne plo~evine potrebni veliko ve~ji tlaki, ki predstavljajo ve~jo obremenitev za orodje. Za za{~ito orodij potrebujemo zato ~im bolj trde in `ilave trde prevleke. Pri preoblikovanju pa je zelo ugodno, da je koeficient trenja ~im manj{i.
PVD coatings for protection of tools for steel sheet drawing and forming (Part I)
ABSTRACT
The new high-strength steels sheets (e.g. dualphase steel, TRIP-steel, complex phase steel or martensite steel) have been de-veloped in recent years. The use of such sheet has many advan-tages in automobile industry, while equal strength of sheet could be obtained at lower sheet thickness. This results in a lower amount of material needed as well as lower weight of parts. How-ever, we need cosiderably higher press for forming of such steel sheets in comparison with conventional ones resulting in a higher wear of the tools. Therefore new wear-resistant coatings with high hardness, and toughness are necessary. Low friction is beneficial in most forming operations. This paper reviews the recent development in the field of protection of forming tools.
1 UVOD
Tehnologija hladnega preoblikovanja jekel, barvnih kovin in zlitin se je v zadnjih tridesetih letih zaradi velike gospodarnosti serijske proizvodnje izredno razvila. Hladno preoblikujemo predvsem tanj{e materiale (plo~evino in profile) in manj{e surovce do kon~ne oblike in brez predhodnega segrevanja obde-lovanca. Da bi snovi lahko preoblikovali, morajo biti v plasti~nem stanju, kar dose`emo tako, da jim vsilimo tolik{ne razlike glavnih napetosti, da dose`ejo napetost te~enja. Sile in obremenitve orodja so zato izjemno velike. Tako narejeni izdelki imajo bolj{e mehanske in termi~ne lastnosti od tistih, ki jih pripravimo z rezalnimi postopki obdelave (z odvzemanjem materiala).
V materialu nastaja pri preoblikovanju v smeri glavne deformacije vlaknasta mikrostruktura, kar zagotavlja bolj{e mehanske lastnosti. ^eprav so sile za preoblikovanje velike, pa sta poraba materiala in energije ter stro{ki proizvodnje v splo{nem veliko manj{i kot pri litju, vro~em kovanju ali pri obdelavi z
rezalnimi postopki (tabela 1). Pri hladnem preoblikovanju se energija porablja le za preme{~anje materiala, za spremembo oblike ob nespremenjenem volumnu izdelka in za toplotne obdelave oz. segrevanje. Prav na~elo racionalnega in gospodarnega izko-ri{~anja surovin, izhodi{~nih materialov in energije ter zahteva po vedno ve~ji produktivnosti so razlogi, da postaja hladno preoblikovanje vse pomembnej{e.
Tabela 1: Prihranki materiala in energije pri razli~nih postopkih obdelave
Postopek	Izraba materiala (%)	Poraba energije (kJ/kg)
Hladno preoblikovanje	85	48
Toplo preoblikovanje	75	56
Obdelava z odrezovanjem	40-50	80 - 100
Postopek hladnega preoblikovanja jekla so prvi~ uporabili v Nem~iji `e pred drugo svetovno vojno, ko je bil s patentiranjem fosfatiranja odpravljen problem hladnega oprijemanja materiala obdelovanca na orodje. Povr{ino obdelovanca je namre~ treba predhodno ustrezno pripraviti (nanos nosilnega sloja, npr. cinko-vega fosfata), da lahko nanj nanesemo mazalno sredstvo (npr. molibdenov disulfid).
Iztiskujemo lahko kovine, ki imajo v mehko `arjenem stanju trdoto do 19 HRC (230 HV). Stopnja deformacije je odvisna od trdote materiala preobli-kovanca. Izdelki, ki jih naredimo na tak na~in, imajo zelo natan~ne mere, povr{ina izdelka je zelo gladka in ustreza fino bru{eni. Na kvaliteto izdelane povr{ine zelo vpliva obraba orodja in trenje med obdelovancem in orodjem. Orodja za preoblikovanje so izpostavljena ne samo velikim kontaktnim pritiskom (sile preoblikovanja so >3000 N/mm2), ampak v nekaterih primerih tudi visokim temperaturam zaradi trenja. Tako se npr. pri protismernem iztiskovanju najbolj obremenjeni deli pesti~a segrejejo na temperaturo do 400 °C, medtem ko dose`e temperatura preoblikovanca na prehodu iz dna v steno tudi do 500 °C in ve~. Na{tete obremenitve in trenje so vzrok za razli~ne mehanizme obrabe orodja: abrazija, adhezijska obraba, delami-nacija, mehansko utrujanje in obraba zaradi oksida-cije.
Razvoj na podro~ju avtomobilske industrije gre v smeri zmanj{evanja mase. I{~ejo se novi kovinski in nekovinski materiali. Kljub vsemu {e vedno prevladujejo jekla. Razvoj gre v smeri uporabe jekel z vse
4
VAKUUMIST 23/4 (2003)
Tabela 2: Primerjava dveh postopkov izdelave votlih teles s hladnim preoblikovanjem
	Globoki vlek	Hladno masivno preoblikovanje
Sile	majhne	velike
Obremenitve pesti~a	majhne	velike
Tlak v matrici	majhen	velik
[tevilo stopenj	mnogo	nekaj
Mazivo	olje	nosilec maziva + mazivo
Utrjevanje	manj{e	ve~je
Procesna omejitev	pretrg plo~evine	trdnost orodij
Oblikovna natan~nost	slaba	odli~na
Ekscentri~nost	dobra	slaba
Velikost izdelkov	veliki - majhni	srednje veliki -majhni
ve~jo natezno trdnostjo. Natezna trdnost jekel je v podro~ju od 280 N/mm2 do 800 N/mm2. Seveda pa se z nara{~anjem natezne trdnosti poslab{uje sposobnost hladnega preoblikovanja. Razvoj novih jekel mora zato stremeti tudi k izbolj{evanju njihove hladne preoblikovalnosti (npr. nizkooglji~na vakuumsko izdelana jekla).
Glavni pogoj za preoblikovanje plo~evine je preoblikovalna sposobnost materiala plo~evine. Preoblikovalnost je zelo kompleksna lastnost materiala, ki je odvisna ne samo od snovnih lastnosti materiala in njegove plasti~nosti, ampak tudi od preoblikovalnih pogojev, na katere vplivajo zlasti trenje in geometrijske lastnosti obdelovancev oz. orodja za preoblikovanje.
Trdnostne in preoblikovalne lastnosti toplo valjanih konstrukcijskih jekel je mogo~e izbolj{ati z optimalnim termomehanskim re`imom preoblikovanja. V avtomobilski industriji se tovrstna jekla pogosto uporabljajo, ne le zaradi ve~je trdnosti oz. mo`nosti za zmanj{anje mase izdelkov, ampak tudi zato, ker je mogo~e pri izdelavi zahtevnej{ih preobli-kovancev prihraniti eno ali ve~ operacij preoblikovanja v toplem.
V zadnjih letih je bilo razvitih veliko mikro-legiranih jekel za globoki vlek in jekel visoke trdnosti. Za mikrolegirana intersticijsko prosta jekla so zna~il-ne ugodne lastnosti za hladno preoblikovanje. Tak{na jekla pridobivajo s postopki razoglji~enja v vakuumu. Z dodatkom mikrolegirnih elementov (npr. Ti, Nb) dose`ejo ve~je srednje vrednosti koeficienta normalne plasti~ne anizotropije kakor navadna jekla za globoki vlek (^.0148).
Na razvoj jekel visoke trdnosti z mejo plasti~nosti do 500 N/mm2 je vplivala zlasti avtomobilska industrija. Glede na mehanizem utrjevanja razlikujemo:
VAKUUMIST 23/4 (2003)
ISSN 0351-9716
mikrolegirana jekla, "bake-hardening"-jekla, jekla, legirana s fosforjem, in feritno-martenzitna jekla.
Pomembno merilo za uporabo tak{ne plo~evine je dobra preoblikovalnost, ki je v splo{nem obratno sorazmerna z njeno trdnostjo. Jekla, legirana s fosforjem, imajo dobre vle~ne sposobnosti. Feritno-martenzitna jekla pa se `e pri majhnih deformacijah mo~no utrdijo. Pri obeh vrstah jekel se pojavi t. i. "bake-hardening" efekt, zaradi katerega se pri toplotni obdelavi plo~evine med v`iganjem laka meja pla-sti~nosti materiala pove~a za 20 – 50 N/mm2.
V avtomobilski industriji se vse bolj uporablja tudi nerjave~a plo~evina, ne samo za izdelavo izpu{nega sistema ampak tudi za opa`e vrat. Zelo pogosto pa se uporablja povr{insko oplemenitena jeklena plo~evina (npr. pocinkana, ve~plastne plo~evine kovina-kovina ali kovina-plastika, sendvi~ne plo{~e). Povr{inski nanosi bistveno spremenijo tribolo{ke pogoje hladnega preoblikovanja.
V   avtomobilski industriji se pove~uje dele` alternativnih materialov, predvsem aluminija. Pri audiju A8 so maso avtomobila na ra~un aluminijevih komponent zmanj{ali za 40 % (385 kg Al-komponent sestavlja 125 kg plo~evinastih delov, 70 kg profilov, 150 kg litih delov in 40 kg drugih oblik). Pri Fordovem modelu AIV so z uporabo aluminija zmanj{ali maso celotne karoserije za 320 kg. Pri uporabi aluminija pa se poraja vrsta tribolo{kih in drugih problemov. Medtem ko se s cinkovo prevleko prekrita jeklena plo~evina `e dolgo ~asa uporablja, pa je razvoj s cinkom prekrite aluminijeve plo~evine {e v teku.
Tudi uporaba plastike je v porastu, vendar je njena uporaba iz ekolo{kih razlogov dvomljiva, saj tak{ni izdelki nasprotno od jeklenih in alumijevih niso primerni za ponovno predelavo.
2 MEHANIZMI OBRABE
Slaba obstojnost orodij za hladno preoblikovanje zmanj{uje nata~nost izdelave in kvaliteto izdelkov, pove~uje njihovo ceno, pove~uje porabo materialov za orodja in obdelovance ter onemogo~a uvajanje avtomatizacije proizvodnje.
Orodja za hladno preoblikovanje delajo v izjemno neugodnih razmerah. Impulzne mehanske obremenitve, spremenljive termi~ne obremenitve ter trenje na delovnih povr{inah orodja povzro~ajo spremembo strukturnih in mehanskih lastnosti orodnega materiala, zlasti v povr{inski plasti, ki je v stiku z materialom obdelovanca. V tej plasti pride do mehanskega in termi~nega utrujanja orodnega materiala, plasti~ne deformacije, oksidacije in mehanske obrabe.
Osnovni vzrok izrabe orodij za hladno preoblikovanje je mehanska obraba, ki povzro~i dimenzijske spremembe gravure. Mehanska obraba in koeficient
5
ISSN 0351-9716
trenja sta v najve~ji meri odvisna od stanja povr{ine orodja. Pri normalnem mazanju je obraba tem manj{a, ~im manj{e je trenje. To pa je tem ve~je, ~im ve~ja je hrapavost povr{ine orodja. Vendar pa je v nekaterih primerih pretirano poliranje {kodljivo, ker se izbolj{a kontakt med izdelkom in orodjem, kar povzro~i intezivno segrevanje povr{ine. Povi{ana temperatura pa spodbudi oprijemanje materiala obdelovanca na posamezne dele gravure.
Med postopkom preoblikovanja so aktivni {tirje mehanizmi obrabe: abrazija, adhezija, delaminacija in oksidacija. Za hladno preoblikovanje je zna~ilna kombinacija trenja med dvema trdnima snovema in hidrodinami~no trenje, ki pa se zaradi velikih kontaktnih pritiskov (ve~ kot 3000 N/mm2) in nezadostne koli~ine maziva pojavi le lokalno. Med orodjem in obdelovancem pa ni samo olje ampak tudi drobni ko{~ki odtrganin orodja in obdelovanca. Z za{~ito orodja posku{amo zmanj{ati oba vpliva: tako vpliv trenja kot vpliv abrazivnih delcev.
Majhen koeficient trenja je pri ve~ini preoblikovalnih operacij za`elen, saj zmanj{a napetosti. Pri preoblikovanju plo~evine trenje vpliva na tok materiala, na kvaliteto povr{ine (geometrijo in gladkost povr{ine) in obrabo orodja. Pomen trenja je {e ve~ji pri globokem vleku. Trenje pa se dodatno pove~a pri preoblikovanju galvansko oz. elektrokemijsko za{~i-tene plo~evine.
3 ZA[^ITA ORODIJ ZA HLADNO PREOBLIKOVANJE
Starej{i postopki za za{~ito orodij za hladno preoblikovanje so: nitriranje, boriranje, vanadiziranje in nanos trdega kroma. Njihova uporaba je omejena zaradi premajhne abrazijske obstojnosti, nastajanja mikrorazpok ali slabe oprijemljivosti. Trdo kromiranje v splo{nem pove~a obstojnost orodja za hladno preoblikovanje tudi za faktor 5 in ve~. Vendar pa ima v nekaterih primerih tudi negativen vpliv na obstojnost orodja (termi~na stabilnost tak{nega orodja se zmanj{a, slaba oprijemljivost kromove za{~itne plasti). Pozitiven u~inek dose`emo s pravilno pripravo povr{ine orodja (najbolj primerno je elektropoliranje). Pomembne so tudi strukturne lastnosti orodnega materiala (finozrnatost, enakomerna porazdelitev karbidov). Nekatera maziva, ki vsebujejo ogljik, niso primerna za mazanje tak{nih orodij, ker postane kromova za{~itna plast krhka in termi~no neobstojna.
Nitriranje zmanj{uje verjetnost nalepljanja in pove~uje odpornost proti mehanski obrabi. Obstojnost orodja se lahko pove~a nekajkrat. V primerih, ko med preoblikovanjem prevladujejo po{kodbe orodja zaradi termi~nih razpok, nitriranje zmanj{uje obstojnost.
6
Precej bolj{e rezultate dose`emo, ~e orodje za{~itimo s CVD-, PACVD- ali PVD-kerami~nimi prevlekami (tabela 3) (1-11). Kombinacija trde in krhke kerami~ne prevleke ter `ilave podlage (npr. hitrorezno jeklo) je s tribolo{kega vidika izjemno ugodna. Nanos nekaj mikrometrov debelih kerami~nih PVD trdih prevlek na orodja je {e danes najuspe{nej{i na~in njihove za{~ite pred abrazijsko, adhezijsko in kemo-termi~no obrabo. Trde prevleke morajo biti ne samo zelo trde, ampak tudi oksidacijsko odporne in kemijsko stabilne pri visoki temperaturi. Hkrati morajo biti slab toplotni prevodnik in imeti majhen koeficient trenja. Z vidika uporabe so bistvenega pomena tudi dobra oprijemljivost na podlage, kristalini~na mikrostruktura, finozrnatost, tla~ne notranje napetosti, odsotnost mikrorazpok in gladka povr{ina. Obstojnost prekritega orodja je zato veliko ve~ja od neprekritega. Prevleke v splo{nem zmanj{ajo trenje, zato se zmanj{a tudi poraba energije. Ker so kemijsko inertne, zmanj{ajo lepljenje oz. navarjanje materiala obdelovanca na orodje. ^e jih kombiniramo s plastmi trdega maziva (npr. prevleke na osnovi ogljika), so primerne za za{~ito orodij za suho obdelavo.
Trde prevleke so se uveljavile pri za{~iti orodij za klasi~ne postopke obdelave (rezalna orodja, orodja za hladno oblikovanje, orodja za brizganje plastike, orodja za stiskanje prahov). Brez trdih za{~itnih prevlek si ne moremo zamisliti visokohitrostne in suhe obdelave. Trde prevleke, ki se odlikujejo z majhnim koeficientom trenja (npr. WC/C, DLC), pa so se uveljavile kot trdo mazivo za za{~ito in mazanje strojnih delov (npr. zobniki, ventili in batni obro~ki za motorje). Zelo {iroko podro~je uporabe trdih prevlek je tudi nadome{~anje elektrokemijskih za{~itnih in
Tabela 3: Primerjava stro{kov za{~ite orodja za hladno preoblikovanje in pove~anje njegove obstojnosti. Preizkus je bil narejen s trnom (premer 50 mm) za protismerno iztiskovanje, ki je bil izdelan iz HSS-jekla 1.7147. Obdelovanec: jeklo 1.3343, uporabljeno mazivo: Bonderlube 236. Vir: Westheide, Univerza v Stuttgartu.
	Stro{ek obdelave (vklju~no s toplotno obdelavo)	Pove~anje obstojnosti
Brez za{~ite	1,0	1,0
Plinsko nitriranje (40 h)	1,02	4,5
Plazemsko nitriranje (-25 µm)	1,06	0,75
Plinsko nitrocementiranje (3 h)	1,08	1,5-4,5
Boriranje (20-30 µm)	1,35	ni podatkov
Vanadiziranje (4 h)	1,35 - 1,75	ni podatkov
PVD-prevleka (3-6 µm, TiN)	1,35 - 1,75	32
CVD-prevleka (8 µm, TiC)	2,65	ni podatkov
VAKUUMIST 23/4 (2003)
dekorativnih prevlek (npr. CrN namesto trdega kro-manja, ZrN namesto trdega zlatenja).
4 CVD-POSTOPKI
Bistvo tega postopka je kemijska reakcija med izbranimi plini na vro~i podlagi (800-1000 °C). Reakcija je lahko termi~ni razkroj (piroliza), substitucija ali dvojna substitucija. Klasi~en primer dvojne substitucije je nana{anje TiN-prevlek po shemi:
TiCl4 + NH3 + -H2^TiN + 4HCl
Tlak v reaktorski posodi je lahko atmosferski, po navadi pa je nekoliko zni`an, ker tako izbolj{amo kvaliteto in uniformnost prevleke na podlagah z veliko povr{ino.
Poglavitne slabosti pa so visoka temperatura nana{anja, ki omejuje izbiro podlag, in omejena izbira kemijskih reakcij v plinski fazi, ki so primerne za pripravo trdih prevlek. Tudi nekateri stranski produkti reakcij (npr. HCl) in vodik (vodikova krhkost pri jeklih) niso `eljeni, ker po{kodujejo podlage in so ekolo{ko nesprejemljivi. Izhodne snovi so v ve~ini primerov halogenidi prehodnih elementov, ki pa so hlapljive spojine, zelo ob~utljive za vlago, delo z njimi pa zahteva posebne varnostne ukrepe.
Prednosti CVD-postopkov so tudi enostavna reaktorska posoda in enostavna kontrola postopka.
CVD-prevleke se odlikujejo z odli~no oprijemljivostjo na podlago, ki je posledica visoke temperature nana{anja. Notranje natezne napetosti v CVD-prevlekah so majhne, zato lahko pripravimo relativno debele za{~itne prevleke (do 10 µm). Tako debelo prevleko pripravimo v 3-4 urah. Za{~itna prevleka je enakomerno debela po vsej povr{ini orodja, tudi v globokih luknjah in re`ah. S CVD-postopkom lahko prekrivamo zelo velika orodja, ki jih med nana{anjem ni treba vrteti.
Zaradi visoke temperature nana{anja lahko pride do znatnih dimenzijskih sprememb in deformacij. Hkrati pride tudi do razoglji~enja vrhnje plasti orodja, kar povzro~i globoke po{kodbe (do 1 mm) na povr{ini orodja, potem ko se prevleka izrabi. Ogljik iz povr{inske plasti orodja reagira s kovinsko komponento (npr. Ti), pri ~emer nastane karbidna faza. Trdota razoglji~ene plasti orodja pade, zato se v tej plasti pojavijo razpoke zaradi utrujanja materiala. Orodje se pri visoki temperaturi razkali, zato ga moramo po nanosu prevleke toplotno obdelati v vakuumu. Ker pri tem izgubimo dimenzijske tolerance, CVD-postopek ni primeren za za{~ito preciznih orodij za hladno preoblikovanje. Slaba stran CVD-postopka je tudi v tem, daje ekolo{ko problemati~en.
VAKUUMIST 23/4 (2003)
ISSN 0351-9716
Vse CVD-prevleke, ki se uporabljajo za za{~ito orodij, so narejene na osnovi titanovih spojin (TiC, TiN, TiCN). Prevleke pripravimo v obliki enojne plasti ali ve~plastne strukture (do 5 plasti). CVD-po-stopek je zlasti primeren:
•  za za{~ito matric za hladno preoblikovanje in matric za globoki vlek, kadar je debelina plo~e-vine ve~ja od 2 mm
•  za za{~ito orodij, s katerimi preoblikujemo plo~e-vino z natezno trdnostjo nad 450 N/mm2 in debelino ve~ kot 0,8 mm
•  za za{~ito orodij za preoblikovanje nerjave~e plo~evine
•  kadar ni dovoljena uporaba maziv
•  za preoblikovanje galvansko oz. elektrokemijsko obdelane plo~evine
•  za za{~ito orodij pri procesih preoblikovanja, kjer se povr{ina obeh delov orodja (matrica, pesti~) segreje.
Ve~plastna CVD-prevleka TiC/TiCN/TiN debeline 6–9 µm, je zlasti primerna za hladno preoblikovanje materialov, ki so nagnjeni k adhezijskemu hladnemu navarjanju (avstenitna jekla, pocinkana plo~evina). TiC-prevleka, ki je tr{a, se uporablja tudi za preoblikovanje bolj abrazivnih materialov, npr. pri globokem vleku debele plo~evine in za za{~ito orodij za hladno preoblikovanje aluminija.
5 PVD-POSTOPKI
Ker potekajo PVD-postopki pri temperaturi, ki je ni`ja od temperature popu{~anja ve~ine orodnih jekel, se lahko izognemo mnogim te`avam, s katerimi se sre~ujemo pri CVD-postopkih (razoglji~enje, izguba dimenzijskih toleranc). Kljub tem prednostim pa imajo PVD-postopki tudi svoje slabosti. Adhezija prevleke na podlago je precej manj{a v primerjavi s CVD-prevleko, kar pri zahtevnej{ih primerih uporabe orodij za hladno preoblikovanje pomeni odstopanje plasti. Za PVD-prevleke so zna~ilne relativno velike tla~ne notranje napetosti, zato ne moremo pripraviti prevlek z debelino ve~ kot 5 µm. PVD-postopki so primerni za nanos za{~itnih prevlek na manj{a orodja. Debelina prevleke po povr{ini orodja s komplicirano geometrijo ni enakomerna, nanos v globoke luknje in re`e pa ni mo`en. Cena nanosa PVD-prevleke je 2- do 3-krat ve~ja od cene trdega kromanja, toda dvakrat manj{a od CVD-prevleke (tabela 3).
PVD-prevleke se uporabljajo za za{~ito orodij za preoblikovanje v naslednjih primerih:
•  kadar preoblikujemo tanke plo~evine z manj{o natezno trdnostjo;
•  kadar preoblikujemo galvansko oz. elektrokemij-sko za{~itene plo~evine;
7
ISSN 0351-9716
•  v razmerah zmanj{anega mazanja;
•  kadar se povr{ina matrice med preoblikovanjem segreje.
6 PACVD-POSTOPKI
Kemijski postopki nana{anja prevlek, ki potekajo v plazmi (PACVD) so nekak{na kombinacija CVD- in PVD-postopkov. S plazemsko aktivacijo reakcijskih produktov se temperatura, potrebna za potek kemijske reakcije, zni`a pod 500 °C. Razelektritev v reaktorju dose`emo, ~e tlak plinske me{anice zni`amo na nekaj milibarov, vzbudimo pa jo lahko na ve~ na~inov: a) z indukcijsko tuljavo, ki jo vzbujamo z visoko frekvenco, b) s kapacitivnim vzbujanjem in c) z mikrovalovnim vzbujanjem. Plazmo zgostimo ali jo usmerimo proti podlagam z magnetnim poljem.
V primerjavi s PVD-postopki omogo~ajo PACVD-postopki mo`nost nanosa na ve~ja orodja in na tak{na, ki imajo kompleksno geometrijo. Njihova prednost pred CVD-postopki je v ni`ji temperaturi nana{anja prevleke. Tako se izognemo krhkosti karbidne trdine, ki se pogosto pojavi med CVD-nano-som.
7 SKLEPI
Trde prevleke prepre~ujejo adhezijsko, abrazijsko in kemotermi~no obrabo orodja. PVD- in CVD-prevleke zagotavljajo pove~anje obstojnosti orodja, zmanj{ajo ~as vzdr`evanja, hkrati pa omogo~ajo za 70–90 % manj{o porabo maziv.
PVD-postopki so nepogre{ljivi pri za{~iti rezalnih orodij, nekaj manj pogosto pa se uporabljajo za za{~ito orodij za hladno preoblikovanje. Razlogi so naslednji:
a)  Tak{na orodja imajo pogosto zelo komplicirano geometrijo z velikim {tevilom hladilnih kanalov in kavitacij. Masa tak{nega orodja pogosto presega nekaj sto kilogramov, velikost pa nekaj deset centimetrov. Oboje onemogo~a vrtenje podlage med nana{anjem PVD-prevleke.
b)  Komplicirane oblike orodja so najpogosteje narejene s potopno erozijo, ki povzro~i nastanek
razkaljene plasti na povr{ini (t. i. bele plasti), ki poslab{a oprijemljivost PVD-prevleke. c) Cena tak{nih orodij je ekstremno visoka (tudi ve~ kot 100.000 evrov), kar onemogo~a optimizacijo za{~itnih prevlek, ker je vsako eksperimetiranje preveliko tveganje za lastnika orodja.
Za za{~ito orodij za hladno obdelavo se uspe{no uporabljajo tudi CVD-postopki, zlasti kadar preoblikujemo debelo plo~evino (nad 2 mm) oz. tako, ki ima natezno trdnost ve~ kot 400 N/mm2, vendar moramo orodje zaradi deformacij med nana{anjem CVD-prevleke zelo skrbno pripraviti.
Po izrabi lahko orodja, prekrita s PVD- ali CVD-prevleko, obnovimo. Staro prevleko moramo odstraniti, morebitne po{kodbe na matrici pa skrbno zavariti.
8 LITERATURA
1P. Pesch, S. Sattel, S. Woestman, P. Masarczyk, K. Herden, T. Stucky,
A. Martens, S. Ulrich, H. Holleck, Performance of hard coated steel
tools for sheet drawing, Surf. Coat. Technol. 163-164 (2003), 739-746 2M. Murakawa, S. Takeuchi, Evaluation of tribological properties of
DLC films used in sheet forming of aluminium sheet, Surf. Coat.
Technol. 163-164 (2003), 561-565 3M. Murakawa, N. Koga, T. Kumagai, Deep-drawing of aluminium
sheets without lubricant by use of DLC coated dies, Surf. Coat.
Technol. 76-77 (1995), 553-558 4K. Taube, Carbon-based coatings for dry sheet-metal working, Surf.
Coat. Technol. 98 (1998), 976-984 5C. Mitterer, F. Holler, D. Reitberger, E. Badisch, M. Stoiber, C.
Lugmair, R. Nobauer, Th. Muller, R. Kullmer, Industrial applications
of PACVD hard coatings, Surf. Coat. Technol. 163-164 (2003),
716-722 6http://www.sputtek.com/paper1999013230a.htm
7J. Vetter, R. Knaup, H. Dwuletzki, E. Schneider, S. Vogler, Hard coat-ings for lubricant reduction in metal forming, Surf. Coat. Technol. 86-87 (1996), 739-747
8B. Navin{ek, P. Panjan, Novel applications of CrN (PVD) coatings de-posited at 200 °C, Surf. Coat. Technol. 74-75 (1995), 919-926
9B. Navin{ek, Trde za{~itne prevleke, Institut "Jo`ef Stefan", Ljubljana, 1993 10http://www.balzers.at/stanzen.php
11L. Carreras, S. Bueno, F. Montala, Advanced coatings for automotive industry forming dies, 7th Inter. Research/Expert Conference TMT 2003, Spain
8
VAKUUMIST 23/4 (2003)