Revêtements CVD pour outils de formage et moulage

Découvrez les avantages des revêtements CVD pour augmenter la durabilité et la résistance à l'usure des outils de formage

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Ionbond™ revêtements CVD pour les applications de formage les plus exigeantes dans des conditions difficiles

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est la plus ancienne technologie de dépôt de revêtements résistants à l'usure pour les applications de formage industriel. Les machines CVD modernes garantissent des opérations robustes et fiables et des taux de rendement élevés. C'est pourquoi le CVD est devenu populaire pour certaines applications, telles que les outils de formage des métaux et les filières d'extrusion. Ces outils sont soumis à des conditions environnementales difficiles en termes d'usure abrasive et adhésive ainsi que d'oxydation et de corrosion, et les revêtements CVD leur confèrent une robustesse et une résistance à l'usure extrêmes.

Études de cas

Études de cas de formage et de moulage

Téléchargez les études de cas pour vous faire une idée et découvrir les véritables performances de nos solutions de revêtement polyvalentes et haut de gamme dans diverses applications de formage.

38 pages | 30 minutes bien utilisées

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Propriétés et flexibilité hautement souhaitables

Les avantages des procédés CVD sont les suivants:

  • Profil de contrainte résiduelle avantageux qui permet le dépôt de revêtements CVD épais (20 µm et plus)
  • Revêtements CVD d'une extrême dureté et d'une résistance inégalée à la fatigue par impact
  • Adhésion élevée du revêtement CVD sur les outils grâce à l'interdiffusion entre le revêtement CVD et le matériau de base.
  • Les outils à revêtir ne nécessitent pas de rotation dans l'autoclave.
  • La possibilité de revêtir des géométries complexes, y compris certains diamètres intérieurs
  • Excellente uniformité du revêtement, indépendamment de la géométrie de l'outil

La technologie CVD permet de produire des revêtements à base de titane (Ti) ou de chrome (Cr) sous forme de nitrures (N), de carbures (C) et de carbonitrures (CN). En outre, il est possible de créer des couches d'oxyde d'aluminium de haute qualité (Al2O3 ), tant en phase α que κ. Ces revêtements CVD sont presque toujours déposés sous forme de multicouches, comme TiC/TiN, TiN/TiCN/TiN, TiCN/Al2O3 ou TiCN/Al2O3 /TiN, où la combinaison des couches est conçue pour répondre aux exigences d'une application de formage spécifique. L'épaisseur du revêtement varie généralement de 5 µm à 12 µm, mais dans certains cas, les revêtements peuvent atteindre 20 µm ou plus.

Les différentes structures de revêtement CVD Ti et leurs avantages

TiC

Lorsqu'elle est déposée par CVD, une couche de TiCoffre un faible coefficient de friction, une ténacité élevée et une grande résistance à l'usure abrasive. Ceci est bénéfique pour les applications de formage, telles que le formage à froid d'aciers inoxydables ferritiques et austénitiques, d'aciers haute résistance à faible teneur en carbone (HSLA), d'aciers avancés à haute résistance (AHSS) et de pièces en acier d'une épaisseur > 2 mm.

Multicouche TiN/TiC/TiN ou solution solide de TiCN

La combinaison de revêtements TiN ou TiC déposés individuellement dans une structure multicouche TiN/TiC/TiN ou dans une solution solide de TiCNaugmente encore les performances dans les applications de formage. Le TiCN est la solution de revêtement préférée pour les applications de formage de métaux légers à moyens impliquant des aciers inoxydables, HSLA et des pièces en acier d'une épaisseur > 3 mm. Le revêtement CVD multicouche TiN/TiC/TiN révèle une extrême ténacité sous charge d'impact et une adhérence supérieure entre le revêtement et l'outil, ce qui en fait un excellent choix pour le forgeage à froid des aciers et l'extrusion à chaud de céramiques ou d'alliages non ferreux.

Al2O3

Le dépôt CVD de Al2O peut apporter une amélioration supplémentaire en termes de résistance à l'oxydation et de dureté à chaud pour des conditions agressives, telles que celles des applications de formage à haute température. Al2O3 peut être déposé en phase α (thermodynamiquement stable) ou en phase κ (métastable), et est souvent déposé sur TiC ou TiCN dans une structure multicouche. Une couche d'Al2O3 présente une excellente stabilité thermique, une inertie chimique et une grande résistance à la corrosion, à l'usure abrasive et à l'usure par adhésion. Cela en fait la principale solution de revêtement pour l'extrusion à chaud des alliages ferreux et non ferreux.

Revêtement multicouche TiCN/Al2O3/TiN

Enfin, un revêtement multicouche TiCN/Al2 O3 /TiN combine les principaux avantages des couches individuelles. La couche de liaison TiCN garantit une résistance élevée à l'usure et offre une excellente adhérence à l'outil. La couche Al2 O3 présente une excellente stabilité thermique, une dureté à chaud élevée et une résistance extrême à l'usure. Enfin, la couche supérieure en TiN peut être utilisée pour détecter l'usure pendant la durée de vie de l'outil de formage du revêtement.

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Convient à de nombreux aciers à outils avec traitement thermique post-revêtement

Le dépôt chimique en phase vapeur thermique est un procédé activé par la chaleur dans lequel les outils à revêtir sont chauffés à une température appropriée et exposés à un ou plusieurs précurseurs solides ou liquides. Par exemple, les halogénures TiCl4 , AlCl3 , ou CrCl3 . En combinaison avec certains gaz réactifs tels que H2 , N2 ou CH4,  , les précurseurs d'halogénure réagissent sur la surface de l'outil pour produire le revêtement souhaité. Le schéma que vous voyez montre un procédé CVD. En combinant les précurseurs TiCl4 et CH4 à 1 000 °C, un revêtement TiC est créé.

TiCl4 + CH4TiC + 4 HCl

La température de traitement typique des revêtements CVD se situe entre 900 °C et 1050 °C pour le CVD à haute température (HT) et entre 720 °C et 900 °C pour les procédés CVD à température modérée (MT) d'IHI Bernex. Ces températures de traitement élevées peuvent rendre certains matériaux de base inadaptés au CVD ou nécessiter un traitement thermique des outils après revêtement. La nécessité d'un traitement thermique ne doit cependant pas décourager l'utilisation des procédés CVD sur les aciers à outils. Le revêtement CVD n'est pas affecté par le traitement thermique de post-revêtement. Lorsque le traitement thermique est effectué sous vide, le revêtement CVD conserve ses propriétés mécaniques et son adhérence à l'outil.

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Sélection des paramètres de traitement thermique en fonction du matériau de base

En sélectionnant soigneusement les paramètres du revêtement CVD et du traitement thermique, les ingénieurs de surface d'Ionbond aident à prévenir une déformation thermique excessive des outils revêtus après le traitement thermique. Cela peut être fait pour les aciers à outils courants pour le travail à froid et à chaud et pour les aciers rapides, cf. tableau. L'acier inoxydable austénitique peut même être traité par CVD sans nécessiter de traitement thermique après revêtement, car il ne subit pas de transformation de phase en dessous de la température du procédé CVD. Une autre exception est l'acier inoxydable martensitique traité thermiquement. Il peut également être traité à une température plus basse, ce qui permet d'utiliser le MT-CVD pour conserver une dureté à cœur comprise entre 35 et 40 HRC.

Tableau: Aperçu des matériaux de base pour les applications d'outils de formage et de moulage, des types courants de revêtements CVD et du traitement thermique post-revêtement requis

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