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

Ionbond Forming Molding Portrait
Orbital forming tool white

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

Ionbond Forming Molding Portrait
Ionbond CVD 29 sample

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.

Coating Technology CVD 2022

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.

Table base materials FMT Applications CVD

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

Revêtements Ionbond™ CVD largement utilisés

Formage et moulage
IB CVD 10 Ti CN transp

Ionbond™ CVD 10

Les revêtements CVD classiques pour les applications de formage

Ionbond™ CVD 10 est un revêtement TiCN CVD doté d'une dureté élevée, d'une bonne ténacité et d'une bonne résistance à l'usure, et d'un coefficient de frottement inférieur à celui d'autres revêtements CVD comme Ionbond™ CVD 13. Cette combinaison de propriétés fait du Ionbond™ CVD 10 un produit préféré au Ionbond™ CVD 13 pour les outillages à tolérance ouverte utilisés dans les applications de formage de métaux légers à moyens impliquant des aciers inoxydables, des alliages d'acier d'une épaisseur supérieure à 3 mm et des matériaux faiblement alliés à haute résistance (HSLA).

Ionbond™ CVD 10 peut être déposé entre 800 et 1000°C. Il n'est donc recommandé que pour les matériaux d'outils compatibles avec le procédé CVD. En outre, un changement dimensionnel se produira sur les matériaux d'acier à outils revêtus d'Ionbond™ 10. Par conséquent, des tolérances dimensionnelles suffisantes sont nécessaires pour tenir compte du changement dimensionnel attendu. La plage de dépôt plus large pour le Ionbond™ CVD 10, par rapport à celle du Ionbond™ CVD 13 et du Ionbond™ CVD 02, permet de l'utiliser sur des aciers à outils tels que S7 (1,2355) ou A2 (1,2363), qui ne sont pas compatibles avec le procédé de dépôt du Ionbond™ CVD 13 ou du Ionbond™ CVD 02.

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Formage et moulage
Cold forging punch

Ionbond™ CVD 13

Le revêtement CVD pour les applications de mise en forme de la tôle

La dureté, la ténacité et la résistance à l'usure élevées font du Ionbond™ CVD 13 un produit polyvalent pour l'outillage à tolérance ouverte utilisé dans les applications de formage de métaux légers à moyens. En outre, la ténacité sous charge d'impact fait du Ionbond™ CVD 13 un excellent produit pour l'outillage à tolérance ouverte utilisé dans les applications de forgeage à froid et de matrices de découpe d'éléments de fixation.

Étant donné que les Ionbond™ CVD 13 sont déposés au moyen du procédé CVD, ils peuvent être déposés sur des outils présentant de petites ouvertures, des géométries complexes et de longs rapports d'aspect (> 1:1). Cette capacité en fait une solution viable pour le tréfilage, l'extrusion à chaud et l'extrusion à chaud, et certaines applications de buses d'injection pour le moulage plastique. Ionbond™ CVD 13 est un excellent choix pour les matériaux d'outils en céramique ou non en acier afin de favoriser une adhérence supérieure du revêtement.

Ionbond™ CVD 13 est déposé à 1000 °C. Il n'est donc recommandé que pour les matériaux d'outils compatibles avec le procédé CVD. En outre, un changement dimensionnel se produira sur les matériaux d'acier à outils revêtus de Ionbond™ CVD 13. Par conséquent, des tolérances dimensionnelles suffisantes sont nécessaires pour tenir compte du changement dimensionnel attendu.

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Formage et moulage
Ionbond CVD 29 transp

Ionbond™ CVD 29

Une couche d'oxyde d'aluminium pour des applications fonctionnant à haute température

Ionbond™ CVD 29 Al2O3 est un revêtement CVD multicouche conçu pour pouvoir faire face aux conditions agressives présentes dans les applications de formage à haute température. Ionbond™ CVD 29 Al2O3 présente une excellente stabilité thermique, une inertie chimique et une résistance élevée à l'usure, ce qui en fait la principale solution pour les applications d'extrusion à chaud des alliages ferreux et non ferreux.
En outre, la stabilité thermique, la densité et la résistance à la corrosion d'Ionbond™ CVD 29 en font une solution idéale pour les outils à tolérance ouverte utilisés dans les applications de moulage d'aluminium où le collage de l'aluminium est la principale cause de temps d'arrêt.

Ionbond™ CVD 29 est déposé à 1000 °C. Il n'est donc recommandé que pour les matériaux d'outils compatibles avec le procédé CVD. Un changement dimensionnel se produira sur les matériaux d'acier à outils revêtus d'Ionbond™ CVD 29, de sorte que des tolérances dimensionnelles suffisantes sont nécessaires pour tenir compte du changement dimensionnel attendu.

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Formage et moulage
Orbital forming tool white

Ionbond™ CVD 62

Revêtement CVD Premium utilisé pour le formage des métaux

Ionbond™ CVD 62 couple la dureté, la ténacité et la résistance à l'usure élevées du TiC déposé par CVD avec le coefficient de frottement ultra faible du revêtement lubrifiant solide MoS2. Il en résulte un produit plus efficace pour l'outillage à tolérance ouverte utilisé dans les applications de formage des métaux où la friction de glissement est la cause première de la défaillance des outils. Ionbond™ CVD 62 offre d'excellentes performances dans le formage des aciers inoxydables ferritiques et austénitiques, des aciers faiblement alliés à haute résistance (HSLA) et des aciers avancés à haute résistance (AHSS), des pièces en alliage d'acier d'une épaisseur supérieure à 2 mm, des alliages de nickel et du titane.

La haute ténacité et le coefficient de frottement ultra faible du Ionbond™ CVD 62 en font une excellente solution pour les outils à tolérance ouverte utilisés dans les applications de perçage. Ionbond™ CVD 62 est particulièrement adapté aux matériaux présentant des propriétés d'écrouissage ou de retour élastique élevées.

Le composant TiC du Ionbond™ CVD 62 est déposé à 1000 °C. Par conséquent, il est uniquement recommandé pour les matériaux d'outils compatibles avec les températures élevées. Étant donné que l'acier à outils subira des changements dimensionnels, des tolérances dimensionnelles suffisantes sont requises ou le dimensionnement doit être adapté pour compenser les changements attendus. Les outils trempés doivent être traités thermiquement après le revêtement afin de rétablir la dureté souhaitée du matériau de l'outil.

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Dr. Ing. Tobias Brögelmann

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