Die von Fraunhofer-Forschern neu entwickelte UltraPLAS-Beschichtung löst verschiedene Probleme bei Umformverfahren. Die Trenn- und Easy-to-clean-Beschichtung wird mittels eines kalten Plasmaverfahrens als Gradientenschicht aufgetragen und eignet sich für Materialien wie Werkzeugstahl, Edelstahl und Aluminium. Die physikalischen Eigenschaften von UltraPLAS sorgen für eine perfekte Abbildung von nanoskaligen bis spiegelglänzenden Oberflächen. Da sich mit ihrer Anwendung die Nachbearbeitungsschritte verringern und auf externe Trennmittel verzichtet werden kann, wird die Anwendung als besonders wirtschaftlich eingestuft.
Forschungsprojekte GlossyCast und UltraTrenn
Das Ziel der IGF-geförderten Projekte „GlossyCast“ und „UltraTrenn“ war, die Entformungskräfte und die Belagsbildung auf den Formoberflächen zu reduzieren und dabei den jeweils spezifischen Belastungen des Zinkdruck- bzw. des Kunststoffspritzgießens dauerhaft standzuhalten. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM arbeiteten gemeinsam mit Partnern an UltraPLAS.
Hervorragende Schichteigenschaften
Um eine Trennbeschichtung mit ultraglatter, optischer Oberfläche (Ra < 25 nm) abzubilden, muss die Beschichtung selbst glatt und strukturlos sein. Das kalte Plasmaverfahren ermöglicht einerseits eine hohe Schichthaftung zum Produktkörper und andererseits produktseitig gute Antihafteigenschaften. Die so erzeugte Beschichtung zeichnet sich durch einen hohen E-Modul (28 – 32 GPa) und eine hohe Dichte (1,5 g/cm³) aus. Der Mohshärtebereich von 5,5 liegt auf dem Niveau von Gläsern oder Emaille. Die Oberflächenenergie ist mit < 28 mN/m gering, ebenso wie die Polarität mit < 1,5 mN/m. Das kalte Plasmaverfahren ermöglicht außerdem besonders geringe Schichtdicken von weniger als 100 nm.
Nachhaltige Qualität und wirtschaftliche Produktion
Praxisuntersuchungen haben gezeigt, dass im Bereich des Spritzgießens die Entformungskräfte und die Belagsbildung reduziert werden können. Durch die Verringerung der Adhäsionskräfte nahmen die Entformungskräfte in Summe ab. In der Folge können die Entformungstemperatur erhöht und der Reibungsanteil reduziert werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann die Beschichtung plasmatechnisch effektiv und schonend entfernt werden, so dass im Bedarfsfall eine Neubeschichtung auch mehrfach ohne Qualitätseinbußen vorgenommen werden kann. Besonders interessant ist dies bei hochglänzenden Werkzeugoberflächen, da dadurch die aufwendige Polierarbeit oder die Ultrapräzisionsbearbeitung entfallen können.