CVD Prozess- und Schichtentwicklung für das Beschichten von komplexen dreidimensionalen Geometrien Gemeinnützige KIMW Forschungs-GmbH, Lüdenscheid

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2 Daten & Fakten Daten & Fakten - Gemeinnützige KIMW Forschungs-GmbH Gründung: Mitarbeiteranzahl: 13 Umsatz 2015: 544 TEUR Umsatz 2016: 750 TEUR Gesellschaftssitz: Lüdenscheid Gesellschafter der KIMW-F ist die Trägergesellschaft e.v. mit über 260 aktiven Mitgliedern aus Europa

3 Zweck der KIMW-F Gemeinnütziger Zweck der KIMW Forschungsgesellschaft (KIMW-F) ist die Förderung der Wissenschaft und Forschung auf dem Gebiet der Kunststofftechnik. Sie fungiert als Forschungs- und Transferstelle. Die Hauptaufgaben der KIMW-F sind: Durchführung von vorwettbewerblichen F&E-Projekten Unterstützung von KMU bei der Abwicklung von Förderprojekten Wissenschaftlicher Ansprechpartner für KMU-Unternehmen Entwicklung von zukunfts- und bedarfsorientierten Technologien Technologiescouting Ausbildung und Qualifikation von wissenschaftlich-technischen Mitarbeitern, insbesondere für KMU-Unternehmen

4 CVD-Beschichtungen für Werkzeug- und Formeinsätze ZIM-FÖRDERPROJEKT 3D CVD PROJEKTZIEL & ANFORDERUNGSPROFIL

5 Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) Thermische CVD der KIMW-F ggmbh Heißwandreaktor Nutzung metallorganischer Vorstufen MOCVD Vorstufen werden in Lösung zugeführt Aerosolerzeugung durch Verdampfer Nutzung von Reaktiv- und Trägergasen

Projektziel und Anforderungsprofil Ziel: CVD-Beschichtung von komplexen Geometrien für die

Verminderung von abrasiven und adhäsiven Verschleißvorgängen sowie Korrosion Maßhaltigkeit

Anforderungsprofil Bauteildesign und Werkzeuggeometrie Oberflächenbeschaffenheit

6 Projektziel und Anforderungsprofil Ziel: CVD-Beschichtung von komplexen Geometrien für die Kunststoffspritzgießverarbeitung Motivation Steigerung der Produktivität von Formwerkzeugen Verminderung von abrasiven und adhäsiven Verschleißvorgängen sowie Korrosion Maßhaltigkeit und Spaltgängigkeit Mit bekannten Methoden (Galvanik, PaCVD, PVD) nicht realisierbar! Anforderungsprofil Bauteildesign und Werkzeuggeometrie Oberflächenbeschaffenheit Werkzeugwerkstoffe Beschichtungen Werkzeugabmessungen und Abmessungen des CVD Rezipienten Kunststoffmaterialien

REM-Aufnahme eines Querschnitts einer beschichteten Stahlprobe mit einer

7 Projektziel und Anforderungsprofil Projektinhalte 3D-CVD: Schichtentwicklung Prozessentwicklung Praxisversuche an realen Werkzeugen Schichtevaluierung REM-Aufnahme eines Querschnitts einer beschichteten Stahlprobe mit einer Kombinationsschicht Amorphe Phase Kristalline Phase Grundmaterial (Werkzeugstahl)

8 PDZ-Schichteigenschaften Spaltgängigkeit 0,6 Bohrung oben 0,5 Schichtdicke / µm 0,4 0,3 0,2 0, C/ 2mbar 520 C/ 1mbar =oben- Lage der Probekörper -7=unten Bohrung unten Demonstrator und hiermit beschichtete Probekörper Probekörper befinden sich während der Beschichtung in Schlitzen, die sich entlang einer Bohrung im Demonstrators befinden Extrem gleichmäßige Schichtabscheidung auch in komplexen Konturen (z. B. tiefe Bohrungen, sehr enge und tiefe Schlitze) Alleinstellungsmerkmal gegenüber klassischen PVD-Beschichtungen

9 PDZ-Schichteigenschaften Schichtentwicklung -> Eigenschaften Phosphor-dotierte Zirkonoxid (PDZ) Multilayer-Schicht CVD-Beschichtungsprozess Erforderliche Schichtdicke ~3 µm Sehr hohe 3D-Geometriekonformität Sehr gute Spaltgängigkeit => Dadurch auch ideal für Innenbeschichtungen geeignet Beschichtungstemperatur < 500 C Schichthärte HRC Chemisch inert Entformungsgünstig z.b. für POM, andere Kunststoffe befinden sich in der Evaluierung

Praxisversuch Belagbildung bei POM Verarbeitung Ist-Zustand: POM Verarbeitung Reinigung nach 6000 Zyklen erforderlich Massive Belagbildung führt zu Toleranzabweichungen am Bauteil CrN beschichtet

10 Praxisversuch Belagbildung bei POM Verarbeitung Ist-Zustand: POM Verarbeitung Reinigung nach 6000 Zyklen erforderlich Massive Belagbildung führt zu Toleranzabweichungen am Bauteil CrN beschichtet (beste Schicht bisher (PVD-Verfahren)) Reinigung der Werkzeugkavitäten durch Lagerung in heißem alkalischen Reiniger und anschließendem Wasserhochdruckstrahlen Maschinenstillstand durch Reinigung: mindestens 2 Stunden Belagbildung am Werkzeugeinsatz nach 6000 Zyklen

11 Ergebnisse der PDZ-Beschichtung Bilddokumentation nach 6000 Zyklen: PDZ beschichteter Formeinsatz mit reduzierten Belägen im Konturbereich des Formeinsatzes

12 Ergebnisse der PDZ-Beschichtung Zusammenfassung: Beschichtung mit PDZ problemlos auf möglich Keine Haftungsprobleme des Kunststoffes POM an der PDZ- Multilayer-Beschichtung Massive Belagsreduktion durch die PDZ-Beschichtung Kein korrosiver und abrasiver Angriff an der PDZ-Schicht zu erkennen Mindestens 3-fache Verlängerung (bisheriger Erkenntnisstand)

13 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!

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