Geeignete keramische Beschichtungsmaterialien für H13-Stahl umfassen hauptsächlich Al₂O₃-TiO₂, Cr₃C₂-NiCr, WC-Co, TiAlSiN und Mo₂FeB₂ usw. Verschiedene Materialien weisen unterschiedliche Festigkeiten in Bezug auf Verschleißfestigkeit, thermische Ermüdungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten auf und müssen entsprechend den spezifischen Arbeitsbedingungen angepasst werden.
I. Vergleich gängiger keramischer Beschichtungsmaterialien
1. Al₂O₃-TiO₂ (Aluminiumoxid-Titandioxid-Verbundkeramik)
Eigenschaften: Hohe Härte (~1127 HV), gute Anti-Haftung, mäßige Verschleißfestigkeit
Anwendbarer Prozess: Plasmaspritzen (APS)
Vorteile: Niedrige Kosten, ausgereifter Prozess; gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber HF, das durch die Zersetzung von Fluorkunststoffen (wie PTFE) entsteht; dichte Beschichtung mit einer Porosität von 2–5 %
Typische Anwendungen: Heißkanaldüsen, Verteiler, allgemeine Druckgussformen
Referenzdaten: Nach dem Aufsprühen auf H13-Stahloberflächen wird die Reibungs- und Verschleißrate um ca. 60 % reduziert.
Empfohlene Szenarien: Verarbeitung von korrosiven Kunststoffen, mittlere -Temperaturbedingungen (weniger als oder gleich 500 Grad)
2. Cr₃C₂-NiCr (Chromcarbid-NiCr-Legierung)
Eigenschaften: Extrem hohe Oxidationsbeständigkeit, ausgezeichnete thermische Ermüdungsbeständigkeit
Anwendbarer Prozess: Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF)
Vorteile: Bleibt über 650 Grad stabil
Überlegene Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen im Vergleich zu WC{1}Co
High bonding strength (>70 MPa), hohe Beständigkeit gegen Abplatzungen
Typische Anwendungen: Warmschmiedegesenke, Hochtemperatur-Gesenkgussformen-, Stranggusswalzen
Getestete Leistung: Keine nennenswerte Rissausbreitung nach 10.000 thermischen Zyklen
Empfohlene Szenarien: Umgebungen mit hohem-Thermoschock und hoher-Temperatur
3. WC-Co (Wolframkarbid-Kobalt)
Features: Ultra-high hardness (>1300 MPa) HV), Hervorragende Verschleißfestigkeit
Anwendbare Verfahren: HVOF oder Überschallflammspritzen
Vorteile: Die Verschleißfestigkeit ist mehr als fünfmal so hoch wie die des H13-Stahlsubstrats. Geeignet für Gleitverschleißbedingungen mit hoher -Beanspruchung.
Limitations: Prone to oxidation at high temperatures (>600 Grad). Co-Binder ist teuer und ressourcen-begrenzt.
Alternative: WC-Ni (Nickel statt Kobalt) kann Kosten senken und die Korrosionsbeständigkeit verbessern.
Empfohlene Szenarien: Druckguss- und Stanzwerkzeuge mit hohem Verschleiß und geringem Oxidationsrisiko.
4. TiAlSiN (Titan-Aluminium-Silizium-Nitrid)
Eigenschaften: Ultra-hart (Nanohärte bis zu 30 GPa), niedriger Reibungskoeffizient, beständig gegen Oxidation bei hohen Temperaturen
Anwendbare Prozesse: Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
Vorteile: Schichtdicke nur 2–5 mm μm, keine Beeinträchtigung der Präzisionsmaße
Behält eine hohe Härte bei 550 Grad
Reduziert die Haftung von geschmolzenem Metall erheblich
Forschungsunterstützung: Das Lin Jun-Team der Shandong University bestätigte, dass die TiAlSiN-Beschichtung die Verschleißfestigkeit von H13-Stahl um fast das Zweifache verbessert
Empfohlene Szenarien: Präzisionskunststoffformen, Formen optischer Komponenten, Anwendungen, die eine hohe Anti-{0}}Haftung erfordern
5. Mo₂FeB₂ (ternäre Boridkeramik)
Eigenschaften: In-in-situ synthetisierte Keramikphase, feine Körner, Wärmeausdehnungskoeffizient nahe dem von Stahl
Anwendbares Verfahren: Reaktives Flammspritzen (RFS)
Vorteile: Mikrohärte erreicht 1200 HV0,1, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit
Geringe Verbindungsspannung mit H13-Stahlsubstrat, nicht anfällig für Risse
Forschungsunterstützung: Untersuchungen der Hubei University of Technology zeigen, dass diese Beschichtung bei Temperaturwechseln von 600 Grad stabil ist
Empfohlene Szenarien: Große-große Druckgussformen-, Anwendungen, die sowohl thermische Ermüdungsbeständigkeit als auch Verschleißfestigkeit erfordern
II. Zusammenfassung der Empfehlungen zur Materialauswahl
Optimale Materialleistung, empfohlener Prozess, anwendbare Szenarien
Al₂O₃-TiO₂: Korrosionsbeständig, Anti--Haftung; APS (Fluorpolymer-Kunststoffe); Heißkanäle, allgemeiner Schutz
Cr₃C₂-NiCr: Oxidationsbeständig bei hohen-Temperaturen, beständig gegen thermische Ermüdung; HVOF (Hochtemperatur-Schmiedegesenke, Hochtemperatur-Druckguss)
WC-Co / WC-Ni: Extrem verschleißfest; HVOF (Druckguss mit hohem-Verschleiß, Stanzwerkzeuge)
TiAlSiN: Hohe Härte, geringe Reibung; PVD (Präzisionskunststoffformen, optische Formen)
Mo₂FeB₂: Ausgewogene Gesamtleistung; RFS (Regeneratives Flaschensystem); große Formen, Anforderungen an die thermische Ermüdungsbeständigkeit
