PACD-proces - Plasma Assisted Carbon Diffusion

Het PACD-proces is gebaseerd op de diffusie van koolstofatomen vanuit een draaggas naar de oppervlaktelagen van het behandelde onderdeel. De basis hiervoor is een elektrische spanning die in een vacuüm een plasma van geïoniseerd gas genereert. Afhankelijk van de procesparameters (temperatuur, tijd, gassamenstelling) kan de diepte van de diffusielaag worden gevarieerd. Het gedetailleerde procesverloop is als volgt:

1. Voorbereiding van het materiaal: door het werkstuk te reinigen wordt voorkomen dat verontreinigingen het PACD-proces negatief kunnen beïnvloeden.
2. Vacuümvorming: het onderdeel wordt in een vacuümkamer geplaatst met een vacuüm van 0,1 tot 10 millibar. Anders kan de omgevingslucht de latere vorming van plasma belemmeren.
3. Gastoevoer: een gasmengsel met typische draaggassen van koolstof zoals methaan of propaan, wordt in de vacuümkamer geleid.
4. Plasma genereren: tussen de vacuümkamer en het werkstuk wordt een hoge spanning van 100 tot 1000 Volt aangelegd. Dit ioniseert het toegevoerde gas en levert de nodige energie voor de diffusie van de koolstofatomen. Het resulterende mengsel van hoogenergetische ionen, elektronen en neutrale deeltjes vorm het plasma.
5. Koolstofdiffusie: de hoogenergetische deeltjes in het plasma verwijderen materiaalatomen van het oppervlak van het werkstuk. Tegelijkertijd laten ze koolstofatomen vrij in het gas, die nu afhankelijk van de concentratiegradiënt in het oppervlak van het onderdeel kunnen diffunderen. Dit gebeurt doorgaans bij temperaturen tussen 300 °C en 400 °C.
6. Afkoeling: na het bereiken van de gewenste diffusiediepte wordt het plasma uitgeschakeld en wordt het werkstuk afgekoeld in een gecontroleerde atmosfeer om de mechanische eigenschappen verder te optimaliseren en oxidatie te voorkomen.

PACD combineert de voordelen van ander hardingsprocessen en biedt daarnaast nog meer voordelen:

• Verbeterde oppervlakte-eigenschappen: PACD zorgt voor verhoogde hardheid, verbeterde slijtvastheid en verhoogde vermoeidheidsweerstand.
• Behoud van corrosiebestendigheid: omdat er geen coating, maar een diffusie wordt uitgevoerd, bestaat er geen risico op ‘chippen’.
• Geen toename van broosheid: de diffusie vindt plaats zonder de vorming van carbiden, wat resulteert in minder brosheid van het behandelde oppervlak in vergelijking met traditionele carboneerprocessen.
• Hoge procescontrole: de nauwkeurige controle van procesparameters zoals temperatuur, druk en gassamenstelling zorgt voor een zeer gelijkmatige koolstofverdeling en reproduceerbare resultaten.
• Lagere temperaturen: door de lage procestemperaturen worden korrelgroei en carbidevorming geminimaliseerd, waardoor het risico op vervorming aanzienlijk wordt verminderd.
• Milieuvriendelijkheid: PACD produceert lagere emissies en minder milieubelastende bijproducten door het gebruik van een gesloten vacuümkamer.
• Selectief inzetharden: alleen het werkstukoppervlak wordt behandeld en diepere lagen blijven onaangetast. De gerichte behandeling van bepaalde gebieden is ook ideaal voor werkstukken met complexe geometrieën.
• Combinatie met andere processen: PACD kan zeer goed met andere productieprocessen worden gecombineerd om verschillende eigenschappen van onderdelen te optimaliseren.

De dikte van de bereikte PACD-zone ligt afhankelijk van het roestvrij staal en procesparameters tussen 20 en 40 micrometer. Aangezien er geen extra laag wordt aangebracht, maar koolstofatomen rechtstreeks in het materiaal worden toegevoegd, wordt de corrosiebestendigheid van het oppervlak behouden.

Er kunnen zeer hoge hardheden aan het oppervlak worden bereikt, die afhankelijk van de roestvrij stalen legering kunnen variëren. Bij roestvrij staal AISI 316 kan bijvoorbeeld een oppervlaktehardheid van meer dan 1.100 HV0.1 worden bereikt.

De positieve eigenschappen en het relatief milieuvriendelijke proces maken PACD interessant voor een breed scala industrieën en toepassingen:

• Industrieën: Auto-industrie, lucht- en ruimtevaart, medische apparatuur, watersystemen enz.
• Componenten: Pompen, tandwielen, assen, chirurgische instrumenten, snijgereedschappen

De basisvoorwaarde voor PACD-inzetharden is inzicht in de natuurkunde, scheikunde en materiaalkunde om de interacties tussen materiaal en proces correct te kunnen beoordelen. De volgende uitdagingen moeten worden overwonnen:

• Passende procesparameters: de juiste temperatuur, behandelingstijd, gassamenstelling en geschikte druk zijn doorslaggevend om alle gewenste eigenschappen op het werkstukoppervlak te bereiken.
• Verschillende soorten roestvrij staal: verschillende soorten roestvrij staal reageren verschillend op de PACD-behandeling. De betreffende procesparameters moeten altijd aan de specifieke legering worden aangepast.
• Voorbehandeling en nabehandeling: Alleen experts kunnen beoordelen welke invloed eerdere voorbehandelingen hebben op het PACD-proces en welke voor- en nabehandelingen eventueel nog nodig zijn om het gewenste eindresultaat te bereiken.
• Kwaliteitscontrole: strenge kwaliteitscontroles zijn nodig om reproduceerbare resultaten en een consistent hoge kwaliteit te garanderen.

Kamervolume: 1,25 m3
Kamerafmetingen: diameter 800 mm, hoogte 2500 mm
Stroomvoorziening: spanning (100-1000 V), stroomsterkte (10-300 A)
Temperatuurregeling: 300 °C tot 400 °C

Om het succes van de PACD-behandeling te garanderen, hebben wij nauwkeurige informatie van u nodig over de aard van de te behandelen werkstukken en de gewenste eigenschappen. Onze klantenservice bezorgt u graag het desbetreffende formulier. Wij hebben onder andere de volgende gegevens nodig:

• Materiaal: welke roestvrijstalen legering (bijvoorbeeld AISI 304, AISI 316) moet worden behandeld?
• Afmetingen en geometrie: welke afmetingen en vorm heeft het werkstuk en hoeveel werkstukken moeten er worden gehard?
• Conditie van het oppervlak: zijn bepaalde voorbehandelingen (bijvoorbeeld reinigen, stralen) uitgevoerd of gewenst?
• Gewenste eigenschappen: Aan welke specificaties moeten worden voldaan? (hardheid, slijtvastheid, vermoeidheidsweerstand enz.)
• Speciale eisen: zijn er aanvullende eisen, zoals selectieve harding van bepaalde gebieden?