Spolehlivý zdroj vakua pro plazmové nitridace

O společnosti Löttechnik HWL

Hlavní oblastí působnosti společnosti HWL Löttechnik GmbH v Berlíně je tepelné zpracování oceli a dalších kovů, zejména pro letecký a automobilový průmysl a pro elektrárenské technologie.Nabízejí téměř všechny typy tepelného zpracování, od indukčního kalení a žíhání přes kalení ve vakuu, žíhání a pájení až po všechny typy kalení.

Společnost HWL Löttechnik byla založena v roce 1981 na dvoře v německém Berlíně-Weddingu s jediným zaměstnancem. V roce 1983 byla v HWL uvedena do provozu vůbec první berlínská vakuová pec. Od té doby se firma zabývá tepelným zpracováním oceli a dalších kovů včetně titanu. V roce 1996 se firma přestěhovala do nové budovy ve čtvrti Berlin-Reinickendorf. V roce 2006 se firma přestěhovala do druhého závodu. Dnes má HWL 30 zaměstnanců a již plánuje další expanzi do třetí pobočky. Zařízení je v provozu 365 dní v roce.

Kai Lembke pracuje v rodinném podniku HWL od roku 2004 a od roku 2011 je akcionářem a členem představenstva. Svou společnost vnímá jako partnera pro vývoj mnoha zákazníků, kteří za ním často přicházejí pouze s nápadem. Tyto nápady se stanou základem pro prototypy, malosériovou výrobu a často vyústí ve velkosériovou výrobu. Ve většině případů se jedná o velmi složité úkoly, při jejichž řešení HWL spolupracuje se zákazníkem. Aktivity společnosti HWL jako oficiálního partnera výzkumného sdružení Rolls Royce Aerospace jsou projevem respektu k rodinnému podniku jakožto kompetentnímu dodavateli.

Proces plazmové nitridace

Plazmová nitridace je pro tepelné zpracování v HWL stále důležitější. S tímto procesem má společnost více než 30 let zkušeností. Nejmodernější systémová technologie a řízení dnes zajišťují, že strukturu a složení směsi a difúzních vrstev lze průběžně řídit a monitorovat. K dosažení stejnoměrných výsledků tepelného zpracování se používá plazma s pulzním stejnosměrným proudem. Výhodou tohoto termochemického procesu je, že tepelné zpracování lze provádět při relativně nízkých teplotách mezi 520 a 580 °C. Aby byla plazma elektricky vodivá, musí být k dispozici nosiče volného náboje pro přenos elektřiny. Při atmosférickém tlaku by byly k vytvoření elektrické vodivosti plazmatu zapotřebí ekonomicky nereálné teploty. HWL pracuje s tlaky 2,5 milibaru, což v praxi umožňuje tepelné zpracování pod 600 °C. Teploty jsou ve srovnání s jinými metodami tepelného zpracování nízké, což má velmi pozitivní vliv na deformační vlastnosti obrobků. Další výhodou této metody je, že jednotlivé části komponentů, které nemají být nitridovány, mohou být mechanicky maskovány, a tím selektivně vyloučeny z procesu nitridace. Tím se nezmění vlastnosti povrchu pod maskovanými částmi.

Před vlastním procesem plazmové nitridace jsou součásti, které mají být ošetřeny, přesně umístěny na montážní zařízení. Zde se vyplatí dlouholeté zkušenosti společnosti HWL, protože díly musí být v peci optimálně umístěny, aby bylo dosaženo požadovaných vlastností povrchu. Po ukončení nabíjení a uzavření pece se pec odvzdušní na požadovaný procesní tlak a ohřeje se pomocí stěnového ohřívače. Po tomto procesu topení jsou obrobky vystaveny žhavému výboji v atmosféře s dusíkem. Při tomto žhavém výboji vzniká plazma. Dusík při tom disociuje, ionizuje a je vystřelován na povrch součástí. Přesná teplota a doba nitridace závisí na materiálu, velikosti a složení součástí a na hloubce nitridace, které má být dosaženo. Po nitridaci se pec s komponenty ochladí. Celý proces trvá 17 až 30 hodin. Během této doby je vakuový systém v činnosti (obr. 1).

Řešení vakuového systému a jeho výhody pro zákazníka

Společnost HWL již měla pozitivní zkušenosti s jinými systémy tepelného zpracování s vývěvami firmy Dr.-Ing. K. Busch GmbH, v roce 2013 získala novou pec na nitridování a využívala také vakuový systém Busch. Ten se skládá z rotační olejomazné lamelové vývěvy R5 jako základové pumpy a vakuového posilovače PUMA. Tento vakuový systém dosahuje koncového tlaku <1 x 10^-2 mbar, zatímco skutečný pracovní tlak během procesu je 2,5 milibarů. Využívá se přitom optimální rychlost čerpání vakuového systému, která je v tomto pracovním rozsahu nejvyšší (obr. 2).

Na začátku procesu rotační lamelová vývěva R5 odčerpá z pece atmosférický tlak na hrubé vakuum 100 milibarů. Teprve nyní se zapne posilovač vakua PUMA. Jako posilovač výrazně zvyšuje rychlost čerpání vakuového systému pro rychlé dosažení a spolehlivé udržení procesního tlaku.
Kombinací vakuového systému s rotační lamelovou vývěvou a jejími řídicími prvky, které jsou speciálně koordinovány pro daný proces, je možné dosáhnout maximální rychlosti čerpání při co nejnižších energetických výdajích. Přesné udržování provozního tlaku a rychlosti čerpání zaručuje možnost provádět a dokumentovat opakovatelné procesy. Díky tomu lze přesně dosáhnout požadovaných vlastností produktu. Nejčastěji se v HWL plazmově nitridují vysoce legované nerezové oceli, ale tímto procesem se tepelně zpracovávají i konstrukční oceli nebo spékané kovy. Od spuštění pece na nitridování v roce 2013 nedošlo k žádné poruše ani selhání vakuového systému, i když je v provozu nepřetržitě. Nepřetržitý provoz je přerušen pouze v době seřizování nebo umisťování.
Pro Kaie Lembkeho má nejvyšší prioritu absolutní spolehlivost vakuové technologie. Je to proto, že selhání vakuového systému během procesu může způsobit nepoužitelnost celé dávky vysoce kvalitních a nákladově náročných precizních komponent. Během této doby nikdy nedošlo k poruše dodávky vakua. Kai Lembke si je proto jist, že jediné systémy nitridování, které stojí za zvážení pro plánovanou expanzi společnosti a divize „plazmové nitridace“, musí být vybaveny vakuovou technologií Busch. Údržba vakuového systému se omezuje na minimum. Kromě každodenní vizuální kontroly hladiny oleje se olej v rotační lamelové vývěvě R5 a v převodovce vývěvy PUMA mění každé dva roky. Kai Lembke také ví, že servisní centrum Busch je blízko a může být okamžitě na místě, kdyby se něco stalo.