Pålidelig vakuumforsyning til plasmanitrering

Om HWL Löttechnik

Kernekompetencen hos HWL Löttechnik GmbH i Berlin er varmebehandling af stål og andre metaller, hovedsageligt til luftfarts- og bilindustrien samt til kraftværksteknologi. De tilbyder næsten alle former for varmebehandling, fra induktionshærdning og -glødning til vakuumhærdning, -glødning og -lodning samt alle former for case-hardening.

HWL Löttechnik blev grundlagt i 1981 på en gårdsplads i Berlin-Wedding i Tyskland, med kun én medarbejder. HWL tog Berlins første vakuumovn i drift i 1983. Siden da har de beskæftiget sig med varmebehandling af stål og andre metaller, herunder titanium. I 1996 flyttede virksomheden til en ny bygning i Berlin-Reinickendorf. I 2006 flyttede de til en anden lokation. I dag har HWL 30 medarbejdere og har allerede planer om at udvide til en tredje lokation. Udstyret er i drift 365 dage om året.

Kai Lembke har arbejdet i familievirksomheden HWL siden 2004 og har været aktionær og bestyrelsesmedlem siden 2011. Han ser sin virksomhed som en udviklingspartner for mange af sine kunder, som ofte kommer til ham med blot en idé. Disse idéer danner så grundlaget for prototyper, produktion i lille målestok og resulterer ofte i produktion i stor målestok. I de fleste tilfælde omfatter processen ekstremt komplekse opgaver, hvor HWL arbejder sammen med kunden for at finde en løsning. HWL’s aktiviteter som den officielle forskningspartner for Rolls Royce Aerospace er et tegn på respekt for familievirksomheden som kompetent leverandør.

Plasmanitreringsproces

Plasmanitrering spiller en vigtigere og vigtigere rolle i varmebehandling hos HWL. De har mere end 30 års erfaring med denne proces. I dag sikrer førsteklasses systemteknologi og kontrol, at strukturen og sammensætningen af blandingen og diffusionslag kan kontrolleres og overvåges kontinuerligt. Der anvendes pulseret jævnstrømsplasma til at opnå ensartede varmebehandlingsresultater. Fordelen ved denne termokemiske proces er, at varmebehandlingen kan udføres ved forholdsvis lave temperaturer mellem 520 og 580 °C. Der skal være frie ladebærere til overførsel af elektricitet til rådighed for at gøre plasmaen elektrisk ledende. Ved atmosfærisk tryk ville der være behov for økonomisk urealistiske temperaturer for at sikre plasmaens elektriske ledeevne. HWL arbejder med tryk på 2,5 millibar, hvilket i praksis muliggør varmebehandling under 600 °C. Temperaturerne er lave sammenlignet med andre varmebehandlingsmetoder, og dette har en meget positiv effekt på komponenternes deformationsegenskaber. En anden fordel ved denne metode er, at enkelte dele af komponenter, der ikke skal nitreres, kan maskeres mekanisk og dermed selektivt udelukkes fra nitreringsprocessen. Dette ændrer ikke egenskaberne for overfladen under de maskerede sektioner.

Før den egentlige plasmanitreringsproces placeres de komponenter, der skal behandles, præcist på monteringsanordningen. HWL’s mangeårige erfaring er en stor fordel hér, da delene skal placeres optimalt i ovnen for at opnå de ønskede overfladeegenskaber. Efter påfyldningsproceduren og efter lukning af fyrrummet tømmes det, for at opnå det påkrævede procestryk, og opvarmes ved hjælp af vægvarmeren. Efter denne opvarmningsproces udsættes komponenterne for glødeafladning i en nitrogenatmosfære. Der dannes plasma i denne glødeafladning. Nitrogenet opløses i processen, ioniseres og brændes på komponenternes overflade. Den nøjagtige håndteringstemperatur og nitreringsvarighed afhænger af komponenternes materiale, størrelse og sammensætning samt de nitreringsdybder, der skal opnås. Efter nitreringsprocessen afkøles ovnen med komponenterne. Hele processen tager mellem 17 og 30 timer. Vakuumsystemet er i drift i dette tidsrum (fig. 1).

Vakuumsystemløsning og dens fordele for kunden

Efter HWL's positive erfaringer med andre varmebehandlingssystemer med vakuumpumper fra virksomheden Dr.-Ing. K. Busch GmbH, en ny nitreringsovn blev købt i 2013, og den var også forsynet med et Busch vakuumsystem. Det består af en olieomsmurt R5 lamelvakuumpumpe som forpumpe og en PUMA vakuumbooster. Dette vakuumsystem opnår et sluttryk på <1 x 10^-2 mbar, mens det faktiske driftstryk under processen er 2,5 millibar. Dette udnytter vakuumsystemets optimale pumpehastighed, som er den højeste i dette driftsområde (fig. 2).

I begyndelsen af processen tømmer R5 lamelvakuumpumpen ovnen, så den går fra atmosfærisk tryk til et groft vakuum på 100 millibar. PUMA vakuumboosteren er kun tændt nu. Som booster øger den vakuumsystemets pumpehastighed betydeligt for hurtigt at opnå og opretholde procestrykket på en pålidelig måde.
Ved at kombinere vakuumsystemet med en lamelvakuumpumpe og dens kontroller, der er særligt afstemt til processen, er det muligt at opnå en maksimal pumpehastighed med det lavest mulige energiforbrug. Præcis vedligeholdelse af driftstrykket og pumpehastigheden garanterer, at det er muligt at køre og dokumentere reproducerbare processer. Dette gør det muligt at opnå de ønskede produktegenskaber helt præcist. For det meste plasmanitreres højlegeret rustfrit stål hos HWL, men konstruktionsstål eller sintrede metaller varmebehandles også ved hjælp af denne proces. Siden opstarten af nitreringsovnen i 2013 har der aldrig været nogen fejl i vakuumsystemet, selvom det er i drift døgnet rundt. Kontinuerlig drift afbrydes kun af opsætning eller placering.
Det allervigtigste for Kai Lembke er, at vakuumteknologien er fuldstændigt pålidelig. Dette skyldes, at svigt i vakuumsystemet under processen kan gøre hele partiet af dyre præcisionskomponenter i høj kvalitet ubrugelige. I denne periode har der aldrig været nogen fejl i vakuumforsyningen. Derfor står det klart for Kai Lembke, at de eneste nitreringssystemer, som det er værd at overveje at anvende til den planlagte udvidelse af virksomheden og afdelingen "plasmanitrering", skal udstyres med Busch vakuumteknologi. Vedligeholdelsen af vakuumsystemet er reduceret til et minimum. Ud over den daglige, visuelle kontrol af olieniveauet skiftes olien i R5 lamelvakuumpumpen og i gearkassen på PUMA vakuumboosteren hvert andet år. Kai Lembke ved også, at Busch Service Center er i nærheden og kan nå frem med det samme, hvis der skulle ske noget.