Pålitelig vakuumforsyning for plasmanitrering

Om HWL Löttechnik

Kjernekompetanseområdet til HWL Löttechnik GmbH i Berlin er varmebehandling av stål og andre metaller, hovedsakelig til luftfarts- og bilindustrien, samt kraftverkteknologi. De tilbyr nesten alle typer varmebehandling, fra induksjonsherding og gløding til vakuum herding, gløding og lodding, og alle typer case-herding.

HWL Löttechnik ble grunnlagt i 1981 i en bakgård i Berlin-Wedding, Tyskland, med bare én ansatt. I 1983 ble Berlins aller første vakuumovn satt i drift hos HWL. Siden den gang har de arbeidet med varmebehandling av stål og andre metaller, inkludert titan. I 1996 flyttet selskapet til en ny bygning i Berlin-Reinickendorf. I 2006 flyttet de til et annet anlegg. I dag har HWL 30 ansatte og planlegger allerede videre utvidelse til et tredje anlegg. Utstyret er i drift 365 dager i året.

Kai Lembke har arbeidet i familiebedriften HWL siden 2004 og har vært aksjonær og styremedlem siden 2011. Han ser på selskapet som en utviklingspartner for mange av kundene sine, som ofte kommer til ham med bare en idé. Disse ideene blir grunnlaget for prototyper, produksjon i liten skala som ofte ender med produksjon i stor skala. I de fleste tilfeller omfatter prosessen svært komplekse oppgaver der HWL samarbeider med kunden for å finne en løsning. HWLs aktiviteter som offisiell samarbeidspartner for Rolls Royce Aerospaces forskning, er et tegn på respekt for familiebedriften som kompetent leverandør.

Prosess med plasmanitrering

Plasmanitrering blir stadig viktigere for varmebehandling på HWL. Selskapet har mer enn 30 års erfaring med denne prosessen. I dag gjør avansert teknologi og systemstyring det mulig å kontinuerlig kontrollere og overvåke strukturen, sammensetningen og diffusjonslagene nøyaktig. Pulsert plasma med likestrøm brukes for å oppnå jevne resultater av varmebehandlingen. Fordelen med denne termokjemiske prosessen er at varmebehandling kan utføres ved forholdsvis lave temperaturer mellom 520 og 580 °C. For at plasmaet skal være elektrisk ledende, må frie ladningsbærere være tilgjengelig for overføringen av elektrisitet. Ved atmosfærisk trykk ville det være nødvendig med økonomisk urealistiske temperaturer for å produsere elektrisk ledningsevne i plasmaet. HWL jobber med trykk på 2,5 millibar, noe som i praksis muliggjør varmebehandling under 600 °C. Temperaturene er lave sammenlignet med andre varmebehandlinger, og dette har en svært positiv effekt på komponentenes vridningsegenskaper. En annen fordel med denne metoden er at enkelte deler av komponenter som ikke skal nitreres, kan maskeres mekanisk og dermed selektivt utelukkes fra nitrerings-prosessen. Dette endrer ikke egenskapene til overflaten under de maskerte seksjonene.

Før den faktiske prosessen for nitrering av plasma, plasseres komponentene som skal behandles nøyaktig på monteringsenheten. HWLs mange års erfaring lønner seg her, da delene må plasseres optimalt i ovnen for å oppnå de ønskede overflateegenskapene. Etter ladeprosedyren og lukking av ovnen, evakueres den til nødvendige prosesstrykk, og varmes opp ved hjelp av veggvarmeren. Etter denne oppvarmingen utsettes komponentene for glødeutslipp i en nitrogen-atmosfære. I denne glødeutladningen dannes et plasma. Nitrogenet skilles ut i prosessen, ioniseres og brennes på overflaten av komponentene. Den nøyaktige temperaturen for håndtering og varigheten av nitreringen avhenger av materialet, størrelsen og sammensetningen av komponentene, samt dybden på nitreringen som skal oppnås. Etter nitreringen avkjøles ovnen med komponentene. Hele prosessen tar mellom 17 og 30 timer. Vakuumsystemet er i drift i denne perioden (fig. 1).

Løsninger for Vakuumsystemer og fordelene de gir kunden

Ettersom HWL allerede hadde positive erfaringer med andre systemer for varmebehandling med vakuumpumper fra selskapet Dr.-Ing. K. Busch GmbH, ble en ny ovn for nitrering innkjøpt i 2013, og den hadde også et Busch vakuumsystem. Den består av en oljesmurt R5 lamellvakuumpumpe som forvakuumpumpe og en PUMA vakuumbooster. Dette vakuumsystemet oppnår et sluttrykk på <1 x 10^-2 mbar mens det faktiske driftstrykket under prosessen er 2,5 millibar. Dette utnytter vakuumsystemets optimale pumpekapasitet, som er høyest i dette driftsområdet (fig. 2).

I begynnelsen av prosessen evakuerer R5 lamellvakuumpumpen ovnen fra atmosfærisk trykk til et grovt vakuum på 100 millibar. PUMA vakuumbooster slås først på nå. Som booster øker den pumpekapasiteten til vakuumsystemet betydelig for raskt å oppnå og pålitelig opprettholde prosesstrykket.
Ved å kombinere vakuumsystemet med en lamellvakuumpumpe og dens styring, som er spesielt koordinert for prosessen, er det mulig å oppnå maksimal pumpekapasitet med lavest mulig energiforbruk. Presist vedlikehold av driftstrykk og pumpekapasitet garanterer muligheten til å kjøre og dokumentere gjentakbare prosesser. Dette gjør det mulig å oppnå nøyaktig de ønskede egenskapene for produktet. Stort sett er det høylegert rustfritt stål som blir plasmanitrert hos HWL, men konstruksjons stål eller sintrede metaller varmebehandles også ved hjelp av denne prosessen. Siden oppstarten av nitreringsovnen i 2013 har det aldri vært feil på vakuumsystemet, selv om det er i drift døgnet rundt. Kontinuerlig drift avbrytes bare av oppsett- eller plasseringstider.
For Kai Lembke har absolutt pålitelighet i vakuumteknologien høyeste prioritet. Dette er fordi svikt i vakuumsystemet under prosessen kan gjøre hele partiet med høykvalitets og kostbare presisjonskomponenter ubrukelige. I løpet av denne tiden har det aldri vært noen feil på vakuumforsyningen. Derfor er det er klart for Kai Lembke at de eneste nitreringssystemene som er verdt å vurdere for den planlagte utvidelsen av selskapet og seksjonen for "plasma nitrering", må være utstyrt med vakuumteknologi fra Busch. Vedlikehold av vakuumsystemet er begrenset til et minimum. I tillegg til daglig visuell inspeksjon av oljenivået, skiftes oljen i R5 lamellvakuumpumpen og i giret til PUMA vakuumbooster annethvert år. Kai Lembke vet også at Busch servicesenter er i nærheten og kan være på stedet umiddelbart hvis noe skulle skje.