1. Balinit Coatings;
The non-metallic finishing touch
Kunststof Oppervlaktetechniek
12 April 2012
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2. BALINIT® coatings for tools (exception = Oerlikon Balinit Hartec)
Cutting Plastics processing
Punching/ Die casting
forming
Mould protection Wear resistance
Tool life Tool life Shorter cycle times
Productivity Dry running Moving elements without
Oil / grease
Wat zijn PVD coatings ?
Uiterst dunne keramische coatings.
Anders dan bij galvanische technieken zijn de eigenschappen van de
afzonderlijke bestanddelen niet meer aanwezig!!!
Niet alleen de vereiste gladheid of structuur van gereedschappen wordt
geseald met deze deklaag.
Eigenschappen als corrosiebescherming, slijtageweerstand, lossing en
matrijsvulling worden stuk voor stuk positief beïnvloed.
Last but not least is “dry running” in veel gevallen (medisch / food) een
keiharde eis.
Physical Vapour Deposition
 Are attached at temperatures between 200 and 500 °C
 Thickness of the coating typical: 1-16 µm
Standard : 31 µm
 Strong adhesion of the coatings
 High hardness and low coëfficiënt of friction.
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3. Comparison on scale of hardness
Diamant
BNc
X.TREME
FUT NANO
TiCN
TiN
CrN
Hardmetaal
Nitreerlagen
Hardchroom
Snelstaal (64 HRC)
Warmarbeidsstaal
0 2000 4000 6000 8000 10000
Hardness (HV)
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4. Thinness of the coating in comparison
Human hair
0.05 mm
BALINIT® hard coating
0.003 mm
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Dry running properties of sliding materials
Coefficient of friction
0.6 CuSnPb Ni-PTFE Coating Coating MoS2
bronze with MoS2 with PTFE PVD
0.5
x x x
0.4
0.3 x End of test
xx due to
adhesive wear
0.2
BALINIT® C
nearly no wear
0.1
0
0 100 200 300 400 500 600 700
Sliding distance [m]
Page 8
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5. Characterization of carbon coatings
Contact angle, wettability, sticking behaviour
CA 42° uncoated steel CA 102.5° a-C:H:Si coating
surface
Hydrophilic surface Hydrophobic surface
High surface energy (63 mN/m) Low surface energy (22 mN/m)
Carbon based coatings
Natural
BALINIT® Diamond
Diamond 8
CVD
coating thickness
ta-C
Hardness
2
AIP
BALINIT®
DLC 6
a-C:H
DC/RF
BALINIT®
1 Me-C:H 1
BALINIT®
RF
Me-C:H
DC
Sp2 versus Sp3 bonding
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6. Types of carbon based coatings
BALINIT® C BALINIT® DLC
Me-C:H a-C:H
• very good adhesion • high wear resistance
• high elasticity • high hardness (to >2,500 HV)
• moderate hardness (2,000 HV) • low friction
Hard Carbon (ta-C) BALINIT® DIAMOND
• hydrogen-free • max. wear resistance
• high hardness (5,000 HV) • max. hardness (10,000 HV)
• greater temperature resistance • T resistance up to 800⁰C
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Balinit DLC - SEM Cross Section
DLC
CrC
Cr
Substrate (Fe)
Page 12
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7. Coating: Hydrogen-free carbon (ta-C)
SEM Fracture Cross Section and Hardness
Typical hardness: Hv = 4000 – 5000
Balinit Hardcarbon
Coating material Tetrahedral amorphous carbon (t-aC)
Microhardness (Hv 0.01) 4000 - 5000
Coefficient of friction against steel
< 0.15 (w/o post-treatment)
(pin-on-disc, dry)
Max.application temperature 500°C
depending on thickness: rainbow,
Coating colour
black, grey
Coating type monolayer
Coating thickness
0.3 to 3 µm
(depends on tool geometry)
Coating temperature (C°) < 150°C
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8. BALINIT ARCTIC coating series
What does ARCTIC mean ?
ARCTIC coating series
- BALINIT® A ARCTIC
- BALINIT® D ARCTIC
- BALINIT® FUTURA NANO ARCTIC
Deposited at 200°C
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9. BALINIT® ARCTIC coating series
Coating temperature at 200°C has the benefits of
 no loss of hardness for low tempered steel grades
 no effect on corrosion resistance
 prevention of distortion
BALINIT® properties and performance are unaltered
Excellent coating adhesion
No loss of hardness for low tempered steel
grades
Hardness [HRC]
68 Tempering diagram
for steel:
64 K107
(1.2436)
60
Standard coating
temperature
56
ARCTIC coating
52 temperature
48
44
40
0 100 200 300 400 500 600 700
Tempering temperature [°C]
9

10. No effect on corrosion resistance
Corrosion resistance [%]
120 Tempering diagram
for steel:
M310
(1.2083)
100
Standard coating
temperature
80 ARCTIC coating
temperature
60
40
0 100 200 300 400 500 600 700
Tempering temperature [°C]
Prevention of distortion
Dimensional change [%]
0.15 Tempering diagram
for steel:
0.1 M310
(1.2083)
0.05 Standard coating
temperature
0 ARCTIC coating
temperature
-0.05
-0.1
-0.15
0 100 200 300 400 500 600 700
Tempering temperature [°C]
10

11. Some examples….
Hahnleiste Discofix® C aus Polyamid 12
Zyklus - Zeit
11

12. Hahnleiste Discofix® C aus Polyamid
30
Kern: 25
10 sec
20
- Werkstoff: HSS
- Dimension:
15
 2,5 mm (keine Kühlung möglich)
Zyklus - Zeit
KS - umspritzte Länge: ca.52 mm 10
5
Schicht: BALINIT® ALCRONA Top
0
A
NA
t
te
it
l in
ch
O
CR
Ba
hi
sc
AL
Zyklus – Zeiteinsparung: 37% be
it
un
l in
Ba
Automotive: PA + Weich-Komponente von Sika
Anwendung:
Automotive: PA + Weich-Komponente von Sika
Teile werden zB zwischen Aussen- und
Innenteil in Autos montiert.
Die weiche Sika-Komponente wird beim
Einbrennlackieren aufgeschäumt.
Problem:
Starkes Verkleben (schlechte Entformbarkeit)
Bis anhin nur mit PTFE-Beschichtung entformbar.
Lösung
Bei Versuchen auf einer 4-fach-Form konnten
verschiedene PVD-Schichten getestet werden.
ALCRONA war die einzige Schicht die annähernd die gute
Entformbarkeit der PTFE-Beschichtung erreichte.
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13. Vergaser-Krümmer
Verarbeitet wird eine spez. VITON-Mischung (FKM oder FPM) Kg-Preis: > Fr.300.-
Formtemperatur: 190°C +/-5°C
Balinit ALCRONA PRO
- Bessere Entformbarkeit (ca. 20%)
- Weniger Trennmittel (ca. 80 Teile ohne Trennmittel)
- Weniger Reinigungsaufwand
-12%
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• Medizinalteil: Scheidenspülung
Zykluszeit
• Kunstoff: keine Angaben
• Tiefe Shor Härte
Balinit A Balinit
ALCRONA
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14. Spühlkasten
Entformungsprobleme:
• Werkzeug noch in Bemusterung
• Anzugvergrösserung nicht erlaubt
Verarbeitet wird:
• PP-C Borealis + Masterbatch
• PP-C Moplen EP340M + Masterbatch
Kern:
• Werkstoff: 1.2738 / nitriert
• Oberfläche: gestrahlt
Lösung:
• ALCRONA AC3 TOP
Formeinsatz mit ALCRONA PRO
Umstellung der Beschichtung Balinit A
auf Balinit ALCRONA PRO
Vorteil:
 Weniger Verschleiss im Formbereich /
Kavitäten
 Bessere Entformung des KS Teil
 Weniger Verzug des KS Teil
Versuch noch nicht abgeschlossen
Schicht nach ca. 200‘000
Partielle Abnutzung der
Schuss erkennbar
Balinit® A
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15. www.coating-guide.balzers.com
• Coating Guide
• Material library
• Coatings information
• Sample applications
• Balzers world-wide
Thank you for your attention !
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