EuroWire January 2015

Articolo tecnico

La maggior parte delle linee di produzione con filiere di carburo di tungsteno (TC) utilizzano lubrificanti a base di olio per raffreddare le filiere e diminuire l’attrito nelle zone di riduzione e di supporto della filiera. in considerazione è la finitura dei prodotti di alluminio. Le filiere di carburo di tungsteno tradizionali richiedono lubrificanti a base di olio per ottenere una finitura superficiale soddisfacente. Tuttavia, i sistemi di lubrificazione a base di olio comportano anche numerosi problemi. Ad esempio, il costo dei lubrificanti è elevato, sono necessari accessori costosi e si consumano risorse di petrolio (durante i processi di fabbricazione dei lubrificanti a base di olio). Inoltre, i lubrificanti a base di olio portano agenti inquinanti all’interno delle officine (smog, particelle chimiche e microbi) ed è difficile riciclare i rottami di alluminio. Per i clienti del settore della trafilatura, gli ultimi due fattori costituiscono problemi importanti, specialmente il riciclo del rottame di alluminio. Le filiere rivestite in diamante nano- cristallino per la produzione di cavi coassiali e tubi compositi di alluminio e plastica consentono di sostituire con successo il sistema di lubrificazione tradizionale a base di olio con un sistema di lubrificazione ad acqua. Questo sistema si sta diffondendo rapidamente negli impianti cinesi in questi ultimi anni [5][6] . Tale successo discende direttamente dall’utilizzo di una struttura, unica nel suo genere, di carbonio con ibridazione sp 2 nello strato di rivestimento in diamante nanocristallino delle filiere descritte. Esso comporta non solo una diminuzione dell’attrito all’interfaccia con l’alluminio (e con una buona autolubrificazione, simile ad alcune strutture del tipo a grafite), ma anche un migliore umettamento grazie ad una pellicola lubrificante nel caso di utilizzo di lubrificanti ad acqua (rispetto al rivestimento policristallino tradizionale). Le filiere di carburo di tungsteno presentano anche problemi dovuti ad un forte attacco chimico dell’ossido e all’usura adesiva (producendo polveri abrasive, ecc.) quando si utilizzano sistemi a base di acqua. Per contro, il processo non presenta alcun problema quando si utilizzano filiere rivestite di diamante nanocristallino grazie all’elevato grado di inerzia chimica e ad un bassissimo tasso di usura dei rivestimenti in diamante. La Figura 5 mostra l’applicazione della lubrificazione ad acqua nel processo di trafilatura del tubo composito di alluminio e plastica con filiere rivestite di diamante nanocristallino nello stabilimento di un Un altro aspetto da tenere

cliente della provincia di Zhejiang in Cina, e l’aspetto finale del prodotto di alluminio. Questo tipo di lubrificazione consente al cliente un notevole risparmio nei costi dell’olio di lubrificazione, degli equipaggiamenti accessori per la pulizia con termostato e di altri processi, e riduce in modo significativo l’inquinamento ambientale. I tubi in composito di alluminio e plastica che producono sono più uniformi, presentano un diametro più preciso e una migliore finitura di qualsiasi altro prodotto realizzato in precedenza utilizzando filiere di carburo di tungsteno e sistemi di lubrificazione a base di olio. La stessa cosa si è ripetuta per diverse applicazioni di trafilatura di alluminio in Cina, e le filiere rivestite in diamante nanocristallino sono state accolte positi- vamente dai fabbricanti cinesi, grazie all’elemento ecologico della lubrificazione ad acqua. 5 Conclusioni I rivestimenti compositi in diamante nanocristallino vengono depositati sulle superfici interne delle filiere di carburo di tungsteno (YG6) mediante i processi HFCVD. In base ai risultati delle analisi effettuate con la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la spettrometria Raman, i rivestimenti in diamante nanocristallino presentano anche un’elevata percentuale utile di strutture di diamante policristallino con una granulometria molto piccola pari a circa 50nm, ed un gran numero di bordi di grano. Questi rivestimenti offrono un’ottima resistenza all’usura, una finitura di alta qualità e un attrito ridotto con l’alluminio. L’applicazione delle filiere in diamante nanocristallino nel processo di trafilatura del filo e del tubo di alluminio (cavo coassiale o tubo compositi di alluminio plastica) aumenta in modo significativo la vite utile delle filiere di trafilatura (10~25 volte rispetto alle filiere di carburo di tungsteno), riduce notevolmente il tempo di cambio e aumenta la produttività, ma garantisce anche una fondamentale uniformità del diametro del filo e una maggiore qualità e migliore finitura dei prodotti di trafilatura, consentendo di risparmiare grandi quantità di materie prime. Inoltre, le filiere rivestite in diamante nanocristallino si adattano perfettamente alla trafilatura del filo ad alta velocità. In particolare, quanto si utilizzano filiere rivestite in diamante nanocristallino per produrre cavi coassiali, tubi compositi di alluminio e plastica e filo di alluminio, è possibile adottare un sistema di lubrificazione ad acqua in sostituzione del tradizionale sistema

di lubrificazione a base di olio, con immediati benefici economici, riducendo contemporaneamente l’inquinamento ambientale e applicando un processo di fabbricazione nel rispetto dell’ambiente. n

6 Riferimenti bibliografici

[1] Dieler M Gruen, ‘Nanocrystalline diamond films’, Annu Rev Mater Sci 1999, 29: 211~259 [2] Sun Fanghong, Zhang Zhiming, Guo Songshou, Shen Hesheng et al, ‘Industrialisation of CVD Diamond Films: Diamond coated drawing dies and cutting tools,’ Bilateral Chinese-Russian scientific seminar (Hangzhou), 27 th -29 th December 2010 [3] Zhang Zhiming, He Xianchang, Shen Hesheng, Sun Fanghong, et al, ‘Pre-treatment for diamond coatings on free-shape WC-Co tools,’ Diamond and Related Materials, 2000, 9:1749~1752 [4] Zhang Zhiming, He Xianchang, Shen Hesheng, Sun Fanghong, et al, ‘Fabrication and application of chemical vapour deposition diamond-coated drawing dies,’ Diamond and Related Materials, 2001,10:33~38 [5] Li Zhenquan, Zhou Yan, Liu Yang, et al, ‘Application of nanocrystalline diamond composite coating compacting dies,’ Electric Wire & Cable (Chinese), 2005, 2:46~48 [6] Guo Songshou, Zhang Zhiming, Shen Hesheng, Sun Fanghong, et al, ‘Characterisation and Application of Nanocrystalline Diamond-coated Welding and Drawing Dies,’Optical Fiber & Electric Cable (Chinese), 2007, 1: 9~12

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Gennaio 2015