Ogni cartiera si trova ad affrontare lo stesso dilemma: aumentare la velocità della linea e la filiera si usurerà più velocemente. Rallentalo per proteggere gli utensili e la produttività ne risente. Per decenni, i produttori hanno accettato questo compromesso come inevitabile. Le nuove tecnologie degli stampi stanno dimostrando il contrario.
Le filiere per trafilatura in diamante naturale fissano da tempo lo standard per la qualità della superficie. Il diamante naturale offre una durezza estrema, da 88 a 118 GPa, e una conduttività termica fino a 2.300 W/mK. Offre la migliore finitura superficiale per applicazioni con fili ultrasottili, in particolare inferiori a 0,05 mm. Ma il diamante naturale ha un problema: è fragile, ha una scarsa resistenza agli urti e una durezza anisotropa che provoca un’usura irregolare. Durante la trafilatura ad alta velocità, le filiere in diamante naturale sviluppano ovalità e falliscono in modo imprevedibile. Per la produzione in grandi volumi, il compromesso è doloroso: finitura superiore a scapito della velocità e della coerenza.
Le filiere per trafilatura PCD, diamante policristallino sintetico, risolvono il problema della consistenza. Il PCD si consuma uniformemente in tutte le direzioni e in genere dura da 2 a 10 volte più a lungo del diamante naturale. Offre una durezza isotropa che preserva la forma cilindrica del foro della matrice. Ma il PCD ha i suoi limiti: la dimensione della grana del diamante varia da 5 a 25 micron e i bordi del grano lasciano picchi e avvallamenti microscopici sulla superficie del filo trafilato. Per il filo di rame sottile, il legante al cobalto nelle matrici PCD standard può lisciviare sotto calore e pressione, creando graffi che diventano fattori di stress e causano rotture del filo.
È qui che le matrici per trafilatura Nano cambiano l'equazione. Attraverso la deposizione chimica da fase vapore (CVD), un denso strato di diamante nanocristallino, con granulometrie inferiori a 1 micron, spesso da 0,2 a 0,5 micron, viene coltivato su un substrato di carburo di tungsteno. Il nanorivestimento offre una durezza di circa 10.000 Vickers, pari al diamante naturale. Ma a differenza del diamante naturale, il rivestimento è isotropo: l’usura è uniforme, non direzionale. Il coefficiente di attrito scende fino a 0,05, rispetto a 0,2–0,4 per il metallo duro convenzionale.
I vantaggi in termini di velocità sono misurabili. Un attrito ridotto significa un minore accumulo di calore, quindi le linee possono funzionare a velocità elevate superiori a 20 metri al secondo senza degradare il lubrificante o ricottura del filo. Alcune matrici nanorivestite supportano velocità di disegno fino a 1200 metri al minuto. Un produttore ha riferito che le matrici nanorivestite hanno consentito loro di aumentare significativamente la velocità di trafilatura massimizzando al tempo stesso il risparmio di materie prime. Il rivestimento elimina inoltre l'adesione del metallo, in particolare con alluminio e rame, prevenendo graffi e bave sulla superficie.
La qualità non soffre. In un test comparativo su filo di rame da 0,02 mm, le matrici PCD standard hanno prodotto un filo con graffi visibili con un ingrandimento di 100x e un tasso di scarto del 12%. Le nano filiere per trafilatura hanno prodotto fili senza graffi visibili con un ingrandimento di 200x e un tasso di scarto di solo il 3%. La superficie lucidata a specchio dei nano dies (ruvidità superficiale Ra inferiore a 0,05 μm) offre una finitura che rivaleggia con il diamante naturale.
Il caso economico è altrettanto convincente. Gli stampi con nanorivestimento durano da 10 a 20 volte più a lungo del carburo di tungsteno e superano il PCD standard fino al 40% nelle applicazioni più impegnative. Meno sostituzioni degli stampi significano meno tempi di inattività, meno scarti e minori costi totali di proprietà. Per i produttori che utilizzano cavi di rame, alluminio o acciaio, la questione non è più se cambiare, ma quanto presto.
