Formwerkzeug mit 10 μm AlCrSiN/TiN-Nanocompositschicht
Fraunhofer IWS
Verschleißmindernde PVD-Beschichtungen sind in der Zerspanungs-, Umform- und Kunststofftechnik seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz. In vielen Anwendungsfällen sind Schichtdicken im Bereich von 3 bis 5 μm ausreichend. Für hochbelastete Oberflächen bieten dicke, harte Verschleißschutzschichten einen besseren Schutz als die dünnen Schichten, ihre Herstellung ist allerdings um ein Vielfaches schwieriger. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) Dresden hat für diese Problemstellung einen neuen Lösungsansatz vorgestellt. Ein neues Verfahren ermöglicht die Herstellung harter Beschichtungen im Dickenbereich größer 100 μm.
Dicke Hartstoffschichten lassen sich prozesssicher herstellen, wenn das Wachstum von Schichtdefekten unterdrückt und die Spannungszustände in der Schicht beherrscht werden. Dies gelingt den Wissenschaftlern des IWS zum Beispiel mit einer AlCrSiN/TiN-Schutzbeschichtung.
Wirtschaftliche Herstellung nanolagiger Strukturen
Mithilfe einer nanolagigen Struktur können mehr als 100 μm dicke Schichten prozesssicher und wirtschaftlich hergestellt werden. Die Schichtstruktur ist homogen und für Werkzeuganwendungen bestens geeignet. Die Verteilung der mechanischen Eigenschaften, wie zum Beispiel der Schichthärte, ist in der Schicht gleichmäßig. Damit ist bei Bedarf eine spätere Oberflächenstrukturierung oder auch eine Politur möglich.
Diese Schichten eignen sich für Werkzeuge wie Wendeschneidplatten, Fräser, aber auch Ur- und Umformwerkzeuge mit höchster Oberflächengüte. Darüber hinaus ist auch die Beschichtung hoch belasteter Bauteiloberflächen, zum Beispiel für die Massivumformung möglich. Verschiedene Labor- und Einsatztests haben gezeigt, dass die im IWS erzeugten dicken Schichten eine optimale Härte und Abrasionsbeständigkeit bei hohen Flächenpressungen besitzen. Im geschmierten Tribosystem weisen sie eine geringe Reibung gegenüber Stahloberflächen sowie eine sehr gute Haftfestigkeit auf und neigen weder zur Rissbildung noch zu Kaltaufschweißungen.