Werkzeuge Beschichtete Werkzeuge erhöhen Produktivität und Standzeit

Autor / Redakteur: Helga Holzschuh und Jörg Drobniewski / Rüdiger Kroh

Seit über 30 Jahren revolutionieren Beschichtungen den Werkzeugmarkt. Höhere Produktivität und längere Standzeiten machen beschichtete Werkzeuge zu einem absoluten Muss in der heutigen Produktion. Gerade in Verbindung mit der Bearbeitung neuer Werkstoffe ist die Beschichtungstechnologie das zentrale Thema in Forschung und Entwicklung.

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CVD-Schichten schafften vor rund 40 Jahren ihren Durchbruch im Werkzeugbau. Bilder: Walter
CVD-Schichten schafften vor rund 40 Jahren ihren Durchbruch im Werkzeugbau. Bilder: Walter
( Archiv: Vogel Business Media )

Begonnen hat alles bereits vor etwas mehr als 40 Jahren, doch der Durchbruch der keramischen CVD-Schichten im Werkzeugbereich kam erst Mitte der siebziger Jahre. TiN, TiCN und Al2O3 eroberten in einem atemberaubendenden Tempo den Markt. Mit dem Aufkommen der Multilayer- und PVD-Schichten wurde das Einsatzspektrum der harten Helfer noch einmal erweitert. Die Folge: Ohne Schicht lief fast nichts mehr. Heute sind über 90% aller Wendeschneidplatten beschichtet.

Immer mit vorne dabei, wenn es um die Entwicklung neuer Schichten ging: die europäischen Werkzeughersteller und Beschichtungsspezialisten. Einem davon, der Walter AG, gelingt mit den Tigertec-Beschichtungen 2001 der große Wurf. Heute, sieben Jahre nach der Einführung, sind die verschiedenen Varianten des „Tigers“ nach wie vor Benchmark im Bereich Al2O3-Schichten. Erstaunlich, wenn man die hohe Innovationsrate in diesem Bereich in Betracht zieht – oder vielleicht doch nicht?

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Auswahl an Verbindungen ist beschränkt

Die Auswahl an geeigneten Stoffen und Verbindungen für eine leistungsfähige Werkzeugbeschichtung ist begrenzt. Die Grundvoraussetzungen, die sie erfüllen müssen, sind vor allem:

  • hohe Warmhärte,
  • Verschleißfestigkeit,
  • niedrige Wärmeleitfähigkeit,
  • hohe Diffusions- und Oxidations-Beständigkeit,
  • niedrige Adhäsionsneigung.

Insgesamt sind es nur wenige Verbindungen, die als Carbide, Boride, Nitride, Oxide oder ihre Mischung verwendet werden können. Für viele Bearbeitungsfälle hat sich Al2O3 als der ideale Schichtwerkstoff herauskristallisiert (Bild 1). Das hat seinen Grund: Mit einer Härte von 2600 HV bei 20 °C und immerhin noch 900 bis 1200 HV bei einer Temperatur von 800 °C hat Aluminiumoxid nicht nur die höchste Warmhärte, sondern bietet auch eine hervorragende chemische Stabilität.

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