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Beschichtete Werkzeuge erhöhen Produktivität und Standzeit

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Genau an diesem Punkt ist ein Grund für den Erfolg des Tigers zu finden. Ein spezielles Verfahren sorgt bei der Vermessung der Texturen für ungewöhnlich genaue Ergebnisse und so auch für die Möglichkeit einer weiteren Optimierung. Während andere Verfahren nur eindimensional messen, geht Walter auch in die dritte Dimension und erhält so wesentlich genauere Werte. Dieses Messverfahren ist also eine entscheidende Voraussetzung für die exakte Einstellung der gewünschten Textur.

Hohe Abscheidungstemperaturen führen zu Zähigkeitsverlust im Substrat-Hartmetall

Neben allen genannten Vorteilen hat das CVD-Verfahren auch einen gravierenden Nachteil: Die hohen Abscheidungstemperaturen (800 bis 1050 °C) führen zu einem Zähigkeitsverlust im Substrat-Hartmetall und zu Zugeigenspannungen in der Beschichtung, die sich negativ auf den Risswiderstand des Schneidstoffes auswirken. Hier jedoch beißt der Tiger: Dieses ursprünglich für die Gussbearbeitung entwickelte Verfahren entfernt das in dieser Anwendung tribologisch negative TiN per Strahlprozess von der Spanfläche. Durch das Verbleiben des TiN auf der Freifläche bleibt die Verschleißerkennung erhalten. Dieser Prozeß erzielt jedoch auch einen weiteren signifikanten Vorteil.

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Durch das Einbringen mechanischer Energie werden, neben einer Erhöhung der Oberflächenhärte der Beschichtung, die negativen Zugeigenspannungen in der Beschichtung in Druckeigenspannungen umgewandelt. Eine erstaunliche Zähigkeitssteigerung ist die Folge. Seither waren Maßnahmen zur Steigerung der Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit, wie der Einsatz eines Substrates mit geringerem Kobaltgehalt oder die Anhebung der Schichtdicke, stets mit einem Zähigkeitsverlust verbunden, der die Prozesssicherheit im Einsatz verringerte.

Strahlprozess steigert Prozesssicherheit

Durch das Tiger-Strahlen ist es nun möglich, diesen Zähigkeitsverlust zu unterbinden und die Prozesssicherheit zu steigern. Der Traum des Schneidstoffentwicklers, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit gleichzeitig steigern zu können, wurde dadurch Wirklichkeit, der Anwendungsbereich der CVD-Beschichtungen wurde deutlich größer. So konnte sich der Tiger als allgemeiner Standard sowohl im Guss- als auch im Stahlbereich durchsetzen.

Im Übrigen gibt es auf dem Gebiet der PVD-Beschichtungen ebenfalls eine revolutionäre Entwicklung mit ähnlichen Auswirkungen. PVD-beschichtete Wendeschneidplatten zeichnen sich bekanntermaßen durch ihre exzellente Zähigkeit aus, haben aber, da seither keine oxidischen Schichten abgeschieden werden konnten, im Vergleich zum CVD eingeschränkte Hochtemperatur-Verschleißeigenschaften.

Mit neuen Verbindungen wird experimentiert

2005 stellte die Walter AG den „PVD-Tiger“ vor, die weltweit ersten PVD-Al2O3-beschichteten Wendeschneidplatten. Damit ist es gelungen, auch den Anwendungsbereich der PVD-Beschichtungen zu steigern, in diesem Fall in Richtung höhere Schnittgeschwindigkeiten bei gleicher Zähigkeit. Noch immer bilden α-Al2O3-Schichten in vielen Bereichen das Maß aller Dinge. Das wird vorerst auch so bleiben.

Zwar wird auch mit anderen Verbindungen experimentiert, doch bislang sind die Ergebnisse noch nicht serienreif. Eines steht aber fest: Die gezielte Einstellung der Eigenspannung auf den jeweiligen Anwendungsfall wird in Zukunft ein entscheidender Vorteil sein, da sie die Einsatzgebiete der CVD-Beschichtungen deutlich erhöht.

Dr. Helga Holzschuh ist Leiterin R&D CVD-Beschichtungstechnologie und Jörg Drobniewski, Leiter Schneidstoffe und Versuch bei der Walter AG, 72072 Tübingen.

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