Für moderne Umformwerkzeuge ist Verschleißschutz unverzichtbar

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Das gilt insbesondere für die Haftfestigkeit der Schicht und die Druckfestigkeit des Werkzeugstahls. Eine ausreichende Haftfestigkeit entsteht durch Beschichten im Vakuum. Unter Vakuumbedingungen kann sich ungestört eine metallische Verbindung zwischen Grundwerkstoff und Schicht bilden.

PVD und CVD liefern benötigte Verschleißschutz-Schichten

PVD (physical vapour deposition) und CVD (chemical vapour deposition) liefern daher äußert haftfeste Hartstoffschichten (Nitride oder Carbide von Ti, Cr, Al und Zr), die alle Anforderungen an den Verschleißschutz erfüllen: hohe Härte (2000 bis 4000 HV0,05), niedrigen Reibungskoeffizienten gegen Stahl (0,3 bis 0,7) und hohe Oxidationsbeständigkeit (bis etwa 900 °C).

Soll eine maßerhaltende und konturtreue PVD-Schicht (Dicke 3 bis 6 µm) abgeschieden werden, ist ein vorheriges Nitrieren (Eindringtiefe 20 bis 70 µm) und damit ein Aufhärten der Oberfläche des Grundwerkstoffes häufig sehr positiv. Die so erhöhte Druckfestigkeit des Werkzeugstahls bildet eine passende Grundlage für die sprödharten PVD-Schichten. So gibt es zum Beispiel sogenannte Duplex-Prozesse, bei denen das Plasmanitrieren dem eigentlichen PVD-Beschichten in der PVD-Anlage vorgeschaltet wird.

Genau abgestimmte Prozesse sorgen dafür, dass hochglanzpolierte Oberflächen durch Nitrieren nicht aufgeraut werden und die Haftfestigkeit nochmals gesteigert wird. So beschichtete Werkzeuge erreichen durchaus eine Standmenge von einigen Hunderttausend Teilen. In der Regel werden sie dann durch Entschichten, Polieren und Wiederbeschichten instand gesetzt.

Passgenaue Montage vor der Politur bei segmentierten Umformwerkzeugen

Bei einfach konturierten und nicht zu eng tolerierten Stahlwerkzeugen verwendet man gerne CVD-Schichten auf Titan-Nitrid- oder Titan-Carbid-Basis zum Umformen hochfester, dickerer Bleche (Bild 1 – siehe Bildergalerie). Weil der Beschichtungsprozess bei etwa 1000 °C abläuft, wird eine optimale Haftfestigkeit erzeugt.

Außerdem haben CVD-Schichten nur geringe innere Spannungen, sodass man durchaus Schichtdicken von 7 bis 10 µm realisieren kann. Diese vergleichsweise hohen Schichtdicken in Verbindung mit einer Härte von 2800 bis 4000 HV0,05 bilden einen hervorragenden Schutz gegen Abrasivverschleiß.

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