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maschine+werkzeug 07/2010

Am Puls der Zerspaner

Technik

Beschichtungen - Um Zerspanern auch weiterhin Verbesserungspotenzial zu bieten, geht Cemecon mit dem Hipims-Verfahren den nächsten Schritt in der Beschichtungstechnologie.

Härte, Zähigkeit und Haftung zählen zu den wichtigsten Eigenschaften von PVD-Beschichtungen (Physical-Vapour-Deposition) für Zerspanwerkzeuge der anspruchsvollen Hart-, Hochgeschwindigkeits- und Trockenzerspanung.

Da die zu zerspanenden Werkstoffe kontinuierlich weiterentwickelt werden, stehen Zerspaner ständig vor neuen Anforderungen. Besonders harte, schwer zerspanbare oder zur Kaltverfestigung neigende Werkstoffe ebenso wie solche mit niedriger Wärmeleitfähigkeit erfordern zusätzlich hohe Beständigkeit der Schichten gegen thermische Einflüsse sowie Oxidation.

Hipims-Technologie

Wesentliche Verbesserungen gegenüber konventionellen PVD-Beschichtungen lassen sich mittels der High-Power-Impulse-Magnetron-Sputtering-Technologie (Hipims) erreichen. Hipims-beschichtete Werkzeuge bearbeiten schwer zerspanbare Materialien, wie Nickelbasislegierungen und rostfreie austenitische Stähle, wirtschaftlicher – bei signifikant erhöhten Zerspanparametern und weitaus geringerem Verschleiß. Das Hipims-Verfahren wurde von dem mittlerweile verstorbenen russischen Wissenschaftler Vladimir Kouznetsov entwickelt und patentiert. Erzielt wird dabei eine hohe Ionisation des abgesputterten Targetmaterials (Targetmaterial = Spendermaterial). Hoch energetische Leistungspulse im Megawatt-Bereich werden in das Target eingebracht, wodurch sich ein Plasma mit hoher Ladungsträgerdichte (1019 m-3) vor dem Target bildet. Diese liegt deutlich über dem herkömmlicher DC-Sputterverfahren (Direct Current).

Die hohe Ionisation des zerstäubten Spendermaterials führt – verglichen mit herkömmlichen Verfahren – zu einer Verbesserung der Schichtstruktur und der Schichteigenschaften. Das liegt daran, dass Energie und Bewegungsrichtung der auf das Substrat auftreffenden positiv geladenen Teilchen durch eine an das Substrat angelegte negative Spannung (Bias-Spannung) günstig beeinflusst werden.

Die höhere Ionisation des abgeschiedenen Spendermaterials wird beim herkömmlichen DC-Sputterverfahren durch das Anheben der Kathodenleistung erzielt. Grenzen ergeben sich dabei durch die stärkere thermische Belastung der Kathoden und der zu beschichtenden Substrate.

An diesem Punkt setzt Hipims an: Da die Pulse nur für eine sehr kurze Zeit auf das Targetmaterial aufschlagen und sich daran eine relativ lange Aus-Zeit anschließt, wird lediglich eine niedrige durchschnittliche Kathodenleistungen (1 bis 10 kW) benötigt. So kann das Spendermaterial abkühlen und die Prozessstabilität erhöht sich.

  • Höchste Impulse sorgen beim Hipims-Verfahren für dichtere Schichtstrukturen. Die Technologie lässt sich auch in bereits bestehende Cemecon-Beschichtungsanlagen integrieren.

    Höchste Impulse sorgen beim Hipims-Verfahren für dichtere Schichtstrukturen. Die Technologie lässt sich auch in bereits bestehende Cemecon-Beschichtungsanlagen integrieren.

  • Der Einsatzbereich des neuen Hipims-Schichtwerkstoffs HPN 1 ist dank der erhöhten Härte und Zähigkeit ideal abgestimmt auf die Zerspanung von Superlegierungen.

    Der Einsatzbereich des neuen Hipims-Schichtwerkstoffs HPN 1 ist dank der erhöhten Härte und Zähigkeit ideal abgestimmt auf die Zerspanung von Superlegierungen.

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Unternehmensinformation

CemeCon AG

Adenauerstr. 20 a
DE 52146 Würselen
Tel.: 02405-4470-110
Fax: -199

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