nach oben
maschine+werkzeug 03/2014

Mehr Leistung für Werkzeuge

Technik - Werkzeuge

Beschichtungen - Das Hipims-Beschichtungsverfahren (›High Power Impulse Magnetron Sputtering‹) des Fraunhofer-Insituts für Produktionstechnologie (IPT) und dem Kooperationspartner Cemecon ermöglicht härtere, zähere und haltbarere Werkzeuge.

Härter und zäher

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)geförderten Forschungsprojekt ›Innomill‹ haben die Aachener und Würselener Forscher und Wissenschaftler die Beschichtungssysteme für metallische Hochleistungsfräswerkzeuge genau unter die Lupe genommen. Die Schichten sollten durch den Einsatz der Hipims-Technologie besser auf den Werkzeugen haften. In diesem Zusammenhang erklärte der Projektleiter Dr. Werner Kölker und Leiter Technology bei der Cemecon AG: »Das Hipims-Verfahren ist für uns die PVD-Zukunftstechnologie mit dem größten Potenzial. Die so hergestellten Schichten sind dabei nicht nur härter und zäher, sondern durch das neue Beschichtungsverfahren auch homogener und deutlich haltbarer.« Das Unternehmen Cemecon arbeitet seit mehr als 25 Jahren auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik und ist Experte für besonders glatte Beschichtungen für Werkzeuge und Bauteile in einzigartiger Materialvielfalt.

Außerdem, so Dr. Kölker, wiesen die getesteten Schichten, die mit dem Hipims-Verfahren aufgetragen werden, weniger Fehlstellen in Form sogenannter ›Droplets‹ und damit eine geringere Rauheit auf. Der Vorteil für die Bearbeitung: Selbst komplexe Bauteile für Turbomaschinen wie Turbinenscheiben und Radialverdichter aus Titan- und Nickelbasislegierungen oder Umformwerkzeuge für den Werkzeug- und Formenbau aus vergüteten Stählen lassen sich mit der präziseren und haltbareren Hipims-Beschichtung mit einer geringeren Anzahl an Werkzeugwechseln fräsen.

Das Fraunhofer IPT untersuchte während der ersten Projektphase den Einfluss unterschiedlicher Schichtsysteme auf die Werkzeugeigenschaften. Dazu gehörten auch die Bewertung und Qualifizierung der Beschichtungen im Einsatz. Wie der Projektleiter des Fraunhofer IPT, Michael Ottersbach, erklärt, wurden zunächst am Prüfstand Untersuchungen angestellt und schließlich dann in Realfräsprozessen auf einer Fünf-Achs-Fräsmaschine verifiziert. Das Ziel: Die Standzeit der Werkzeuge sollte verlängert und die bestehenden Fräsprozesse optimiert werden, damit die Fräsarbeiten schneller und mit höherer Qualität der Bauteile durchgeführt werden können.

Bei der Beurteilung der einzelnen Beschichtungen auf Basis von TiAlN, TiSiN, AlTiN und TiB2 wurde festgestellt, dass diese zum Teil unterschiedliche Dicken und Rauheiten aufweisen und damit die tribologischen Eigenschaften der Schichten beeinflussen können. Durch den gezielten Einsatz der unterschiedlichen Beschichtungen steigt die Temperatur im Werkzeugsubstrat während der Bearbeitung weniger stark an. Die Folge ist, dass die entstehenden Bearbeitungskräfte geringer sind. So verbessert sich die Konturgenauigkeit des Bauteils deutlich, und die Werkzeuge verschleißen weniger schnell. Den besten Temperaturschutz lieferte im Versuch die neue AlTiN-Beschichtung, die geringsten Kräfte konnten beim Einsatz der Werkzeuge mit der TiB2-Beschichtung gemessen werden. Geplant ist nun, anhand eines Demonstratorbauteils aus der Nickelbasislegierung ›Inconel 718‹ weitere Versuche durchzuführen und die Beschichtungstechnologie sowie die passenden Fräsprozesse für den industriellen Einsatz zu qualifizieren.

Beim sogenannten Sputtern wird der zu verdampfende Werkstoff zur Schichtherstellung direkt vom festen in den gasförmigen Zustand überführt. Bis dahin wurde beim traditionellen Verfahren das Schichtmaterial aufgeschmolzen. Dabei bilden sich zwangsläufig Droplets, die als Fehlstellen den Schichtaufbau stören und zu einer sehr rauen Oberfläche führen. Beim Sputtern treten eben diese Droplets nicht auf. Alleinstellungsmerkmal der Sputtertechnologie ist die extrem glatte Oberfläche ohne Fehlstellen.

Eine weitere Eigenschaft der Sputtertechnologie ist die deutlich reduzierte Eigenspannung in der Beschichtung. Aus Würselen war zu erfahren, dass alle bekannten Beschichtungen sich mit dem Sputtern herstellen lassen. Dabei ist es gleichgültig, ob Metalle, Oxide, Nitride, Boride oder Carbide aufgetragen werden sollen. Dabei lassen sich sowohl elektrisch leitfähige als auch isolierende Schichten herstellen – und das auf elektrisch leitfähigen wie auf isolierenden Substraten. Dies ermöglicht die Abscheidung von AlTiN-Schichten bis zu einer Schichtdicke von 15 µ.

Das ist ein unschlagbarer Vorteil bei Anwendungen, wo es auf großes Verschleißvolumen ankommt. Während bei Cemecon DC-Sputteranlagen im Scratchtest Standard-Haftungswerte um 100 Newton ereichen, schafft der Hersteller mit der innovativen Hipims-Technologie Scratchlasten von mehr als 130 Newton. Diese Werte sind nach Unternehmensangaben bislang im Markt unerreicht. Weiterer Vorteil: Die meisten Beschichtungen werden bei Temperaturen von 250 bis 500 Grad Celsius hergestellt. Gepulste Verfahren ermöglichen auch Temperaturen unterhalb von 150 Grad Celsius. Mit Sputtern ist also nahezu jeder Schichtwerkstoff abscheidbar.

Hier geht es zu den Sputter-Beschichtungslösungen von Cemecon.

Hier geht es zum Fraunhofer IPT.

  • Prüfstand für Untersuchungen der unterschiedlich hergestellten Werkstoffschichten, die schließlich in Fräsprozessen verifiziert werden.

    Prüfstand für Untersuchungen der unterschiedlich hergestellten Werkstoffschichten, die schließlich in Fräsprozessen verifiziert werden.

  • Die Beschichtungsanlage ›CC800/9 Hipims‹ ist Teil des Beschichtungszentrums für Zerspanwerkzeuge in Würselen. Hier werden täglich bis zu 70000 Zerspanwerkzeuge beschichtet.

    Die Beschichtungsanlage ›CC800/9 Hipims‹ ist Teil des Beschichtungszentrums für Zerspanwerkzeuge in Würselen. Hier werden täglich bis zu 70000 Zerspanwerkzeuge beschichtet.

  • 2000-fach vergrößert: Die herkömmliche PVD-Beschichtung zeigt sichtbare Droplets ...

    2000-fach vergrößert: Die herkömmliche PVD-Beschichtung zeigt sichtbare Droplets ...

  • ... dagegen ist die Sputter-Schicht viel glatter und auch in Härte und Zähigkeit überlegen.

    ... dagegen ist die Sputter-Schicht viel glatter und auch in Härte und Zähigkeit überlegen.

1 | 0

Anzeige - das nächste Bild wird in Sekunden angezeigt - überspringen

Anzeige - das nächste Bild wird in Sekunden angezeigt - überspringen


Inhaltsverzeichnis
Unternehmensinformation

CemeCon AG

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

Diese Beiträge könnten Sie auch interessieren
keine Kommentare
Diesen Artikel kommentieren





Über die Verarbeitung Ihrer personenbezogenen Daten zum Zweck der Kommentierung von Inhalten informiert Sie unsere Datenschutzerklärung.
Aktuelle Videos

VDMA: Maschinenbau verzeichnet Orderminus von 9 Prozent im ersten Halbjahr


Zu den Videos

Newsletter

Sie wollen immer top-aktuell informiert sein? Dann abonnieren Sie jetzt den kostenlosen Newsletter!

Hier kostenlos anmelden

Aktuellen Newsletter ansehen

Basics
Zur Übersicht aller Basics