Zerspanen Höhere Standzeiten durch Elementmischung bei der Werkstoffbeschichtung

Die Nano-Anbindungsschicht (Nanolock) in der Hartstoffbeschichtung ist eine Entdeckung von Boehlerit, die den Erfolg beim Drehen, Fräsen, Drehschälen und Kurbelwellenbearbeiten erhöhen soll. Die Entwickler haben es bei den neuen Steeltec-Drehsorten LC215K und LC225K geschafft, dass sich in der Titancarbonitrid-Schicht (TiCN) die Elemente Kohlenstoff und Stickstoff vermischen.

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Titancarbonitrid-Beschichtungen werden als Verschleißschutzschicht für Wendeschneidplatten und Werkzeuge aus Hartmetall genutzt. Über 90% aller mittels CVD-Verfahren beschichteter Wendeschneidplatten enthalten im Mehrlagenaufbau zumindest eine Ti(C, N)-Schicht.

Bessere Titancarbonitrid-Beschichtungen möglich

Obwohl dieser Schichtstoff seit Jahrzehnten zur Anwendung kommt, bestehen nach Angaben des Unternehmens noch immer Möglichkeiten zur Verbesserung. In diesem Zusammenhang sind die Mikrostruktur, die Kristallgröße und die Kristallorientierung der Beschichtung von Interesse. Vor allem ist eine Reduktion der Korngröße erwünscht, da nanostrukturierte Beschichtungen einen Anstieg bei den mechanischen Kenngrößen im Vergleich zu durchschnittlichen, mikrokristallinen Beschichtungen aufweisen.

Neueste Untersuchungen haben deutliche Vorteile von nanokristallinen Schichten unter höchster Beanspruchung gezeigt. Es hat sich herausgestellt, dass eine Kristallitgröße von zirka 50 bis 300 nm bei equiaxialem Kristallwachstum eine deutliche Verbesserung der Verschleißbeständigkeit der Ti(C, N)-Beschichtung bringt.

Titancarbonitridschicht erstmals ohne Dotierung

Während üblicherweise das Kristallwachstum und die Kristallitgröße durch Beigabe von so genannten Dotierungen während der Schichtabscheidung aus der Gasphase gesteuert werden, ist es LMT-Boehlerit gelungen, eine nanostrukturierte Titancarbonitridschicht ohne Dotierung, nur durch Wahl geeigneter Prozessparameter während der Schichtabscheidung zu erzielen. Diese spezielle Hochtemperatur-CVD-Ti(C, N)-Schicht zeigte bei Untersuchungen im Vergleich zu den weit verbreiteten Mitteltemperatur-CVD-Ti-(C, N)-Schichten nach Angaben von Boehlerit eine rund dreifach feinere Kristallitgröße von nur rund 25 nm.

Untersuchungen der Oberfläche dieser neuen HT-Ti(C, N)-Beschichtung im Elektronenmikroskop zeigten außer der extremen Feinkörnigkeit auch, dass diese Schicht einen so genannten „Kompositcharakter“ hat. Das heißt, zwei unterschiedliche Kristalltypen (kleine, sternförmige Nadeln und größere, linsenförmige Plättchen) liegen gleichzeitig nebeneinander vor.

Dies führt zu einer besseren Haftung der folgenden Al2O3-Beschichtung auf der HT-Ti(C, N)-Schicht. Erstere wird aufgrund ihrer niedrigen thermischen Leitfähigkeit zum Schutz des Hartmetallsubstrats gegen die an der Schneidecke auftretenden hohen Temperaturen eingesetzt.

Als Folge der ständig steigenden Schnittgeschwindigkeiten ist die Haftung auf der Ti(C, N)-Schicht ein kritischer Punkt. Bei den Drehsorten Steeltec LC215K und LC225K und bei der universellen Drehschälsorte LC228E sowie bei der Stahlfrässorte LC239Q speziell für die Kurbelwellenbearbeitung konnte LMT-Boehlerit mit der Nanolock-Anbindungsschicht die Zerspanungsleistung um bis zu 50% steigern.

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