Reine HiPIMS-Schichtwerkstoffe

 

«Mit der HiPIMS-Beschichtungsanlage C800 ist uns die nächste bahnbrechende Innovation für die Welt der Beschichtung gelungen. Nicht nur, dass wir mit der Anlage sehr hohe Abscheideraten und damit höchste Produktivität erzielen, dank dieser technischen Weiterentwicklung können auch erstmals wirtschaftlich reine HiPIMS-Schichten abgeschieden werden. Diese neue Schichtklasse ist unübertroffen an Glätte, Härte/Zähigkeit, Dichte und Haftung», schwärmt Dr.-Ing. Stephan Bolz, PVD Process Development Coating Technology.

 

Werkzeughersteller können bei der Zerspanung deutliche Performancesteigerungen erwarten: mit «FerroCon» bei Stahl und mit «InoCon» bei rostfreien Stählen.

Sputtern ist die Basis von HiPIMS

Dass CemeCon bei der Entwicklung dieser Technologie die Nase vorne hat, ist kein Wunder: Denn HiPIMS ist die Weiterentwicklung des Sputterverfahrens. Und als Premiumbeschichter ist man das weltweit einzige Unternehmen, das seit 30 Jahren konsequent auf die Sputtertechnologie zum Beschichten von Zerspanungswerkzeugen setzt. Dieser unvergleichlich grosse Erfahrungsschatz wurde nun in der Entwicklung der innovativen HiPIMS-Beschichtungsanlage C800 und der neuen Schichtwerkstoffe «FerroCon» und «IonCon» gebündelt. Dabei wurde Erstaunliches erreicht.

Beim Sputtern werden die Materialien – direkt ohne Übergang zur Schmelze – verdampft. Dadurch vermeidet man die Bildung von Fehlstellen (Droplets) und erzielt sehr glatte Beschichtungen. Zudem können so fast alle Materialien verwendet werden. HiPIMS-Schichten erreichen dank der hohen Metallionisation zusätzlich zu diesen Vorteilen eine sehr hohe Dichte und höchste Haftung, die jene von Arc-Beschichtungen übertrifft.

Dazu bemerkt Stephan Bolz: «Wer jetzt denkt, das kenn ich doch, hat nicht ganz unrecht. Jedoch wurden bisherige HiPIMS-Schichten meistens mit einer Hybridtechnologie aus DC- und HiPIMS-Technologie abgeschieden. Unsere neue HiPIMS-Anlage stellt dagegen reine HiPIMS-Schichtwerkstoffe her, die alles bisher Dagewesene nochmal übertreffen.» Sie sind dropletfrei und extrem glatt, spannungsarm, ausserordentlich hart und verschleissbeständig sowie unvergleichlich haftfest. Diese überlegenen Eigenschaften sorgen im Vergleich zu herkömmlichen PVD-Beschichtungen für längere Standzeiten, bessere Werkstückoberflächen und höhere Schnittdaten. So können Werkzeughersteller deutliche Performancegewinne bei der Zerspanung erwarten.

 

Unter dem Rasterelektronenmikroskop zeigt sich, wie glatt die reinen HiPIMS-Beschichtungen sind.

Zwei neue reine HiPIMS-Schichtwerkstoffe

Zudem eröffnet die neue Technologie enorme Möglichkeiten bei der Schichtkonstruktion und beweist so eine maximale Flexibilität. «Zu Beginn stellen wir zwei reine HiPIMS-Schichtwerkstoffe vor, nämlich FerroCon und InoCon. Dabei sind die Namen nicht nur zufällige Wortkonstrukte, sondern sollen Anwender auf den Einsatzbereich der jeweiligen Schicht aufmerksam machen. Denn anwendungsspezifische Beschichtungslösungen zu produzieren, die genau auf die Kundenanforderungen zugeschnitten werden, ist unsere Aufgabe», erklärt Stephan Bolz.

Die auf AlTiN basierende, reine HiPIMS-Schicht «FerroCon» wurde speziell für die Zerspanung von Stählen (Ferro = ferrous material = eisenhaltiges Material) entwickelt. «InoCon» ist eine Silizium dotierte, kupferfarbene reine HiPIMS-Schicht, die bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl herausragende Ergebnisse erzielt. Die Vorsilbe Ino leitet sich vom Synonym für rostferie Stähle «Inox» ab (französisch: inoxydable = rostfrei). Auch die nächste reine HiPIMS-Schicht für die Bearbeitung von NE-Metallen ist schon in der Entwicklung.

Die neuen Schichtwerkstoffe bietet CemeCon in verschiedenen Schichtdicken an. Diese liegen je nach Schichtwerkstoff und Werkzeugtyp zwischen 1,5 und 6 µm.

 

Zerspanungsversuche bestätigen Leistungsfähigkeit

Auch der Fachverband Präzisionswerkzeuge im VDMA sieht die Zukunft hochtechnologischer Werkzeuge unter anderem bei neuen Wegen in der Beschichtung. Beschichtungstechnologien wie HiPIMS spricht der Verband dabei hohes Potential zu, um die Lebensdauer der Werkzeuge zu verlängern. Schon die ersten Zerspanungsversuche mit den neuen reinen HiPIMS-Schichten geben den Experten recht und zeigen die überlegene Qualität von «FerroCon» und «InoCon».

Der Vergleich macht es deutlich: «FerroCon»-beschichtete Wendeplattenwerkzeuge bearbeiten (Z = 2, V_c = 250 m/min und a_p = 3 mm) 398 Werkstücke aus 40CrMoV4-6, AlCrN-beschichtete nur 211 Werkstücke. Auch «InoCon» hat die Nase vorn. Im Vergleich zu AlTiN weisen damit beschichtete VHM-Fräser (d = 8 mm, Z = 4) bei der Zerspanung (v_c = 80 m/min, f_z = 0,035 mm, a_e = 5 mm, a_p = 3 mm) von austenitischem Chromnickelstahl (1.4301) deutlich weniger Verschleiss auf. Die maximale Verschleissmarkenbreite (VB_max) liegt mit 26 µm klar unter dem von AlTiN mit 97 µm.

 

Enge Zusammenarbeit mit der FH Aachen

Für die Zerspanungsversuche erhält CemeCon seit langem Unterstützung von der Fachhochschule Aachen – so auch bei der Entwicklung der neuen HiPIMS-Schichtwerkstoffe. Die modernen Bearbeitungszentren der Zentralwerkstatt des Fachbereichs Maschinenbau und Mechatronik sind optimal, um neue Werkzeugbeschichtungen beim Fräsen, Bohren oder Drehen zu testen. «Die Zerspanungsversuche erfolgen an der FH. Für die Auswertung und Verschleissbegutachtung kommen die Werkzeuge wieder zu uns. Da sind die räumliche Nähe sowie die enge und unbürokratische Zusammenarbeit ein unschlagbarer Vorteil», bemerkt Dr. Werner Kölker, Leiter Forschung und Entwicklung bei CemeCon.

 

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