Abscheidetechnologien

Verfahren zur Herstellung von Hartstoffbeschichtungen für Werkzeuge

Der größte Anteil von Hartstoffbeschichtungen im Werkzeugbau wird durch Beschichtungensverfahren mit der CVD- (Chemical Vapour Deposition) der PVD- (Physical Vapour Deposition) und der PACVD- (Plasma Activated Chemical Vapour Deposition) Technologie hergestellt.

Die Abscheidung von Hartstoffbeschichtungen mit dem CVD Verfahren eignet sich nicht für alle Werkzeuge. Der Grund hierfür sind die hohen Beschichtungstemperaturen - zwischen 800°C und 1000°C - die benötigt werden, damit eine chemische Reaktion in der Nähe oder an der Werkzeugoberfläche stattfindet. Die Reaktionsprodukte lagern sich als Feststoffe auf den Werkzeugen ab. Der Beschichtungsprozess findet im Grobvakuum statt, dies hat den Vorteil, dass auch komplizierte Geometrien beschichtet werden können, ohne das ein Drehen der Teile notwendig ist.

Die Hartstoffbeschichtungen haben ein sehr feines und dichtes Gefüge. Ihre Schichtstärke hängt von der Beschichtungsdauer ab und kann bis zu 10µm betragen. Hartmetalle können problemlos beschichtet werden, bei gehärteten Stählen ist eine Wärmenachbehandlung notwendig, es kann zu geringen maßlichen Veränderungen kommen.

Hartstoffbeschichtungen nach dem PVD Verfahren werden im Hochvakuum entweder durch Verdampfen oder Zerstäuben der metallischen Schichtkomponente abgeschieden. Beim Verdampfen wird durch thermische Energiezufuhr (z. B. Lichtbogen), beim Zerstäuben durch kinetische Energie der Inertgasionen, das Schichtmaterial in die gasförmige Phase überführt. Die Metallionen reagieren mit einem oder mehreren Arbeitsgasen und kondensieren an der Werkzeugoberfläche zu den Hartstoffbeschichtungen.

Das Hochvakuum beim PVD Verfahren führt zu einem gerichteten Teilchenstrom, so dass nur die Werkzeugoberflächen beschichtet werden, die zu der Beschichtungsquelle zeigen. Für gleichmäßige Hartstoffbeschichtungen auf den Werkzeugen müssen diese permanent rotieren. Im Gegensatz zu den CVD Verfahren kommt man nur sehr begrenzt in Bohrungen hinein.

Ein großer Vorteil aber sind die niedrigen Prozesstemperaturen zwischen 180°C und 450°C bei den PVD Beschichtungen. Es lassen sich beinahe alle Metalle und Werkzeugstähle mit den Hartstoffbeschichtungen nach dem PVD Verfahren beschichten. Ein Verzug ist nicht zu befürchten.

Das PACVD Verfahren wurde entwickelt, um den Verfahrensnachteil der hohen Prozesstemperatur beim CVD Beschichten zu vermeiden, ohne auf die Möglichkeit zu verzichten, die Hartstoffbeschichtungen rundum aufbringen zu können. Der Einsatz eines Plasmas und spezielle Spannungsquellen führten zu einer deutlichen Temperaturabsenkung. Dies hat die Möglichkeiten der Abscheidung von Hartstoffbeschichtungen erheblich erweitert, so kommen zunehmend DLC Schichten zum Einsatz, die mit den PAVCD Verfahren abgeschieden werden.

Weitere Informationen erhalten Sie auch auf unserer Sonderseite für Werkzeugbeschichtungen.