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Oberflächentechnik mit Tiefgang

Unser Angebot an Hartstoffdünnschichten

PVD-Schichten

Die meisten tribologischen Hartstoffschichten sind intermetallische Hartstoffphasen, welche unter Anwendung von vakuumgestützten und plasmaaktivierten PVD-Verfahrenstechniken abgeschieden werden. Vor allem Mischkristalle aus den Metallen Titan, Chrom oder Aluminium in Verbindung mit Stickstoff und/oder Kohlenstoff können Schichtmaterialien (Karbide, Nitride, Karbonitride) mit sehr hohen Härten und weiteren interessanten Eigenschaften darstellen. Die PVD-Verfahren bieten vorteilhafte Möglichkeiten, die Zusammensetzung und somit auch die Eigenschaften dieser Mischkristalle sehr präzise und gut reproduzierbar einzustellen.

PVD-Verfahren ermöglichen zudem die relativ einfache Erzeugung von Mehrlagenschichten aus einige 10 bis 100 Nanometer dicken Einzellagen mit z.T. signifikant differierenden Eigenschaften. Dadurch können moderne Sandwichverbunde realisiert werden, die z.B. hinsichtlich Dauerfestigkeit oder Oxidationsbeständigkeit den klassischen, monolithischen Schichten deutlich überlegen sind.

beschichtbare Werkstoffe:
  • Stähle mit Anlasstemperaturen >450°C
  • Hartmetalle

TiN

Titannitrid ist der Klassiker unter den industriell auf Werkzeugen abgeschiedenen Hartstoffen. Erste Anwendungen gab es bereits in den späten 1970'er Jahren. Hauptsächlich und wahrscheinlich aufgrund seiner goldgelben Färbung ist dieser Schichtwerkstoff auch heute noch sehr bekannt und beliebt. Besonders hervorzuheben ist seine hohe Universalität. Dennoch stehen für die meisten Fertigungstechniken inzwischen leistungsfähigere Schichtwerkstoffe zur Verfügung. TiN weist ein gutes Benetzungsverhalten gegenüber Schmierstoffen auf, ist lebensmittelecht, wirkt äußerst dekorativ und kann als zähere Zwischenlage oder Indikatorschicht in Mehrlagenschichten eingebaut werden.

Anwendungsgebiete:
  • Blechumformung bei geringen bis mittleren Werkzeugbeanspruchungen
  • Lebensmittelverarbeitung
  • Dekoration
  • Formbeschichtung beim Spritzgießen von Thermoplasten

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TiCN

TiCN stellt eine der ersten Weiterentwicklungen des klassischen TiN dar. Mehrere sehr harte, aber auch sehr spröde TiC- bzw. TiCN-Lagen werden durch duktilere TiN-Lagen voneinander separiert. Letztere können Spannungen vorübergehend aufnehmen, verteilen und in den Grundwerkstoff ableiten. Im Ergebnis lassen sich Schichtverbunde mit sehr hohen Verschleißwiderständen und ausgezeichneten Dauerfestigkeiten erzeugen.

Anwendungsgebiete:
  • Blechumformung
  • Stahlblechstanzen, materialabhängig bis 6 mm Materialstärke
  • Gewinden
  • Unterbrochene Schnitte: Fräser, Drehmeisel

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TiAlN

Auch TiAlN ist eine auf Mehrlagenstruktur basierende Weiterentwicklung der TiN-Schichten. Die Eigenschaften der TiAlN-Schichten hängen vom variierbaren Verhältnis zwischen Titan und Aluminium im Mischkristall ab. Es lassen sich sowohl Schichten mit höherem Titan- als auch überwiegendem Aluminiumanteil erzeugen. Viele der jüngeren und aktuellen Weiterentwicklungen bauen auf dieser Erkenntnis auf. TiAlN-Modifikationen zeichnen sich durch unübertroffen hohe Einsatztemperaturen von 900 bis über 1000°C und sehr hohe Härten aus.

Anwendungsgebiete:
  • Hochleistungszerspanung
  • Trockenzerspanung
  • Gewinden
  • Massivumformung mit relativ  geringen Umformgraden und Werkzeugbelastungen

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CrN

CrN wird sowohl als monolithische Schicht als auch als Haftvermittler- oder Zwischenlage in Mehrlagenschichtsystemen verwendet. Es zeichnet sich besonders durch eine gute chemische Beständigkeit sowie durch eine gewisse materialabweisende und korrosionsschützende Wirkung aus. Deshalb kommt es in vielen Anwendungen als dünnere, jedoch deutlich verschleißfestere Alternative zur galvanischen Hartchrombeschichtung in Betracht.

Anwendungsgebiete:
  • Buntmetallbearbeitung
  • Thermoplast-, Duroplast- und Elastomerverarbeitung (Spritzen, Extrudieren, Formen)

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HT-CVD-Schichten

Hochtemperatur-CVD-Verfahren werden seit den frühen 1970'er Jahren zur Erzeugung von harten, keramischen Verschleißschutzschichten eingesetzt. Wesentlicher Vorteil der mit diesen Verfahren abgeschiedenen Schichten ist ihre außerordentlich feste Verbindung mit dem Grundwerkstoff, welche durch bei Temperaturen um 1000°C ablaufende Diffusionsprozesse und chemische Reaktionen möglich wird. Die enorme Haftfestigkeit erlaubt die Applikation der CVD-Schichten mit einer größeren Gesamtdicke bzw. Verschleißreserve und macht sie überdies in hohem Maße schwerlast- sowie lastwechseltauglich.

Darüber hinaus bietet allein das thermische CVD-Verfahren infolge seiner - in Abwesenheit eines Ionenplasmas - durch bloße Wärmezufuhr bewirkten Aktivierung sowie der nur aus gasförmigen Reaktanten erfolgenden Schichtbildung die Möglichkeit, in kleine Hohlräume vorzudringen und auch innenliegende Flächen mit Hartstoffen auszukleiden. Es zeichnet sich somit durch eine hervorragende Loch- und Spaltengängigkeit aus.

In Verbindung mit einer relativ geringen Defektdichte erreichen mit CVD-Verfahren abgeschiedene Schichten meist deutlich längere Standzeiten bzw. Standwege als chemisch analoge, aber mittels PVD-Verfahren abgeschiedene Schichtwerkstoffe.

Neben intermetallischen Hartstoffphasen, wie Titannitrid (TiN) oder Titankarbid (TiC), sind grundsätzlich auch oxidische Keramiken, wie Aluminiumoxid (Al2O3), als Schichtwerkstoff realisierbar.

Besondere Beachtung gebührt dem leider oft ungünstigen Sachverhalt, dass alle mittels CVD-Verfahren zu beschichtenden Stahlwerkstoffe infolge der hohen Prozesstemperaturen weichgeglüht werden und im Fall ihrer späteren mechanischen Beanspruchung zwingend einer nachträglichen Wärmebehandlung zu unterwerfen sind. Das dabei vorhandene Verzugsrisiko kann allerdings über geeignete technologische Vorgehensweisen minimiert werden.

beschichtbare Werkstoffe:
  • Stähle mit Kohlenstoffgehalt > 0,2%
  • Hartmetalle

CVD-TiC>TiN, klassisch

Bei dieser Variante findet TiN als obenliegende Funktionsschicht Verwendung. Sie wird durch eine extrem harte und, besonders bei Stahlwerkstoffen mit hohem C-Gehalt, durch chemische Bindungen fest am Grundwerkstoff anhaftende TiC-Unterlage gestützt.

Anwendungsgebiete:
  • Stahl-Blechumformung (sinnvoll bei höheren Blechstärken oder festeren Werkstoffen)
  • Gewindewalzbacken
  • Schraubenkopfstaucher
  • Drückstempel
  • hochbeanspruchte Matrizen
  • andere Kalt-Massivumformanwendungen

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CVD-TiN>TiC, harmonisch

Ein harmonischer Spannungs- und Härteverlauf mit vom Substratwerkstoff zur Oberfläche hin ansteigender Werkstoffeigenspannung und Härte wird durch den Schichtaufbau mit TiN-Unterlage und obenliegender TiC-Schicht hergestellt. Dieser Schichtaufbau ist gegenüber der klassischen Schichtfolge in solchen Anwendungen überlegen, welche besonders stark wechselnde oder bedeutende zusätzliche Belastungen verursachen, wie z.B. thermische Wechselbeanspruchung.

Anwendungsgebiete:
  • wie "CVD-TiC>TiN"
  • Blechumformung hochfester Stähle
  • Kalt-Massivumformung
  • Warm-Massivumformung

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PA-CVD-Schichten

Plasmagestützte CVD-Prozesse (PACVD oder häufig auch PECVD genannt) verwenden wir ausschließlich zur Abscheidung amorpher Kohlenstoffschichten. Die Deposition erfolgt bei Temperaturen von 50 bis 150°C, wobei die Bauteile auf gekühlten Substratträgern gehaltert werden. Ein Wärmeeintrag erfolgt nur durch die Plasmaeinwirkung. Da das schichtbildende Material ausschließlich über Gase zugeführt wird, sind mittels PACVD erzeugte Kohlenstoffschichten sehr defektarm und bedingt auch in korrosiv wirkender Umgebung einsetzbar. Zudem erlauben zur Plasmaerzeugung verwendete, mittel- bis hochfrequente Wechselspannungen auch die Beschichtung einiger elektrisch nichtleitender Werkstoffe.

beschichtbare Werkstoffe:
  • Stähle
  • Hartmetalle
  • Al-, Ti-, Ni- oder Cr- Basiswerkstoffe
  • nichtmetallische Keramiken
  • Glas
  • diverse Kunststoffe

DLC

Der Begriff "Diamond-Like-Carbon" (diamantähnlicher Kohlenstoff) wird heute stellvertretend für eine ganze Gruppe amorpher, kohlenstoffbasierter Schichten verwendet (insgesamt 7 Unterkategorien). Andere Bezeichnungen sind i-Kohlenstoff (auch i-C) oder amorpher Kohlenstoff.

Die von uns derzeit angebotenen Kohlenstoffschichten gehören zur Gruppe der wasserstoffhaltigen, amorphen Kohlenstoffschichten (Nomenklaturname: a-C:H). Wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten besitzen Härten von ca. 2000 bis 3000 HV und zeichnen sich ganz besonders durch gegenüber metallischen Reibpartnern sehr niedrige Trockenreibwerte von ca. 0,1 bis 0,25 aus, die sie auch in inerten Atmosphären oder unter Vakuum beibehalten. Sie sind bis ca. 300°C anwendbar, wobei sich der Reibwert jedoch oberhalb von 100°C sprunghaft erhöht.

Anwendungsgebiete:
  • Gleitflächen an Maschinenbauteilen (z.B. Mechaniken von Spritzgießwerkzeugen)
  • Aluminiumbearbeitung (Zerspanen u. Umformen)
  • Holzwerkstoffzerspanung
  • Kunststoffzerspanung
  • Verschleißschutz- und Trennschicht auf Formen zur Thermoplastverarbeitung

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XLC

Unter dem Kürzel XLC bieten wir eine Weiterentwicklung der DLC-Schichten an, die mit Fremdelementen (X) modifizierten, wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschichten (Nomenklaturname: a-C:H:X). Die Modifikationen erlauben, einzelne Eigenschaften der Kohlenstoffschicht in weiten Grenzen zu variieren und "X-like" einem konkreten Anwendungsfall anzupassen. Beispielsweise lassen sich Schichten mit noch niedrigeren Reibwerten von ca. 0,03 abscheiden. Andere gut beeinflussbare Eigenschaften sind z.B. die bis ca. 650°C steigerungsfähige Temperaturstabilität oder das aus dem gezielt einstellbaren Benetzungsverhalten resultierende (Anti-)Haftvermögen gegenüber kontaktierenden Materialien.

Anwendungsgebiete:
  • Trennschicht auf Kunststoffformen (Thermoplaste, Duroplaste)
  • Gleitflächen
  • Holzwerkstoffzerspanung

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Kurzübersicht der Schichten und ihrer Eigenschaften

(Anklicken zum Vergrößern)