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WB Werkstatt + Betrieb 12/2017

Schwache Hitze, starke Schicht

Werkzeugbeschichtung, Verschleißminimierung, Umweltschutz

Schwache Hitze, starke Schicht

Mit einem thermochemischen CVD-Beschichtungsverfahren ist es erstmals möglich, die verschleißenden Flächen von Bohrern, Reibahlen und anderen Werkzeugen mit ultraharten Metall-Reinstkarbiden zu beschichten, und das bei einer Temperatur von nur 480 bis 600 °C.

Seit gut 100 Jahren ist es möglich, Werkzeugoberflächen zu veredeln, indem man Bor, Chrom, Vanadium und Titan mittels thermochemischer Hochtemperaturdiffusion bei einer Temperatur von 800 bis 1100 °C auf sie abscheidet. Leider verlieren die Teile dabei an Härte, sodass man sie nachhärten und anlassen muss. Weil das fast immer zu einem nicht akzeptablen, irreparablen Verzug führt, setzten sich diese Prozesse in der Industrie nicht vollständig durch, auch nicht zum Veredeln von Hartmetall. Als aus dem Gasnitrieren das Tieftemperatur-Ionennitrieren wurde, ließ sich dafür ausgelegter Stahl unter 550 °C behandeln, doch die Randzonen-Mikrohärte erreichte nur ein Niveau bis 1200 HV – zu wenig für die meisten Fälle.

Was stets blieb, ist der Zwang zum Härten und Anlassen

Erst Ende der Fünfzigerjahre wurde ein weiteres thermochemisches Hochtemperatur-Verfahren entwickelt: das Normaldruck-CVD-Verfahren. Damit ließen sich erstmals Titannitrid und Titankarbid als Mikroschicht im Hochtemperaturbereich von 850 °C bis 1100 °C auf Stahloberflächen abscheiden. Leider blieben auch hier das Verzugproblem und der Zwang zum Nachhärten bestehen, auch wenn die Entwicklung verzugfreier Stahlsorten das Problem minderte.

Nachdem das Normaldruck-CVD-Verfahren in den Siebzigerjahren zum Hochtemperatur-Unterdruck-CVD-Verfahren weiterentwickelt und industrialisiert werden konnte, ließen sich auch Hartmetallwerkzeuge mit Hartstoffen in bis zu 20 µm dicken kristallinen Mikroschichten veredeln. Die genannten Umstände bewogen Industriefachleute, nach einem rationellen Tieftemperaturverfahren zu suchen. Erste Erfolge brachte das im Dresdener Von-Ardenne-Institut entwickelte physikalische Bedampfen von Oberflächen mit Metallen. Die Idee wurde in der Industrie zum reaktiven Prozess zur Herstellung von Hartstoffen im Temperaturbereich von 100 bis 700 °C weiterentwickelt und im Westen unter dem Namen PVD-Verfahren auf den Markt gebracht (PVD – Physical Vapour Deposition).

von Lienhard J. Paterok und Leonhard F. Paterok

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