Kennisplatform

Snijgereedschappen – Wat is de juiste coating?

Ongeveer 95 procent van de hardmetaal gereedschappen wordt vandaag de dag gecoat. De toename van de oppervlaktehardheid verhoogt de slijtvastheid van het gereedschap.De verlaging van de glijweerstand bij de spaanafvoer door ultragladde oppervlakten vermindert de neiging tot oplassen alsmede de kans op snijkantsopbouw en de isolerende werking van de coating verhoogt de hittebestendidgheid. Hierdoor kunnen aanmerkelijk hogere standtijden bereikt worden.

Bij het coaten heeft men doorgaans 2 procedés: de PVD-coating(Physical Vapour Deposition) en de CVD-coating (Chemical Vapour Deposition). 

Voorbeeld: AlTiN-coating

CVD coatings

De chemische dampdepositie (Chemical Vapor Deposition = CVD) is een methode om coatings met beperkte eigenspanning aan te brengen, door middel van thermisch geïnduceerde chemische reacties.  

De basisstoffen voor deze coating worden verdampt, en in gasvormige toestand in de coatingzone aangevoerd. Het gas wordt dan ofwel ontbonden of reageert met andere stoffen en bevestigt zich dan als dunne laag op het te coaten substraat. Dat kan luchtledig of onder atmosferische druk gebeuren.  

Om deze oppervlaktereacties mogelijk te maken, zijn substraat temperaturen tot 1000°C nodig. Deze processen kunnen door een plasma ondersteund worden, wat de mate van reactie verhoogt, waardoor de coatingtemperatuur kan worden verlaagd.   

Het CVD proces wordt gebruikt om coatings met een dikte van 5 tot 12 µm, in veel gevallen zelfs tot 20 µm aan te brengen. Gebruikte stoffen zijn TiC, TiCN, TiN en aluminiumoxide (Al203). De coatings kunnen enkelvoudig of in meerdere lagen aangebracht worden. 

Eigenschappen CVD-coating

  • Kleine eigenspanningen van de coating
  • Zeer goede hechting 
  • Hoge belastbaarheid
  • Coatings tot 20 µm mogelijk
  • Zeer goede homogeniteit van de coating
  • Mogelijkheid tot inwendig coaten en complexe geometrieën
  • Bij dikkere coatings een zeer goede werking als hitteschild
  • Bij draai-en freesbewerking van gietijzer zijn snijsnelheden mogelijk, die anders alleen met keramiek bereikt kunnen worden.
  • Hoge procestemperaturen werken een sterkere verbrokkeling van het hardmetaalsubstraat in de hand en verkleinen zo de taaiheid van de snijkant.
  • Dikke coatinglagen van 20 µm leiden tot snijkantsverrondingen en verminderen daarmee de scherpte van de snijkant. 

Diamantcoating

Het coaten met diamant is een speciale vorm van een CVD-coating: Daarvoor wordt het ingebrachte waterstofgas ofwel door hoge temperatuur (2000°C) ofwel door plasma-ontstekingen in waterstofradicalen opgesplitst. Deze radicalen reageren dan met het eveneens ingebrachte koolstofhoudende gas (meestal methaan, CH4), wat tot een neerslag van koolstof op het substraatoppervlak leidt. Als de juiste procesparameters worden aangehouden, dan scheidt dit koolstof zich in kristalvorm als diamant af. Diamantcoatings zijn uitermate geschikt voor het bewerken van sterk abrasieve materialen, zoals grafiet of CFK componenten.

Inzetgebied CVD

CVD-coatings zijn de eerste keus wanneer het op slijtvastheid aankomt, zoals bij algemene draaibewerkingen van roestvrij stalen en boren in staal, waar de dikke CVD coatings de weerstand tegen kolkslijtage verhogen. Eveneens bij freessoorten in ISO P, ISO M en ISO K. Bij boren worden CVD soorten normaal gesproken bij de omtrekwisselplaat toegepast. 

Heeft u nog meer vragen? Stel deze dan aan onze adviseurs.

Ons servicecenter is bereikbaar van maandag t/m vrijdag van 9:00 tot 18:00 uur

PVD-coatings

De PVD methode berust in tegenstelling tot de CVD methode op een puur fysisch werkingsprincipe. Het gaat daarbij om een materiaaldamp, welke op het substraatoppervlak condenseert. Opdat de dampdeeltjes op de componenten terechtkomen en niet door verstrooiing verloren gaan, wordt hier met onderdruk gewerkt. Omdat bij het PVD proces met lagere temperaturen van 400 tot 600 graden celsius gewerkt wordt, worden de eigenschappen van de substraten minder sterk beïnvloed dan bij het CVD proces. Hierdoor blijft de taaiheid van speciale, fijnkorrelig hardmetaal grotendeels behouden.

Bij de PVD coating onderscheidt men hoofdzakelijk vier coating varianten: Opdampen, kathodevertuiven (sputteren), boogverdampen en ionenplateren. De meest belangrijke is het sputteren. Met de verschillende PVD varianten kunnen zo goed als alle metalen en ook koolstof in zeer pure vorm afgescheiden worden. Voegt men bij dit proces reactieve gassen zoals zuurstof, stikstof of koolwaterstoffen toe, dan scheiden zich ook oxiden, nitriden of carboniden af.

Eigenschappen PVD

  • Zeer zuivere lagen
  • Beperkte thermische substraat beïnvloeding – taaiheid blijft behouden
  • Diverse coatingstoffen
  • Kleine tolerantie op de laagdikte
  • Uitstekende hechtende eigenschappen (ook bij extra tussenlagen)
  • relatief dunne laagdiktes 

Toepassingsgebied PVD

PVD-gecoate soorten worden op basis van hun taaie maar toch scherpe snijkanten, aanbevolen voor adhesieve materialen. Het toepassingsgebied omvat alle volhardmetaal frezen en boren, alsook het merendeel van de soorten voor insteken, draadsnijden en -frezen. PVD gecoate soorten worden bovendien veelal ingezet bij nabewerken, alsmede als centrumplaat bij het boren. 

Multilayer

Wanneer er een hogere taaiheid verlangd wordt, komt een Multilayer coating in beeld. Daarbij worden tot 2000 coatinglagen aangebracht, welke soms slechts enkele Nanometer dik zijn. De meerlagige coatingopbouw verhindert dat bij het verpanen ontstane scheurtjes zich naar binnen toe verderzetten. Afgevoerd materiaal kan niet zo snel in de snijkant binnendringen, om deze te beschadigen. Met een meerlagige coating bereikt men daardoor hogere standtijden. Buiten de coatingopbouw is de buitenste laag (de toplayer) belangrijk. Zo neigen hoofdzakelijk alle non-ferro metalen tot snijkantsopbouw, welke de snijkrachten en temperaturen en daarmee ook de gereedschapsslijtage versnellen. Met wrijvingsarme toplagen wordt dit probleem gereduceerd. 

Welke snijstof is geschikt voor welke toepassing?

Bij de CVD coating zijn de gebruikte materialen in de regel TiC, TiCN, TiN en aluminumoxide (Al203). Met de verschillende PVD varianten kunnen bijna alle metalen en ook koolstof worden afgescheiden. Ter verduidelijking vindt u hier een overzicht met de eigenschappen van de meest gebruikte verbindingen:

TiN: Titaan-nitride coating

  • Meest toegepaste standaard coating en universeel inzetbaar
  • Chemische verbinding van titaan en stikstof
  • Nanohardheid: tot 24 Gigapascal (GPa)
  • Laagdikte: 1-7 μm
  • Wrijvingscoëfficiënt: 0,55 μ
  • Toepassingstemperatuur: 600 °C
  • Toepassing: Staal (N/mm²) < 900, messing en gietijzer
  • In aluminium alleen met stationaire gereedschapsmachines en geforceerde vloeistofkoeling
  • Koeling wordt aanbevolen
  • Drie-tot viermaal hogere standtijd in vergelijking met ongecoate gereedschappen

TiAlN: Titaan-aluminium-nitride coating

  • Allround coating
  • Naar gelang de toepassing, tot tienmaal hogere standtijden
  • Hoge hitte -en oxidatiebestendigheid
  • Hoge snijsnelheid
  • Chemische verbinding van titaan, aluminium en stikstof
  • Nanohardheid: tot 35 Gigapascal (GPa)
  • Laagdikte: 1-4 μm
  • Wrijvingscoëfficiënt: 0,5 μ
  • Toepassingstemperatuur: 800 °C
  • Toepassing: Staal (N/mm²) < 1.100, roestvrij staal (edelstaal), titaanlegeringen, gietijzer, aluminium, messing, brons en kunststof
  • Koeling niet absoluut noodzakelijk

AlTiN: Aluminium titaan-nitride coating

  • Naar gelang de toepassing, tot veertienmaal hogere standtijden
  • Zeer hoge hitte-en oxidatiebestendigheid
  • Chemische verbinding van aluminium, titaan en stikstof
  • Nanohardheid: tot 38 Gigapascal (GPa)
  • Laagdikte: 1-4 μm
  • Wrijvingscoëfficiënt: 0,7 μ
  • Toepassingstemperatuur: 900 °C
  • Toepassing: Staal (N/mm²) < 1.300, roestvrij staal (edelstaal)
  • Koeling niet absoluut noodzakelijk

TiCN Titaan-carbon-nitride coating

  • Naar gelang de toepassing, tot vijfmaal hogere standtijden
  • Zeer hoge hardheid en tegelijkertijd goed taaiheid
  • Chemische verbinding van titaan, carbon en stikstof
  • Nanohardheid: tot 32 Gigapascal (GPa)
  • Laagdikte: 1-4 μm
  • Wrijvingscoëfficiënt: 0,2 μ
  • Toepassingstemperatuur: 400 °C
  • Toepassing: Staal (N/mm²) < 1.300, roestvrij staal (edelstaal)
  • Koeling is bij hogere snijsnelheden noodzakelijk