Vidensplatform

Skæreværktøjer – hvilken belægning er den rigtige?

Cirka 95 procent af skærerne på hårdmetalværktøj er belagt i dag.  Den hårdere overflade gør værktøjet mere holdbart, og da friktionen aftager ved spånafgangen med de ekstremt glatte overflader, falder svejsetendensen og løsægsdannelsen. Laget isolerer også mod varme, hvilket øger varmebestandigheden.  Resultatet er betydelige længere standtider.

Belægningerne er af to hovedkvaliteter: PVD-belægning (Physical Vapour Deposition) og CVD-belægning (Chemical Vapour Deposition). 

Eksempel: AlTiN-belægning

CVD-belægninger

Kemisk dampaflejring, CVD, er en metode til fremstilling af belægninger med lav egenspænding ved varmestyrede kemiske reaktioner.  

Udgangsmaterialerne til belægningen fordampes og tilføres belægningszonen i gasform. Gassen aflejres eller får lov til at reagere med de øvrige udgangsmaterialer og danner et tyndt lag på substratet. Det kan gøres under vakuum eller atmosfærisk tryk.  

Overfladereaktionerne muliggøres ved opvarmning af substratet til op til 1000 grader. Disse processer kan understøttes af en plasma, som øger reaktionsraten, så belægningstemperaturen kan sænkes.   

CVD-processen bruges til at skabe belægninger på 5 - 12 µm, i nogle tilfælde op til 20 µm. Anvendte materialer er TiC, TiCN, TiN og aluminumoxid (Al203). Belægningerne kan påføres i et enkelt eller i flere lag. 

Egenskaber ved CVD-belægninger

  • Lav egenspænding af belægningen
  • Meget god vedhæftning 
  • Tåler høj belastning
  • Lagtykkelse op til 20 µm muligt
  • Meget homogen belægning
  • Mulighed for indvendig belægning og komplekse geometrier
  • Ved tykkere lag meget god varmeskjold effekt
  • Ved dreje- og fræsebearbejdning er det muligt at opnå skærehastigheder, som ellers kun kan opnås med skærekeramik.
  • Høje procestemperaturer gør hårdmetalsubstratet mere sprødt og forringer skærets sejhed.
  • Tykke lagpåførsler på 20 µm fører til rundinger og forringer dermed skærkantens skarphed. 

Diamantbelægning

Belægninger med diamant er en særlig form for CVD-belægning: Brint introduceres og omdannes til brintradikaler ved hjælp af høje temperaturer (2.000 grader Celsius) eller plasmatænding. Radikalerne reagerer med den ligeledes tilsatte kulstofholdige gas (som regel metan, CH4), hvilket fører til, at kulstoffet lagrer sig på substratoverfladen. Hvis de rigtige procesparametre overholdes, udskilles kulstoffet i krystalform som diamant. Diamantbelægninger egner sig især godt til bearbejdning af stærkt slibende materialer som grafit eller CFK-komponenter.

Anvendelsesområder CVD

CVD-belægninger er førstevalget, når det handler om slidstyrke, f.eks. ved drejning af rustfrit stål og boringer i stål, hvor tykke CVD-belægninger øger modstandsdygtigheden overfor erosionsslid. CVD-kvaliteter bruges ofte også i de ydre skær af bor. Fræsekvaliteterne er ofte ISO P, ISO M og ISO K.  

Har du yderligere spørgsmål, er du velkommen til at benytte vores kundeservice.

Vores kundeservicecenter kan kontaktes mandag til fredag fra kl. 8:00 - 18:30

PVD-belægninger

PVD-processer bygger i modsætning til CVD-processer på rent fysiske virkeprocesser. Det er en materialedamp, der kondenserer på substratoverfladen. For at de små dampdele kan nå komponenten og ikke går tabt ved spredning af de små gasdele, bearbejdes i undertrykket. Da PVD-produktionsprocessen sker ved en lavere temperatur på 400 - 600 grader Celsius, påvirkes grundmaterialets egenskaber mindre end tilfældet er med CVD-processen. Sejheden af ​​finkornede specielle hårde metaller opretholdes.

PVD-belægninger fås i fire hovedvarianter: Dampaflejring, forstøvning, lysfordampning og ionplettering. Forstøvningen er den vigtigste. Med de forskellige PVD varianter kan stort set alle metaller også kulstof isoleres i sin rene form. Tilføjer man reaktive gasser som ilt, kvælstof eller kulbrinte til processen, kan man også udskille oxid, nitrid eller carbonid.

Egenskaber PVD

  • Belægningens høje renhed
  • Lav termisk substratpåvirkning – sejhed opretholdes
  • Alle lagdelte materialer
  • Tolerance med lav lagtykkelse
  • fremragende vedhæftning (selv via ekstra mellemlag)
  • sammenlignet med små lagtykkelser 

Anvendelsesområder PVD

PVD-belagte kvaliteter anbefales på grund af deres seje og samtidig skarpe skærkanter til klæbende materialer. Anvendelsesområderne omfatter alle fræsere og bor af hårdmetal samt en lang række kvaliteter til indstik, gevindskæring og fræsning. PVD-belagte kvaliteter anvendes desuden i stort omfang til skæreprocesser samt centerskærekvaliteter ved bor. 

Multilayer

Når der kræves høj sejhed, er en Multilayer-belægning det rette valg. Den består af op til 2000 enkelte lag, der hver især kun er få nanometer tykt. Den flerlagsopbyggede lagstruktur forhindrer, at de ridser, der opstår ved spåntagningen, forplanter sig længere ind. Slidt materiale trænger ikke så hurtigt ind i skæret, hvor det sprænges. Med en flerlagsbelægning opnår man desuden længere standtider. Udover lagopbygningen er det øverste lag (toplayer) vigtigt. Især ikke-jernholdige metaller har en tendens til løsægsdannelse, hvilket øger skærekraften og temperaturerne og dermed også slid på værktøjet. Toplag med lav friktion kan minimere disse problemer.  

Hvilke skærematerialer passer til hvad?

De anvendte materialer i CVD-belægning er som regel TiC, TiCN, TiN og aluminumoxid (Al203). Med de forskellige PVD-varianter kan stort set alle metaller isoleres - også kulstof. Her finder du en oversigt over egenskaberne ved de mest almindeligt anvendte forbindelser:

TiN: Titan-Nitrid-belægning

  • Den mest almindeligt anvendte standardbelægning, som kan anvendes universelt
  • Kemisk forbindelse af titan og kvælstof
  • Nanohårdhed: op til 24 gigapascal (GPa)
  • Lagtykkelse: 1-7 μm
  • Friktionskoefficient: 0,55 μ
  • Anvendelsestemperatur: 600 °C
  • Anvendelse: Stål (N/mm²) < 900, messing og støbejern
  • I aluminium kun med stationære værktøjsmaskiner og forceret væskekøling
  • Køling anbefales
  • Tre til fire gange længere standtid sammenlignet med værktøjer uden belægning

TiAlN: Titan-Aluminium-Nitrid-belægning

  • Allround belægning
  • Afhængig af anvendelse op til ti gange længere standtid
  • Høj varme- og oxidationsbestandighed
  • Høj skærehastighed
  • Kemisk forbindelse af titan, aluminium og kvælstof
  • Nanohårdhed: op til 35 gigapascal (GPa)
  • Lagtykkelse: 1-4 μm
  • Friktionskoefficient: 0,5 μ
  • Anvendelsestemperatur: 800 °C
  • Anvendelse: Stål (N/mm²) < 1.100, rustfrit stål, titanlegeringer, støbejern, aluminium, messing, bronze og kunststof
  • Køling ikke tvingende nødvendigt

AlTiN: Aluminium-Titan-Nitrid-belægning

  • Afhængig af anvendelse op til fjorten gange længere standtid
  • Meget høj varme- og oxidationsbestandighed
  • Kemisk forbindelse af aluminium, titan og kvælstof
  • Nanohårdhed: op til 38 gigapascal (GPa)
  • Lagtykkelse: 1-4 μm
  • Friktionskoefficient: 0,7 μ
  • Anvendelsestemperatur: 900 °C
  • Anvendelse: Stål (N/mm²) < 1.300, rustfrit stål
  • Køling ikke tvingende nødvendigt

TiCN: Titan-Carbon-Nitrid-belægning

  • Afhængig af anvendelse op til fire-fem gange længere standtider
  • Meget hård og samtidig god sejhed
  • Kemisk forbindelse af titan, carbon og kvælstof
  • Nanohårdhed: op til 32 GPa
  • Lagtykkelse: 1-4 μm
  • Friktionskoefficient: 0,2 μ
  • Anvendelsestemperatur: 400 °C
  • Anvendelse: Stål (N/mm²) < 1.300, rustfrit stål
  • Køling nødvendig ved højere skærehastigheder