Forgácsolási ismeretek

Forgácsolószerszámok – Melyik a megfelelő bevonat?

Napjainkban a keményfém szerszámélek mintegy 95 százaléka bevonatolt. A nagyobb felületi keménység növeli a szerszám kopásállóságát, az ultrasima felületeknek köszönhetően kisebb csúszási ellenállás csökkenti az anyagfelrakódási hajlamot és az élrátét-képződést a forgácseltávolítás során, a bevonat szigetelőhatása pedig fokozza a melegkeménységet. Ennek eredményeként lényegesen hosszabb éltartamokat lehet elérni.

Lényegében kétféle eljárást használnak a bevonatoláshoz: PVD bevonatolást (Physical Vapour Deposition = fizikai gőzfázisú leválasztás) és CVD bevonatolást (Chemical Vapour Deposition = kémiai gőzfázisú leválasztás). 

Példa: AlTiN bevonat

CVD bevonatok

A kémiai gőzfázisú leválasztás (Chemical Vapor Deposition = CVD) alacsony maradófeszültségű bevonatot állít elő, hő által kiváltott kémiai reakciók útján.  

A bevonat kiindulóanyagát elpárologtatják és gázhalmazállapotban vezetik be a bevonatolási területre. A gáz ezután lebomlik vagy reakcióra lép egyéb kiindulóanyagokkal, és vékony rétegeben lerakódik a bevonatolandó alapanyagra. Ez vákuumban vagy légköri nyomáson történhet.  

A felületi reakció kiváltásához akár 1000 Celsius-fokos alapanyag-hőmérsékletre lehet szükség. A folyamatot elősegítheti egy plazma, amely növeli a reakció sebességét, így csökkenthető a bevonat hőmérséklete.   

A CVD folyamatban lecsapódó bevonat vastagsága jellemzően 5 és 12 µm között van, de bizonyos esetekben akár 20 µm is lehet. A felhasznált anyagok: TiC, TiCN, TiN és alumínium-oxid (Al203). A bevonat egy vagy több rétegben vihető fel. 

A CVD bevonat tulajdonságai

  • Kis maradófeszültségű (sajátfeszültségű) bevonat
  • Nagyon jó tapadású bevonat 
  • Nagy terhelhetőség
  • Maximum 20 µm vastagságú bevonat készíthető
  • Nagyon jó homogenitású bevonat
  • Belső bevonatolás és bonyolult geometriák lehetősége
  • Nagyon jó hőpajzshatás vastagabb bevonatok esetén
  • Öntvények esztergálása és marása során olyan forgácsolási sebességek lehetségesek, amelyeket egyébként csak forgácsolókerámiákkal lehet elérni
  • A magas folyamati hőmérséklet hatására ridegebbé válik a keményfém alapanyag, így csökken az él szívóssága
  • A 20 µm-es vastagságban felvitt bevonat lekerekítést eredményez, ezáltal kevésbé lesz éles a forgácsolóél 

Gyémántbevonat

A gyémántbevonat a CVD bevonatolás speciális formája. Ehhez magas hőmérséklettel (2000 °C) vagy plazmagyújtással hidrogéngyökökre bontják fel a bevezetett hidrogéngázt. Ezek a gyökök reakcióra lépnek a szintén bevezetett széntartalmú gázzal (általában metánnal, CH4), amely szénatomok lerakódását eredményezi a bevonatolt alapanyag felületén. Megfelelő folyamati paraméterek esetén ez a szénréteg gyémánt kristályszerkezetében rakódik le. A gyémántbevonatok kiválóan alkalmasak abrazív anyagok, pl. grafit vagy CFK megmunkálására.

A CVD felhasználási területei

A CVD bevonat az elsődleges választás, amikor lényeges a kopásálláóság, pl. rozsdamentes acélok általános esztergálásánál és acélban történő fúrásnál, ahol a vastag CVD bevonat ellenállóképességet biztosít a kráterkopássál szemben. Az ISO P, ISO M és ISO K maróminőségeknél szintén. Fúrásnál általában a külső élen használnak CVD minőséget. 

Ha további kérdése van, vegye igénybe tanácsadási szolgáltatásunkat!

Ügyfélszolgálati központunk hétfőtől péntekig, 8:00 és 19:00 között áll rendelkezésére

PVD bevonatok

A CVD eljárással ellentétben a PVD eljárás tisztán fizikai kölcsönhatáson alapul. A bevonóanyag gőze csapódik le az alapanyag felületén. Az eljárást vákuumban végzik, hogy a gőzrészecskék ne szóródjanak szét, hanem garantáltan eljussanak az alkatrészre. A PVD gyártási folyamat alacsonyabb hőmérsékleten, 400-600 °C-on zajlik, így kevésbé hat károsan az alapanyag tulajdonságaira, mint a CVD eljárás. Így nagyrészt megmarad az egyedi, finomszemcsés keményfém szívóssága.

A PVD bevonatolás négy fő változatát különböztetjük meg: párologtatás, katódporlasztás, fényíves porlasztás és ionos bevonás. A porlasztás a legfontosabb. A PVD eljárás különböző változataival szinte minden fémből, illetve szénből is nagyon tiszta bevonat képezhető. Reaktív gázok, pl. oxigén, nitrogén vagy szénhidrogének bevezetésével oxidok, nitridek és karbidok is kelethezhetnek a folyamat során.

A PVD bevonat tulajdonságai

  • Nagy tisztaságú bevonat
  • Csekély a hőhatás befolyása az alapanyagra – megmarad a szívósság
  • Tetszőleges bevonatanyag
  • Szűk tűrésű bevonatvastagság
  • Kitűnő tapadószilárdság (további köztes bevonatok esetén is)
  • Viszonylag csekély bevonatvastagság 

A PVD felhasználási területei

A PVD bevonatú minőségeket szívós, de mégis éles forgácsolóéleik miatt feltapadásra hajlamos anyagokhoz ajánljuk. Alkalmazási területéhez tartozik minden tömör keményfém maró és fúró, illetve a beszúráshoz, menetfúráshoz és maráshoz kínált minőségek többsége. A PVD bevonatú minőségeket ezen kívül gyakran használják simításhoz, illetve fúrásnál a központi élen. 

Többrétegű bevonat

Ha nagyfokú szívósságra van szükség, a többrétegű bevonat egy lehetőség. Akár 2000, egyenként néhány nanométer vastagságú bevonatréteg is felvihető egymás után. A többrétegű bevonatszerkezet megakadályozza a forgácsolás során kialakuló repedések belső továbbterjedését. A leválasztott anyag nem tud olyan gyorsan behatolni a forgácsolóélbe, hogy ki tudja repeszteni. A többrétegű bevonatokkal így hosszabb éltartamokat lehet elérni. A bevonatszerkezet mellett a legfelső réteg is fontos. A nemvasfémek különösen hajlamosak élrátét-képződésre, ami növeli a forgácsolóerőket és a hőmérsékleteket, és ezáltal a szerszám kopását. Csekély súrlódású felső bevonatréteggel minimalizálható ez a probléma. 

Melyik szerszámanyag mire használható?

A CVD bevonatokban jellemzően használt anyagok: TiC, TiCN, TiN és alumínium-oxid (Al203). A PVD eljárás különböző változataival szinte minden fémből, illetve szénből is képezhető bevonat. Az alábbiakban tájékoztatásul áttekintést adunk a leggyakoribb vegyületek tulajdonságairól.

TiN: titán-nitrid bevonat

  • A leggyakrabban használt, univerzálisan alkalmazható, szabványos bevonat
  • Titán és nitrogén vegyülete
  • Nanokeménység: akár 24 gigapascal (GPa)
  • Bevonatvastagság: 1-7 μm
  • Súrlódási együttható: 0,55 μ
  • Alkalmazási hőmérséklet: 600 °C
  • Alkalmazás: < 900 N/mm² acél, sárgaréz és öntöttvas
  • Alumíniumhoz csak rögzített szerszámgépekkel és aktív folyadékhűtéssel
  • Hűtés javasolt
  • Háromszor-négyszer hosszabb éltartam a bevonat nélküli szerszámokhoz képest

TiAlN: titán-alumínium-nitrid bevonat

  • Sokoldalú bevonat
  • Alkalmazástól függően akár tízszer hosszabb éltartam
  • Nagyfokú melegkeménység és oxidációval szembeni ellenállás
  • Nagy forgácsolási sebesség
  • Titán, alumínium és nitrogén vegyülete
  • Nanokeménység: akár 35 gigapascal (GPa)
  • Bevonatvastagság: 1-4 μm
  • Súrlódási együttható: 0,5 μ
  • Alkalmazási hőmérséklet: 800 °C
  • Alkalmazás: < 1 100 N/mm² acél, rozsdamentes acél (nemesacél), titánötvözetek, öntöttvas, alumínium, sárgaréz, bronz és műanyag
  • Nem feltétlenül szükséges hűtés

AlTiN: alumínium-titán-nitrid bevonat

  • Alkalmazástól függően akár tizennégyszer hosszabb éltartam
  • Nagyon nagy melegkeménység és oxidációval szembeni ellenállás
  • Alumínium, titán és nitrogén vegyülete
  • Nanokeménység: akár 38 gigapascal (GPa)
  • Bevonatvastagság: 1-4 μm
  • Súrlódási együttható: 0,7 μ
  • Alkalmazási hőmérséklet: 900 °C
  • Alkalmazás: < 1.300 N/mm² acél, rozsdamentes acél (nemesacél)
  • Nem feltétlenül szükséges hűtés

TiCN: titán-karbonitrid bevonat

  • Alkalmazástól függően akár négyszer-ötször hosszabb éltartam
  • Nagyon nagy keménység, jó szívóssággal párosítva
  • Titán, szén és nitrogén vegyülete
  • Nanokeménység: akár 32 GPa
  • Bevonatvastagság: 1-4 μm
  • Súrlódási együttható: 0,2 μ
  • Alkalmazási hőmérséklet: 400 °C
  • Alkalmazás: < 1.300 N/mm² acél, rozsdamentes acél (nemesacél)
  • Nagyobb forgácsolási sebességeknél hűtés szükséges