Kunskapsplattform

Skärverktyg – vilken beläggning är bäst?

Omkring 95 procent av skären på hårdmetallverktyg är belagda idag. Den hårdare ytan gör verktyget slitstarkare, och eftersom friktionen minskar vid spånavledningen med de extremt släta ytorna minskar svetstendensen och löseggsbildningen. Skiktet isolerar också mot värme vilket ökar värmetåligheten. Resultatet är betydligt längre livslängder.

Beläggningarna är av två huvudtyper: PVD-beläggning (Physical Vapour Deposition) och CVD-beläggning (Chemical Vapour Deposition). 

Exempel: AlTiN-beläggning

CVD-beläggningar

Kemisk förångningsdeposition, CVD, är en metod för framställning av beläggningar med små egenspänningar genom värmestyrda kemiska reaktioner.  

Utgångsmaterialen för beläggningen förångas och tillförs beläggningszonen i gasform. Gasen avsätts eller får reagera med andra material och bildar ett tunt skikt på substratet. Det kan ske i vakuum eller vid atmosfärstryck.  

Ytreaktionerna möjliggörs genom att substratet värms till upp till 1000 grader. Processerna kan accelereras av ett plasma och då kan beläggningstemperaturen sänkas.   

CVD-processen används för att skapa beläggningar på 5–12 μm, i vissa fall upp till 20 μm. Materialen som används är TiC, TiCN, TiN och aluminiumoxid (Al2O3). Beläggningarna kan appliceras en eller flera gånger. 

Egenskaper hos CVD-beläggningar

  • Låga egenspänningar hos beläggningen
  • Mycket god vidhäftning 
  • Tål höga belastningar
  • Skikt med tjocklek upp till 20 μm
  • Mycket homogena beläggningar
  • Möjlighet till beläggning invändigt och av komplexa former
  • Tjockare skikt isolerar bra mot värme
  • Vid svarvning och fräsning av gjutgods blir skärhastigheter möjliga som annars bara kan göras med skärkeramik.
  • Höga processtemperaturer ökar sprödheten hos hårdmetallsubstratet och skären blir därmed mindre sega.
  • Tjocka skikt på upp till 20 μm rundar av skärkanterna som därmed blir mindre vassa. 

Diamantbeläggning

Beläggningar med diamant är speciella former av CVD-beläggningar: Vätgas förs till och omvandlas till väteradikaler med hjälp av höga temperaturer (2 000 grader Celsius) eller plasmaantändning. Radikalerna reagerar med den tillförda kolhaltiga gasen (oftast metan, CH4) vilket gör att kolet avsätts på substratet. Med rätt processparametrar avskiljs kolmaterialet som diamant, som är en kristallform av kol. Diamantbeläggningar passar mycket bra för bearbetning av nötande material, exempelvis grafit och glasfiberarmerad plast.

Användningsområden för CVD

CVD-är förstahandsvalet om slitstyrkan är viktigast, exempelvis vid svarvning av rostfritt stål och borrning i stål. Tjocka CVD-beläggningar står emot kraterslitage. CVD-sorter används ofta också i ytterskären på borrar. Frässorterna är ofta ISO P, ISO M och ISO K. 

Använd gärna rådgivningstjänsten om du har fler frågor.

Vår kundtjänst är tillgänglig måndag till fredag från 8:00 till 6:30

PVD-beläggningar

PVD-metoden är helt och hållet fysikalisk till skillnad från CVD-metoden. Det rör sig om en materialånga som kondenserar på substratet. Arbetet håller ett undertryck så att ångandelen når komponenten istället för att övergå till gas. PVD-framställning sker vid lägre temperaturer, 400–600 grader Celsius, och därför påverkas inte grundmaterialets egenskaper lika mycket som med CVD-metoder. Segheten hos finkorniga specialhårdmetaller bibehålls.

PVD-beläggningar finns i fyra huvudvarianter: ångavsättning, katodförstoftning (sputtring), ljusbågsförångning och jonplätering. Sputtring är den viktigaste. Med de olika PVD-varianterna kan nästan alla metaller, och även kol, beläggas i mycket ren form. Om reaktionsgaser som syrgas, kvävgas eller kolväten tillförs kan även oxider, nitrider och karbonider beläggas.

Egenskaper för PVD

  • Skikt med hög renhet
  • Låg värmepåverkan på substraten – segheten bibehålls
  • Godtyckliga skiktmaterial
  • Låg skikttjocklekstolerans
  • Utmärkt vidhäftning (även via ytterligare mellanskikt)
  • Jämförelsevis små skikttjocklekar 

Användningsområden för PVD

PVD-belagda sorter har sega men vassa skärkanter och passar därför för vidhäftande material. Användningsområdet omfattar alla fräsar och borrar av fullhårdmetall samt de flesta sorter för dykfräsning, gängskärning och fräsning. PVD-belagda sorter används också ofta vid finbearbetning och i centrumskär. 

Flerskiktsbeläggning

Om hög seghet krävs är det lämpligt med en flerskiktsbeläggning. Upp till 2 000 individuella skikt på enstaka nanometer appliceras. De många skikten hindrar sprickor att gå ner på djupet vid bearbetningen. Det avverkade materialet kan inte tränga in i materialet och spräcka det. Många lager ger därför längre livslängd. Förutom antalet skikt är också det översta skiktet viktigt. Framför allt icke-järnmetaller har en benägenhet för löseggsbildning, som ökar skärkraften och temperaturerna och därmed också slitaget på verktyget. Toppskikt med låg friktion kan minimera dessa problem. 

Vilket skärmaterial passar till vad?

Materialen som används i CVD-beläggningar är vanligen TiC, TiCN, TiN och aluminiumoxid (Al2O3). Med de olika PVD-varianterna kan nästan alla metaller beläggas samt kol. Här hittar du en översikt över egenskaperna hos de vanligaste föreningarna:

TiN: Titannitritbeläggning

  • Den vanligaste standardbeläggningen, universella användningsområden
  • Kemisk förening mellan titan och kväve
  • Nanohårdhet: upp till 24 gigapascal (GPa)
  • Skikttjocklek: 1–7 μm
  • Friktionskoefficient: 0,55 μ
  • Användningstemperatur: 600 °C
  • Applikation: stål (N/mm²) < 900, mässing och gjutjärn
  • I aluminium enbart med stationära verktygsmaskiner och forcerad vätskekylning
  • Kylning rekommenderas
  • Tre–fyra gånger högre livslängd än obelagda verktyg

TiAlN: Titanaluminiumnitritbeläggning

  • Allroundbeläggning
  • Upp till tio gånger längre livslängd beroende på användning
  • Hög värmetålighet och oxidationsbeständighet
  • Hög skärhastighet
  • Kemisk förening mellan titan, aluminium och kväve
  • Nanohårdhet: upp till 35 gigapascal (GPa)
  • Skikttjocklek: 1–4 μm
  • Friktionskoefficient: 0,5 μ
  • Användningstemperatur: 800 °C
  • Applikation: Stål (N/mm²) < 1 100, rostfritt stål, titanlegeringar, gjutjärn, aluminium, mässing, brons och plast
  • Kylning krävs inte

AlTiN: Aluminiumtitannitritbeläggning

  • Upp till fjorton gånger längre livslängd beroende på användning
  • Mycket hög värmetålighet och oxidationsbeständighet
  • Kemisk förening mellan aluminium, titan och kväve
  • Nanohårdhet: upp till 38 gigapascal (GPa)
  • Skikttjocklek: 1–4 μm
  • Friktionskoefficient: 0,7 μ
  • Användningstemperatur: 900 °C
  • Applikation: Stål (N/mm²) < 1 300, rostfritt stål.
  • Kylning krävs inte

TiCN: Titankolnitritbeläggning

  • Upp till fyra–fem gånger längre livslängd beroende på användning
  • Mycket hårt och segt
  • Kemisk förening mellan titan, kol och kväve
  • Nanohårdhet: upp till 32 GPa
  • Skikttjocklek: 1–4 μm
  • Friktionskoefficient: 0,2 μ
  • Användningstemperatur: 400 °C
  • Applikation: Stål (N/mm²) < 1 300, rostfritt stål
  • Kylning krävs vid höga skärhastigheter