Platforma znanja

Rezalno orodje – katera prevleka je prava?

Približno 95 odstotkov vseh orodij iz karbidne trdine je dandanes opremljenih s prevleko.Pri večji trdoti površine je orodje tudi bolj odporno na obrabo, medtem ko zmanjšanje drsnega upora pri odvajanju odrezkov na zelo gladkih površinah zmanjša naklon navarjanja in prijemanje odrezkov na orodje, izolacijski učinek sloja pa povečuje toplotno obstojnost.Rezultat je občutno daljša življenjska doba.

Prevleke so v osnovi izdelane z dvema postopkoma: PVD-prevleke (Physical Vapour Deposition) in CVD-prevleke (Chemical Vapour Deposition). 

Primer: Prevleka AlTiN

CVD-prevleke

Kemično nanašanje tankih plasti (Chemical Vapor Deposition = CVD) je metoda za izvedbo prevlek z nizko lastno napetostjo na podlagi termično sproženih kemičnih reakcij.  

Izhodiščne snovi za prevleko se uparijo in v plinastem stanju dovajajo na območje nanašanja prevleke. Plin se nato razkroji ali pa reagira z drugimi izhodiščnimi snovmi in se nato v tankem sloju odlaga na podlago. Ta postopek lahko poteka v vakuumu ali pri atmosferskem tlaku.  

Da so površinske reakcije sploh mogoče, so potrebne temperature podlage do 1000 stopinj Celzija. Te postopke je mogoče podpreti s plazmo, ki okrepi reakcijo, tako da je za nanos prevleke potrebna nižja temperatura.   

CVD-postopek se uporablja za izločanje prevlek z debelino od 5 do 12 µm in v nekaterih primerih do 20 µm. Uporabljeni materiali so TiC, TiCN, TiN in aluminijevi oksidi (Al203). Prevleke je mogoče nanašati v enem ali več slojih. 

Lastnosti CVD-prevleke

  • Manjše lastne napetosti prevleke
  • Zelo dober oprijem sloja 
  • Visoka odpornost na obremenitve
  • Možnost slojev z debelino do 20 µm
  • Zelo dobra homogenost prevleke
  • Možnost notranjih prevlek in kompleksnih geometrij
  • Pri debelejših slojih zelo dobra toplotna zaščita
  • Pri obdelovanju litin z vrtanjem ali rezkanjem so možne rezalne hitrosti, ki jih je sicer mogoče doseči samo z rezalno keramiko.
  • Visoke procesne temperature povzročijo močno krhkost podlage iz karbidne trdine in tako zmanjšajo žilavost rezila.
  • Debeli sloji, ki znašajo 20 µm, lahko povzročijo zaobljenost in tako zmanjšajo ostrino rezilnega roba. 

Diamantna prevleka

Prevleka z diamantom je posebna vrsta CVD-prevleke:pri tem dovedeni vodikov plin zaradi visokih temperatur (2000 stopinj Celzija) ali vžiga plazme razpade na vodikove radikale. Ti radikali nato reagirajo s prav tako dovedenim plinom, ki vsebuje ogljik (večinoma metan, CH4), kar povzroči nalaganje ogljika na površini podlage.Če so upoštevani ustrezni procesni parametri za izvedbo postopka, se ta ogljik izloča v kristalni obliki diamanta.Diamantne prevleke so zelo primerne za obdelavo zelo abrazivnih materialov, kot je grafit ali sestavni deli, ojačani z ogljikovimi vlakni.

Področja uporabe CVD-prevleke

CVD-prevleke so prva izbira pri zagotavljanju odpornosti na obrabo, saj debele CVD-prevleke pri na primer splošni obdelavi nerjavnih jekel s struženjem in pri vrtanju v jeklo zagotavljajo odpornost proti obrabi orodja na stružni površini. Enako velja za vrste rezkarjev v skupinah P, M in K po standardu ISO. Pri vrtanju se vrste CVD-prevlek navadno uporabljajo na zunanjem rezilu. 

Če imate dodatna vprašanja, se obrnite na našo svetovalno službo.

Unser Kundenservicecenter erreichen Sie Montag bis Freitag von 7:00 Uhr bis 19:00 Uhr

PVD-prevleke

Postopki za nanos PVD-prevlek so za razliko od postopkov za nanos CVD-prevlek v celoti odvisni od fizikalnih vplivov.Pri tem gre za hlape materiala, ki kondenzira na površini podlage.Pri postopku se uporablja podtlak, da hlapni delci dosežejo komponento in se ne razpršijo skupaj s plinastimi delci.Ker postopek izdelave PVD-prevlek poteka pri nižjih temperaturah, tj. od 400 do 600 stopinj Celzija, manj vpliva na lastnosti osnovnega materiala kot postopek izdelave CVD-prevlek. Tako se žilavost posebnih, finozrnatih karbidnih trdin v večini ohrani.

Pri PVD-prevlekah v glavnem poznamo štiri postopke izdelave prevleke: naparjanje, katodno razprševanje (naprševanje tankih plasti v visokem vakuumu), izparevanje v obloku in ionsko nanašanje. Pri tem je najpomembnejše naprševanje tankih plasti v visokem vakuumu.Z različnimi postopki PVD je mogoče izločiti skoraj vse kovine in tudi ogljik v zelo čisti obliki. Če med tem postopkom dovajamo reaktivne pline, kot je kisik, dušik ali ogljikovodik, je mogoče izločiti tudi okside, nitride ali karbide.

Lastnosti PVD-prevleke

  • Visoka čistost slojev
  • Manjši termični vplivi na podlago – žilavost se ohrani
  • Poljubni materiali slojev
  • Manjše dovoljeno odstopanje debeline slojev
  • Izjemno dober oprijem (tudi z dodatnimi vmesnimi sloji)
  • Primerljivo majhne debeline slojev 

Področja uporabe PVD-prevleke

Vrste orodij s PVD-prevlekami so zaradi svojih žilavih, vendar kljub temu ostrih rezilnih robov priporočljive za adhezijske materiale. Področja uporabe te prevleke vključujejo vse rezkarje in svedre iz karbidne trdine ter večino vrst za vrezovanje, rezanje in rezkanje navojev. Vrste s PVD-prevleko se pogosto uporabljajo tudi pri postopkih glajenja ter kot vrsta središčnih rezil pri vrtanju. 

Večslojna prevleka

Če potrebujete visoko žilavost, vam priporočamo večslojno prevleko.Pri tem nanesemo do 2000 posameznih slojev, vsak debel samo nekaj nanometrov. Večslojna zgradba preprečuje širjenje razpok navznoter pri strojni obdelavi. Odstranjeni material ne more dovolj hitro prodirati v rezilo, da bi to nabreknilo. Z večslojnimi prevlekami je zato mogoče doseči daljšo življenjsko dobo. Poleg zgradbe slojev je pomemben tudi zgornji sloj (vrhnji sloj). Tako so predvsem neželezne kovine nagnjene k prijemanju odrezkov na orodje, ki povečajo rezalne sile in temperature ter s tem tudi obrabo orodja. Z uporabo vrhnjih plasti z nizkim trenjem se ta težava močno zmanjša. 

Kateri rezalni material je primeren za posamezne vrste uporabe?

Pri CVD-prevlekah se praviloma uporabljajo materiali TiC, TiCN, TiN in aluminijevi oksidi (Al203). Z različnimi postopki PVD je mogoče izločiti skoraj vse kovine in tudi ogljik. Za boljše razumevanje smo vključili pregled lastnosti najpogosteje uporabljenih spojin:

TiN: prevleka iz titanovega nitrita

  • Najpogosteje uporabljena standardna prevleka z univerzalno uporabo
  • Kemična spojina titana in dušika
  • Nano trdota: do 24 gigapaskalov (GPa)
  • Debelina sloja:1–7 μm
  • Koeficient trenja: 0,55 μ
  • Delovna temperatura: 600 °C
  • Uporaba: jeklo (N/mm²) < 900, medenina in lito železo
  • Pri aluminiju samo s stacionarnimi orodnimi stroji in prisilnim hlajenjem s tekočino
  • Hlajenje je priporočljivo
  • Tri- do štirikrat daljša življenjska doba v primerjavi z orodji brez prevleke

TiAlN: prevleka iz titan-aluminijevega nitrita

  • Prevleka za vsesplošno uporabo
  • Glede na uporabo do desetkrat daljša življenjska doba
  • Visoka toplotna obstojnost in odpornost na oksidacijo
  • Visoka rezalna hitrost
  • Kemična spojina titana, aluminija in dušika
  • Nano trdota: do 35 gigapaskalov (GPa)
  • Debelina sloja:1–4 μm
  • Koeficient trenja: 0,5 μ
  • Delovna temperatura: 800 °C
  • Uporaba: jeklo (N/mm²) < 1100, nerjavno (legirano) jeklo, titanove zlitine, lito železo, aluminij, medenina, bron in umetne mase
  • Hlajenje ni obvezno

AlTiN: prevleka iz aluminijevega titan-nitrita

  • Glede na uporabo zagotavlja do štirinajstkrat daljšo življenjsko dobo
  • Zelo visoka toplotna obstojnost in odpornost na oksidacijo
  • Kemična spojina aluminija, titana in dušika
  • Nano trdota: do 38 gigapaskalov (GPa)
  • Debelina sloja:1–4 μm
  • Koeficient trenja: 0,7 μ
  • Delovna temperatura: 900 °C
  • Uporaba: jeklo (N/mm²) < 1300, nerjavno (legirano) jeklo
  • Hlajenje ni obvezno

TiCN: prevleka iz titan-ogljikovega nitrita

  • Glede na uporabo od štiri- do petkrat daljša življenjska doba
  • Zelo visoka trdnost in hkrati dobra žilavost
  • Kemična spojina titana, ogljika in dušika
  • Nano trdota: do 32 GPa
  • Debelina sloja:1–4 μm
  • Koeficient trenja:0,2 μ
  • Delovna temperatura:400 °C
  • Uporaba:Jeklo (N/mm²) < 1300, nerjavno (legirano) jeklo
  • Pri višjih rezalnih hitrostih je hlajenje obvezno