AlCr-basierte Beschichtungen jetzt noch verschleißfester

Die TU Wien veröffentlichte neue Erkenntnisse zu Verschleißschutzschichten aus Aluminium-Chrom-Oxiden: Ein kleiner Anteil an Eisen macht die Beschichtung noch verschleißfester.

Keramische Beschichtungen auf Aluminium-Chrom-Basis sind besonders hart und oxidationsbeständig und schützen somit Bohrer, Fräser, Wendeschneidplatten und andere Werkzeuge vor Verschleiß. Dabei müssen die Beschichtungen hohen Temperaturen und extremen mechanischen Belastungen standhalten. Das Zulegieren kleiner Mengen an Eisen verbessert die Materialeigenschaften der Aluminium-Chrom-Oxidschichten. Beschichtungen mit Zugabe an Eisen werden mit hohem Anteil an verschleißbeständigen Phasen abgeschieden und machen somit die Werkzeuge noch langlebiger und beständiger.

 

Entstehung und Auswirkungen von Droplets

Hartstoffschichten aus Aluminium-Chrom-Oxiden werden mittels Arc-Verfahren (Lichtbogenverdampfen) auf das Werkzeug aufgebracht. Dabei schmilzt ein Lichtbogen kleinste Mengen des Kathodenmaterials auf. Das verdampfte Material setzt sich in einem reaktiven Prozess mit Sauerstoff als dünne keramische Hartstoffschicht auf dem Substrat ab. Bei diesem Prozess werden auch Droplets in die Hartstoffschicht eingebaut. Diese Fehlstellen bestehen aus zum Teil reinen Metallpartikeln in der Größenordnung von wenigen bis zu hunderten Nanometern. Die Droplets machen die Hartstoffschicht auf den Werkzeugen rauer und verhindern somit etwa den Spanfluss beim Bohren. Bei tiefen Bohrungen kann das Werkzeug versagen und es kann zum Aufstauen des Spans in der Nut kommen.

Durch die Zugabe von Eisen wird eine deutliche Verbesserung erzielt. Im Vergleich zu reinen AlCr-Oxidschichten, bilden sich in AlCrFe-basierten Schichten weniger und viel kleinere Droplets, die zudem zum Aufwachsen besonders verschleißbeständiger Phasen beitragen.

Die pulvermetallurgische Fertigungstechnologie ermöglicht Plansee die Herstellung von Targets und Kathoden in exakt definierten Materialzusammensetzungen wie AlCrFe. Mit modernsten Anlagen wie einer SPS-Anlage (SPS = Spark Plasma Sintering) fertigt Plansee Prototypen in vielen unterschiedlichen Zusammensetzungen und Abmessungen schnell und kostengünstig.

 

Die Publikation “Role of droplets and iron on the phase formation of arc evaporated Al–Cr-oxide coatings“ von Autor Christian Koller wurde von Plansee unterstützt und mit dem prestigeträchtigen Student Award der Acta Journals ausgezeichnet. Hier gibt es das vollständige Paper zum Download: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0257897215300062

 

Mehr Informationen und Ihren persönlichen Ansprechpartner für Aluminium-Chrom Targets und Kathoden von Plansee finden Sie hier.