Duale Ionenstrahlbeschichtung von Nanoverschleißschutzschichten für Mikrozerspanungswerkzeuge

In einer Vielzahl von Industriezweigen, wie beispielsweise der Medizintechnik, dem Auto­mobil­bau, der Luft- und Raumfahrt, dem Werkzeug- und Formenbau sowie der Mikro­elektronik, ist die Miniaturisierung von Bauteilen ein ungebrochener Trend. Ein hoher Kostenfaktor bei der Produktion dieser Bauteile ist dabei die durch den Verschleiß begrenzte Lebensdauer der Werkzeuge. Mit gängigen Beschichtungs­verfahren wie CVD (Chemical Vapour Deposition - chemische Gas­phasen­abscheidung) und PVD (Physical Vapour Deposition - physikalische Gasphasen­abscheidung) kann die Lebens­dauer nachweislich verlängert werden. Allerdings werden bei diesen Beschichtungs­verfahren Schichtdicken im µm-Bereich erzeugt, die Schneid­kanten­verrundungen hervorrufen, welche bei Bohrdurchmessern im Sub-mm-Bereich zu erheblichen Qualitäts­mängeln führen.

Neue Beschichtungslösungen sind erforderlich, um Schichten herzustellen, die folgende Anforderungen erfüllen

• sehr geringe Schichtdicke um die Schneidkanten nicht zu verrunden
• homogene Schichtdicken besonders entlang der Schneiden
• hohe Schichtdickenhomogenität über eine große Anzahl an Werkzeugen
• harte Schichten für geringen Verschleiß
• gute Haftung an den Werkzeugen, denn vorzeitiges Abplatzen der Schichten würde die Lebenszeit der Werkzeuge verglichen mit einem gleichmäßigen, verschleißbedingten Abtrag deutlich verkürzen
• Hitzebeständigkeit, da hohe Schnittgeschwindigkeiten zu einer deutlichen Erwärmung des Werkzeugmaterials führen
• Preisgünstig, um die Beschichtungen so wirtschaftlich wie möglich zu gestalten

Im Rahmen des Verbundprojektes „NanoTools“ konnte anhand von Untersuchungen von Al₂O₃-Beschichtungen an handelsüblichen Bohrern mit 3 mm und 0,3 mm Durchmesser gezeigt werden, dass sowohl Atomlagen­abscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) als auch Duales Ionenstrahl­sputtern (Dual Ion Beam Deposition, DIBD) in der Lage sind, dünne Schichten zu erzeugen, die zu einer bis zu 6-fachen Standzeiterhöhung führen. (siehe dazu auch News vom 2017-06-02)