22. April 2020

Hartstoffschichten für Zerspanungswerkzeuge

Deutsch-tschechisches Forschungsprojekt gestartet.

Im Rahmen des EU-Verbundprojekts »MiDiCoat« sollen in den kommenden drei Jahren Schichtsysteme aus Titancarbonitrid und Aluminiumoxid so weiterentwickelt werden, dass sie länger und ohne umwelt- und gesundheitsgefährdende Schmierstoffe für Werkzeuge in der Hochgeschwindigkeitszerspanung von Metallen eingesetzt werden können. Beteiligt sind neben dem Fraunhofer IKTS in Dresden die TU Freiberg und der tschechische Werkzeughersteller und -lieferant Dormer Pramet.

Zerspanungswerkzeuge sind bislang mit einer Schicht Titancarbonitrid (Ti(C,N)) und optional einer Schicht Aluminiumoxid (A2O3) in Form von Korund überzogen. In der industriellen Praxis können die so beschichteten Bohrspitzen jedoch nur zeitlich begrenzt verwendet werden, denn die Haftung zwischen den beiden Schichten lässt mit der Zeit nach. Es entstehen Risse in der Oberfläche der Korund-Deckschicht und sie platzt ab, die Bohrspitzen korrodieren und müssen erneuert werden.

Dünne Hartstoffschichten mittels CVD
»Die Schichtsysteme werden mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebracht. Unsere Aufgabe ist es, durch gezielte Prozessvariation die Grundlagen zur Verbesserung von Haftungsproblemen zwischen Ti(C,N)- und α-Al2O3-Schichten sowie zur Vermeidung von Oberflächenrissen in der α-Al2O3-Schicht zu erarbeiten«, erklärt Dr. Mandy Höhn, Projektleiterin am IKTS. Dafür erprobt ihr Team die möglichen Parameter zum Grenzflächendesign experimentell, bevor sie anschließend mikrostrukturell in Freiberg analysiert werden. Im tschechischen Šumperk testet die Firma Dormer Pramet die neuen Hartstoffbeschichtungen in der Produktion von Schneide- und Zerspanungswerkzeugen auf ihre Praxistauglichkeit. »Die mögliche Erhöhung von Standzeiten und Schnittgeschwindigkeiten erlaubt nicht nur die Steigerung der Produktivität, es hilft ebenso Rohstoffe einzusparen und Recyclingaufwand zu minimieren«.

Förderung
Das mit insgesamt einer Million Euro geförderte Projekt »Microstructure Design of Innovative Interfaces of CVD Hard Coatings (MiDiCoat)« gehört zum Netzwerk M-era.Net. M-era ist ein durch die Europäische Union finanziertes Netzwerk, das seit 2012 europäische Forschungs- und Innovationsprogramme – insbesondere auf dem Gebiet der Materialwissenschaft und der Werkstofftechnologie – unterstützt und koordiniert. Das Konsortium M-era.Net trägt zu einer andauernden Restrukturierung des Europäischen Forschungsraumes (ERA) bei. Es fördert die wissenschaftliche Exzellenz und die Übertragung der Ergebnisse der Grundlagenforschung in die Praxis als Basis für industrielle Innovationen. M-era.Net bemüht sich um die Entwicklung einer langfristigen Zusammenarbeit zwischen Forschungsförderungsorganisationen in einzelnen Regionen, in Europa und weltweit.
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Foto ©Fraunhofer IKTS: Fräser bestückt mit CVD-beschichteten Wendeschneidplatten.

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